导向钻井下行通讯地面监控系统设计.docx

2013年7月 第28卷第4期 2013年7月 第28卷第4期 Jul. 2013 Vol.28 No.4 Journal of Xian Shiyou University( Natural Science Edition) 文章编号：1673-064X(2013)04-0073-05 导向钻井下行通讯地面监控系统设计 霍爱清1,戴晨2 (1.西安石油大学陕西省钻机控制技术重点实验室，陕西西安710065; 2.西北有色金属研究院宝德粉末冶金有限责任公司，陕西西安710016) 摘要：针对变钻井液排量进行导向钻井下行通信设计了地面监控系统：给出了下行通讯指令传输系 统的组成及原理，并利用MATLAB 的图形用户界面(GUI) 设计了地面监控系统的主界面、信息回 放和指令下传等界面，实现了井下采集的数据回放、曲线绘制.根据变钻井液排量指令特点及编码 方式，实现了对下传指令的选择，并直观显示出选中的指令编码形式，完成对串行口通信参数的设 置，实现下传指令的发送. 关键词：导向钻井；下行通讯；变钻井液排量；地面监控系统；界面设计 中图分类号：TE928 文献标识码：A 在旋转导向钻井作业过程中，井下导向工具根 据地面控制系统发送的控制指令控制轨迹按预定的 设计轨迹逼近靶点(区).地面监控系统是旋转导 向钻井系统的控制中心，在钻井过程中，地面监控系 统根据接收到的井下数据，实时调整控制指令，经下 行通道，下传发送给井下导向工具，与井下旋转导向 钻井工具系统相互联系，实现控制指令的传送，指导 井下工具按照设计的轨迹钻井，实现不同功能要求 的操作. 1 下行通讯指令传输系统组成 下行通讯指令传输系统是旋转导向自动控制的 关键技术，它直接关系到整个控制系统的成败.下行 通讯传输系统主要包括地面监控系统、地面指令发 送控制系统、钻井液传输通道及井下接收装置及指 令解码系统，下行通讯传输系统组成原理框图如 图1所示.地面监控系统以监测井下发送的数据和 实现地面向井下发送控制指令为主要目标，是旋转 导向钻井系统下行通讯的关键环节，因此，设计一个 性能可靠的地面监控操作系统就显得十分重要. 泥浆池 泥浆池 泥浆泵 钻井液 井下接 收装置 指令识别 做井工 地面监控 系统 指令发送 控制系统 下传指令 图 1 导向钻井下行通讯指令传输系统原理示意图 Fig.1 Principle diagram of steering drilling downward communication command transmission system 本文所讨论的旋转导向钻井下行信号传输[23] 是通过变钻井液排量的方法实现指令下传，利用井 下涡轮电机在线检测泥浆排量变化，并通过与之相 连接的接收解码装置的硬软件完成钻井下传信号的 处理、识别和解释任务，其下传指令编码如图2所 示.在不同指令编码发送时需要考虑针对不同的脉 宽形成的指令进行发送，这是地面监控系统设计时 的难点所在. 收稿日期：2013-01- 10 基金项目：国家自然基金项目(编;陕西省工业攻关计划项目(编号2010K07-09,2013K07- 16) 作者简介：霍爱清(1966-),女，副教授，博士，主要从事智能导向钻井下行通讯研究. E-mail:aqhuo@ xsyu.edu.cn 74 - 西安石油大学学报(自然科学版) 图2 下传指令编码示意图 Fig.2 Schematic diagram of downward communication command coding 2 下行通讯地面监控系统总体设计 下行通讯地面监控系统总体要求能够实现导向 钻井信息的数据回放、地面下传指令的选择和发送. 利用 MATLAB GUI 图形用户界面设计的该系统具 有下传控制指令选择功能，能显示出下传指令的5 位有效指令脉宽；具有发送功能，通过串行接口将选 中的下传指令发送给地面指令生成控制系统，实现 实时的指令下传；同时还能将井下上传的信息实时 显示出来，能显示井下实测的工具面角、井斜角、泥 浆排量、井下温度、井下压力等有效的钻进信息，实 现各参数曲线的绘制，方便地面监控人员及时了解 井下钻进状态，做出调整下传指令的决策. 2.1 主界面设计 从系统功能实现的角度出发来构思总体设计， 主要设计3个界面，1个主界面，2个子界面. 主界面的设计要求：制作的界面应该简洁，布局 合理而又比较直观，易于操作.实现的功能： 一是显 示版权，二是能通过这个主界面进入指令下传界面 和信息回放界面，并能退出监控系统. 为此设计了一个简单的进入画面，显示设计者 信息、版本等.设定2个区，即说明