定向鉆井導航系統

隨著時代的發展，科技的進步，城市建設迅猛發展，在城市的發展與建設中，地下管線的改良與建設是必不可少的，非開挖地下定向穿越技術已經成為城市建設的核心問題。定向穿越技術的關鍵在于導向孔的鉆進，石油勘探開采過程中的重要技術定向鉆井技術在這一新的領域得到了越來越廣泛的應用。研究和應用定向鉆井的導航技術對確保定向穿越等工程成功十分重要。 在理論研究的基礎上，結合實際需要，研究設計了一種定向鉆井導航系統，使用該系統進行定向穿越施工的工作過程如下：在施工前，根據實際情況，先設計一條最佳穿越路線，存入系統；在鉆進中，系統通過對井軌的井斜、方位等參數的測量，對其進行實時監測；地面的司鉆手通過對顯示儀所顯示的實際井軌參數及設計井軌參數進行比較，根據經驗操縱操作桿，調整鉆機前進方向，以達到對鉆進過程的控制，最終實現定向鉆井。鉆頭工作數據信息測量采集和信息傳遞是該系統研究設計的重點。 鉆頭工作數據信息，主要包括井斜角、方位角和工具面向角，是由測斜儀隨鉆測量來得到的，該隨鉆測斜儀是一種采用加速度計、磁阻式磁強傳感器和單片機的三自由度定位裝置。論文詳細介紹了以磁傳感器技術與加速度計為工作原理的隨鉆測斜儀的測斜原理，闡述了兩種傳感器的工作原理及測斜儀的結構設計，推導出井斜角、方位角和工具面角的數學模型和計算方法。測斜儀采用內置單片機對數據進行采集、處理、存儲和傳輸。整個測斜儀從元器件的選用到電源電路的設計都采用了節能設計，使測斜儀的功耗降到最低。 井下與地面的數據通信也一直是定向鉆井的技術難題，信號的傳輸途徑有兩種：有線和無線。近年來，無線傳輸中的泥漿脈寬調制方法引起各方關注，電流環技術由于它的抗干擾性強、傳輸距離遠，也越來越多的被應用在工業環境的信息傳輸中。泥漿脈沖方法目前應用較多，但數據流量稀疏，電流環技術作為遠距離傳輸手段己被廣泛的應用于其它領域，技術成熟。在設計的系統時，考慮到該系統的主要特點：實用性與廉價性，故選擇電流環作為系統的信號傳輸途徑。論文分析了數據遠距離傳輸方法，詳細論述了電流環的工作原理，根據需要設計了電流環接口電路。本文介紹的電流環與RS-232接口的方法大大提高了串行通信的距離和抗干擾能力。 在上述研究基礎之上，針對硬件電路編寫了軟件系統，對系統做了誤差分析，并對主要誤差源做了軟件補償，在實驗室做了一些仿真與實驗測試，結果比較滿意，達到了預期目標。