油田综合试井仪器的研究与开发
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摘要
在油田试井技术中，测油井液面深度和测抽油井示功图是两项最常用的技术。传统的测量仪器功能单一、体积大、价格昂贵，不能适应油田试井工作的需要，开发多功能、便携式的高智能综合试井仪器正是本论文工作的目的。
本综合仪器将传统的测井深仪器和测功图合二为一，设计了以80C196单片机作为核心的嵌入式系统，并配有键盘和液晶显示组成小型操作系统，可实现信号调理、数据采集、图形显示、键盘控制、数据计算、串口通讯等功能。在本论文中，从硬件和软件两方面对信号的滤波处理作了较详细的研究。液面反射波信号主要在硬件方面采用双通道二阶有源低通滤波，功图信号则在软件方面采用数字滤波算法。
本文的研究工作表现在以下几个方面：
1．研究试井技术原理和测量方法，根据试井要求设计80C196单片机嵌入式系统以及外围接口处理电路。
2．在充分考察现场工作情况及试井操作的基础上，设计了一套操作方便、界面简洁、功能强大的软件系统。
3．设计液面反射波信号以及功图信号处理电路，重点是液面反射波信号二阶有源低通滤波电路并进行仿真实验。
4．根据信号特点以及图形显示要求，设计数字滤波算法对功图信号以及液面放射波信号做数字滤波处理。
5．现场测试结果证明本试井系统在软件及硬件方面的设计基本都是合理可行的，也发现在一些设计上的不足，提出了改进建议。
The measuring of the well depth and indecator diagram are the most regular techniques in well logging technology . And for the traditional instruments have several disadvantages such as narrow function, big volume and high price which couldn't meet the need of well logging, the target of this thesis work is mainly to describe the portable instrument with multi-function and high intelligence.
In our system, the traditional instrument of well depth measuring and indecator diagram are combined into one, and the embed system with the core of 80C196 is designed. What's more, a small operation system with keyboard input and Liquid Crystal Display is designed for the system which has the function of signal adjusting, data collecting, keyboard controlling, data computing and serial port communication o In this thesis the research on signal filtering is nicely done both in hardware and in software.Reflected wave signal is processed by double channels two-order low-pass active filtering in hardware, and indicator diagram signal is processed by digital filtering in software.
The research work in this thesis is described as follows:
1 . Research on theory of well logging technology and measuring ways . According to the well logging requirement, the embed system with 80C196 and interface circuit are designed.
2. A software system with strong function, convenient operation and concise interface is designed based on careful locale checking and the operation of
well logging . 3 . The processing circuit based on the reflecting wave signal from well surface
and indicator diagram signal is designed, which is focused on the circuit
designing in two-order low pass active filtering circuit of reflected wave
signal. 4. According to the signal feature and the requirement of the graph
displaying, the digital filtering arithmetic is designed .
5. The testing result nicely proves the stability design in both software and
hardware aspects.
本综合仪器将传统的测井深仪器和测功图合二为一，设计了以80C196单片机作为核心的嵌入式系统，并配有键盘和液晶显示组成小型操作系统，可实现信号调理、数据采集、图形显示、键盘控制、数据计算、串口通讯等功能。在本论文中，从硬件和软件两方面对信号的滤波处理作了较详细的研究。液面反射波信号主要在硬件方面采用双通道二阶有源低通滤波，功图信号则在软件方面采用数字滤波算法。
本文的研究工作表现在以下几个方面：
1．研究试井技术原理和测量方法，根据试井要求设计80C196单片机嵌入式系统以及外围接口处理电路。
2．在充分考察现场工作情况及试井操作的基础上，设计了一套操作方便、界面简洁、功能强大的软件系统。
3．设计液面反射波信号以及功图信号处理电路，重点是液面反射波信号二阶有源低通滤波电路并进行仿真实验。
4．根据信号特点以及图形显示要求，设计数字滤波算法对功图信号以及液面放射波信号做数字滤波处理。
5．现场测试结果证明本试井系统在软件及硬件方面的设计基本都是合理可行的，也发现在一些设计上的不足，提出了改进建议。
The measuring of the well depth and indecator diagram are the most regular techniques in well logging technology . And for the traditional instruments have several disadvantages such as narrow function, big volume and high price which couldn't meet the need of well logging, the target of this thesis work is mainly to describe the portable instrument with multi-function and high intelligence.
In our system, the traditional instrument of well depth measuring and indecator diagram are combined into one, and the embed system with the core of 80C196 is designed. What's more, a small operation system with keyboard input and Liquid Crystal Display is designed for the system which has the function of signal adjusting, data collecting, keyboard controlling, data computing and serial port communication o In this thesis the research on signal filtering is nicely done both in hardware and in software.Reflected wave signal is processed by double channels two-order low-pass active filtering in hardware, and indicator diagram signal is processed by digital filtering in software.
The research work in this thesis is described as follows:
1 . Research on theory of well logging technology and measuring ways . According to the well logging requirement, the embed system with 80C196 and interface circuit are designed.
2. A software system with strong function, convenient operation and concise interface is designed based on careful locale checking and the operation of
well logging . 3 . The processing circuit based on the reflecting wave signal from well surface
and indicator diagram signal is designed, which is focused on the circuit
designing in two-order low pass active filtering circuit of reflected wave
signal. 4. According to the signal feature and the requirement of the graph
displaying, the digital filtering arithmetic is designed .
5. The testing result nicely proves the stability design in both software and
hardware aspects.
引文
1．孙涵芳主编。INTEL 16位单片机。北京航空航天大学出版社，1995．11。
2．李虞庚主编。试井手册—上册。石油工业出版社，
3．康华光主编。电子技术基础—模拟部分(第三版)。高等教育出版社，。
4．胡广书编著。数字信号处理—理论、算法与实现。清华大学出版社，1997．081。
5．阎石主编。数字电子技术基础(第三版)。高等教育出版社，1993．02。
6．贾伯年、俞朴主编。传感器技术。东南大学出版社，2000．07。
7．吴正毅编著。测试技术与测试信号处理。清华大学出版社，。
8．高伟涛编著。Pspice8．0电路设计实例精粹。国防工业出版社，2001．02。
9．岳怡编。新型数字逻辑器件 GAL 及其应用技术。西北工业大学出版社，1995．12。
10．孙建孟。浅议测井学科的发展。测井技术，1998，22(5)：380～382。
11．杜凯。抽油井安全监控系统。中国安全科学学报，，第9卷第1期(1999．02)。
12．万景宇、宋立奎、罗建明。YWS 型油井产量测量仪的研制。油气田地面工程，第17卷第六期(1998．11)
13．李舟波、楚泽函。中国测井学研究现状与发展趋势。地球物理学报，第四十期增刊(1997)。
14．谭伦金、齐彦强、芦会来。《试井工程师助手》软件系列。油气井测试。(2001．03)。
15．谭廷栋。用现代测井技术提高油气勘探效益。石油勘探与开发，第26卷第2期(1999．04)。
16．周伶。240×64点阵式液晶显示模块的应用。电机电器技术，2001年第2期。
17．李惠宇、宋兵、王振才、薛卫晖。MCS-96系列单片机存储空间的扩展，第13卷第3期(1998．09)。
18．徐爱钧。基于单片机的抽油井液面自动监测仪设计与应用。测控技术，
2001年第20卷第4期。
19．贺平。单片机应用系统软件抗干扰研究。煤矿自动化，1998年第1期。
20．李光辉、张培铭。智能化电器可靠性技术。低压电器2000年第1期。
21．胡铭、陈珩。有源滤波技术及其应用。科技通报，2000年2月10日。
22. "Efficient Least Squares Adative Algorithms for FIR Trasversal Filtering" IEEE Signal Processing Magazine JULY 1999 VOL 16 NO.4
23．史智德。数字滤波技术在力平衡加速度表中的应用。实用测试技术，1998年1月第一期。
24．黄永梅、傅承毓。实时跟踪控制系统中的数字滤波技术。光电工程，第25卷第2期(1998．04)。
25．王正友、赵鸿萍、李学华、邹瑜。采用软件滤波提高设备抗干扰性。冶金矿山设计与建设，第29卷第4期(1997．07)。
26. Abdesselam Klouche_djedid, Member, IEEE "Designof Stable, Causal, Perfect Reconstruction, IIR Uniform DFT Banks" IEEE Transactions On Signal Processing,VOL.48.NO.4,APRIL 2000。
27．肖国有、屠庆平编著。声信号处理及其应用。西北工业大学出版社。
28．张贤达著。现代信号处理。清华大学出版社。
29．潘祖善、何绍雄、贾学堂编。滤波技术。上海交通大学出版社。
30. Krzysztof Nowozynski "Fast Noniterative Algorithm for Designing High_Accuracy Lowpass FIR Filters with the Evaluation of Errors" IEEE Trasactions on Signal Processing,VOL.48,NO.10.OCTOBER 2000.
31．曹秉浩、肖洪。遥测数据的数字滤波方法。电力自动化设备，第2期(1997．05)。
32．李秀人。用PSPICE实现电子电路的分析与设计。微电子与基础产品，2000年第27卷第3期。
33．蒋明。基于嵌入式数字信号处理器的数字滤波器设计和算法实现。航空计算技术，第29卷第2期(1999．06)。
2．李虞庚主编。试井手册—上册。石油工业出版社，
3．康华光主编。电子技术基础—模拟部分(第三版)。高等教育出版社，。
4．胡广书编著。数字信号处理—理论、算法与实现。清华大学出版社，1997．081。
5．阎石主编。数字电子技术基础(第三版)。高等教育出版社，1993．02。
6．贾伯年、俞朴主编。传感器技术。东南大学出版社，2000．07。
7．吴正毅编著。测试技术与测试信号处理。清华大学出版社，。
8．高伟涛编著。Pspice8．0电路设计实例精粹。国防工业出版社，2001．02。
9．岳怡编。新型数字逻辑器件 GAL 及其应用技术。西北工业大学出版社，1995．12。
10．孙建孟。浅议测井学科的发展。测井技术，1998，22(5)：380～382。
11．杜凯。抽油井安全监控系统。中国安全科学学报，，第9卷第1期(1999．02)。
12．万景宇、宋立奎、罗建明。YWS 型油井产量测量仪的研制。油气田地面工程，第17卷第六期(1998．11)
13．李舟波、楚泽函。中国测井学研究现状与发展趋势。地球物理学报，第四十期增刊(1997)。
14．谭伦金、齐彦强、芦会来。《试井工程师助手》软件系列。油气井测试。(2001．03)。
15．谭廷栋。用现代测井技术提高油气勘探效益。石油勘探与开发，第26卷第2期(1999．04)。
16．周伶。240×64点阵式液晶显示模块的应用。电机电器技术，2001年第2期。
17．李惠宇、宋兵、王振才、薛卫晖。MCS-96系列单片机存储空间的扩展，第13卷第3期(1998．09)。
18．徐爱钧。基于单片机的抽油井液面自动监测仪设计与应用。测控技术，
2001年第20卷第4期。
19．贺平。单片机应用系统软件抗干扰研究。煤矿自动化，1998年第1期。
20．李光辉、张培铭。智能化电器可靠性技术。低压电器2000年第1期。
21．胡铭、陈珩。有源滤波技术及其应用。科技通报，2000年2月10日。
22. "Efficient Least Squares Adative Algorithms for FIR Trasversal Filtering" IEEE Signal Processing Magazine JULY 1999 VOL 16 NO.4
23．史智德。数字滤波技术在力平衡加速度表中的应用。实用测试技术，1998年1月第一期。
24．黄永梅、傅承毓。实时跟踪控制系统中的数字滤波技术。光电工程，第25卷第2期(1998．04)。
25．王正友、赵鸿萍、李学华、邹瑜。采用软件滤波提高设备抗干扰性。冶金矿山设计与建设，第29卷第4期(1997．07)。
26. Abdesselam Klouche_djedid, Member, IEEE "Designof Stable, Causal, Perfect Reconstruction, IIR Uniform DFT Banks" IEEE Transactions On Signal Processing,VOL.48.NO.4,APRIL 2000。
27．肖国有、屠庆平编著。声信号处理及其应用。西北工业大学出版社。
28．张贤达著。现代信号处理。清华大学出版社。
29．潘祖善、何绍雄、贾学堂编。滤波技术。上海交通大学出版社。
30. Krzysztof Nowozynski "Fast Noniterative Algorithm for Designing High_Accuracy Lowpass FIR Filters with the Evaluation of Errors" IEEE Trasactions on Signal Processing,VOL.48,NO.10.OCTOBER 2000.
31．曹秉浩、肖洪。遥测数据的数字滤波方法。电力自动化设备，第2期(1997．05)。
32．李秀人。用PSPICE实现电子电路的分析与设计。微电子与基础产品，2000年第27卷第3期。
33．蒋明。基于嵌入式数字信号处理器的数字滤波器设计和算法实现。航空计算技术，第29卷第2期(1999．06)。