石油井下测试系统的研究及数据处理
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摘要
本课题主要研究了在数千米油井下这种高温、高压、高冲击的恶劣环境下的射孔压力信号的存储测试技术。本文在综述了国内外研究发展现状后,提出了我们研究该课题的必要性。
在对射孔技术和仪器的工作环境做了较为详细的介绍后,提出了我们设计仪器的要求和分析了总体设计方案。在此基础上,分别介绍了存储测试、采样策略、微功耗技术等相关理论,以及在此理论指导下测试系统硬件电路各模块的设计原理和实现方法。重点介绍了测试系统硬件电路的设计,包括传感器的选择、模拟电路设计、数字电路设计、电源管理模块设计、自制FIFO的设计以及基于CPLD芯片的控制模块的设计。这些设计的实现,使得电路的可靠性、精度以及电路的功耗和体积都有了很好的改进。通过多次实际测量得到的数据,也进一步验证了我们的设计是成功的。
文中还介绍了利用软件Matlab下的Sptool工具箱设计有限冲激响应滤波器的方法,并使用Kaiser窗滤波器对实测数据进行了滤波处理。此外在数据分析上引入了小波分析方法,并详细的介绍了小波分析的相关理论和应用,从概念上比较了小波分析和傅立叶变换的异同以及利用小波分析的优点,并对实测数据做出了小波去噪分析。
此外,本论文还对目前工作中存在的问题加以了总结并介绍了今后研究的方向。
The main idea of this thesis is reach on the technology of memory test of down-holepressure under the thousands of meter oil well, where the conditions are very bad, such ashigh temperature, high pressure and extreme shock. After summarize the tendency andactualityofresearchanddevelopment,educedthenecessaryofweresearchthisthesis.
After introduces the perforation and the process of fracturing, educed the requirementsof design the gauge and analyzed the way of the whole system. Introduces the technologyofmemory test and sampling theory and low consuming theory, with what theory guides wedesign the circuits based on the analyze. In this paper we introduces mainly the design ofcircuits of the gauge, including the choice of the sensor and design of analogycircuit moduleand design of digital circuit module and power management module and design of FIFO andthe design of control module based on CPLD chip. With these way, the reliability andprecision and power consume have made a good progress. And bymanytimes experiment inoilfieldshaveprovedthedesignofthegaugewasverysuccessful.
We also introduces the way of design on FIR digital filters with MATLAB Sptooltoolbox, and use the Kaiser Window filter to processes the pressure data. Besides, we educesthe wavelet theory to processing the pressure data, and introduces the theory about waveletand interrelated knowledge. We make a different between the FFT and Wavelet, and educesthegoodqualitiesofthe wavelet analyze.Andusethewavelettoolboxde-noisedthepressuredata.
In addition, the questions faced in current work and advanced research direction are pointed out inthispaper.
在对射孔技术和仪器的工作环境做了较为详细的介绍后,提出了我们设计仪器的要求和分析了总体设计方案。在此基础上,分别介绍了存储测试、采样策略、微功耗技术等相关理论,以及在此理论指导下测试系统硬件电路各模块的设计原理和实现方法。重点介绍了测试系统硬件电路的设计,包括传感器的选择、模拟电路设计、数字电路设计、电源管理模块设计、自制FIFO的设计以及基于CPLD芯片的控制模块的设计。这些设计的实现,使得电路的可靠性、精度以及电路的功耗和体积都有了很好的改进。通过多次实际测量得到的数据,也进一步验证了我们的设计是成功的。
文中还介绍了利用软件Matlab下的Sptool工具箱设计有限冲激响应滤波器的方法,并使用Kaiser窗滤波器对实测数据进行了滤波处理。此外在数据分析上引入了小波分析方法,并详细的介绍了小波分析的相关理论和应用,从概念上比较了小波分析和傅立叶变换的异同以及利用小波分析的优点,并对实测数据做出了小波去噪分析。
此外,本论文还对目前工作中存在的问题加以了总结并介绍了今后研究的方向。
The main idea of this thesis is reach on the technology of memory test of down-holepressure under the thousands of meter oil well, where the conditions are very bad, such ashigh temperature, high pressure and extreme shock. After summarize the tendency andactualityofresearchanddevelopment,educedthenecessaryofweresearchthisthesis.
After introduces the perforation and the process of fracturing, educed the requirementsof design the gauge and analyzed the way of the whole system. Introduces the technologyofmemory test and sampling theory and low consuming theory, with what theory guides wedesign the circuits based on the analyze. In this paper we introduces mainly the design ofcircuits of the gauge, including the choice of the sensor and design of analogycircuit moduleand design of digital circuit module and power management module and design of FIFO andthe design of control module based on CPLD chip. With these way, the reliability andprecision and power consume have made a good progress. And bymanytimes experiment inoilfieldshaveprovedthedesignofthegaugewasverysuccessful.
We also introduces the way of design on FIR digital filters with MATLAB Sptooltoolbox, and use the Kaiser Window filter to processes the pressure data. Besides, we educesthe wavelet theory to processing the pressure data, and introduces the theory about waveletand interrelated knowledge. We make a different between the FFT and Wavelet, and educesthegoodqualitiesofthe wavelet analyze.Andusethewavelettoolboxde-noisedthepressuredata.
In addition, the questions faced in current work and advanced research direction are pointed out inthispaper.
引文
[1] 崔海、刘爱东等.一种井下参数测试仪的研制.传感器技术.2000,19.125-27
[2] 郭海敏.生产测井导论.北京:石油工业出版社,2003:308-309
[3] 《试井手册》编写组.试井手册.北京:石油工业出版社.1991,7
[4] 曾永红.电子式井下压力计的研究与开发.华中科技大学硕士学位论文.武汉:华中科技大学.2002
[5] 周静,刘塞立,强琳.井下储存式电子压力计的软件设计.测井技术.1993,18(4):281~287
[6] 郭福田,薛光辉.井下存储式电子压力计的设计.石油规划设计.1999,10(1):35
[7] 姚素芬,只德瑞.智能型压力测试装置的研制.仪表技术与传感器.1997:18~20
[8] 俞英,王岚等.一种用于井下的压力、加速度测试仪.应用科技.2000,27(9):9
[9] 王华,祖静,杨志刚.石油井下电子测压器的新发展.中国兵工学会第六届测试技术学术年会论文集.北京:兵器工业出版社.1992:374~353
[10] 龚家隆.提高多通道测量精度的研究.上海工程技术大学学报,1996,10.4
[11] 戎舟.用ispLSI设计压力变化量测试系统.南京邮电学院学报(自然科学版).1999,19.3
[12] 张文栋,马宝华,祖静.智能测试系统基本特征及其组成.测试技术学报.1994,8.2
[13] 祖静,申湘南,张文栋.存储测试技术.兵工学报.1994,(2)
[14] 张文栋.存储测试系统的设计理论及其应用.北京:高等教育出版社,2002,1
[15] 王连成.工程系统论.北京:中国宇航出版社,2002,1:26
[16] 金碧辉主编.系统可靠性工程.北京:国防工业出版社.2004
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[18] John W. Satzinger. Robert B. Jackson. Stephen D. Burd. Systems Analysis and DesigninaChangingWord. 北京:机械工业出版社.2001
[19] 赵新民,智能仪器设计基础.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.1999
[20] Stamatis Cambanis , Elias Mmasry .Sampling Designs for the Detection of Signals inNoise.IEEETransonInformationTheory .1983 , IT-29.1
[21] 马铁华.北京理工大学博士后研究报告.存储测试技术的发展与应用及特种传感器技术研究.北京:北京理工大学.1999
[22] 孟立凡,郑宾.传感器原理及技术.北京:兵器工业出版社.2000
[23] 王远.模拟电子技术.北京:机械工业出版社.2000
[24] 廖裕评,陆瑞强.CPLD 数字电路设计——使用 MAX+plusⅡ.北京:清华大学出版社.2001
[25] 王道宪.CPLD/FPGA可编程逻辑器件应用与开发.北京:国防工业出版社.2004
[26] 谢浔.强电磁环境下的动态信息获取与传输技术研究.中北大学硕士学位论文,太原:中北大学.2005
[27] 刘炳文.精通VisualBasic6.0中文版.北京:电子工业出版社.1999.7
[28] 黄淼云,张学忠,王福成.Visual Basic控件应用编程实例教程.北京:北京希望电子出版社.2002
[29] 徐科军主编.传感器与检测技术.北京:电子工业出版社.2004:16~31
[30] 宋寿春,俞瑞华,高玲珑.动态误差的表征及评估方法.测试技术学报.1994,8.2
[31] 宋文爱,卜雄珠.工程实验理论基础.北京:兵器工业出版社.2000
[32] 黄俊钦.测试系统动力学.北京:国防工业出版社.1996
[33] 袁希光.传感器技术手册.北京:国防工业出版社.1986
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[36] 朱明武,李永新.动态测量原理.北京:北京理工大学出版社.1993.10
[37] 郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统.北京:高等教育出版社.2000.5
[38] 程佩青.数字信号处理教程(第二版).北京:清华大学出版社.2001.8
[39] 史东生, 弟宇鸣,周春林.小波变换与傅立叶变换在γ能谱降噪处理中的比较研究.核电子学与探测技术.2006,11.26.6:134~138
[40] 林大超等编著.爆炸地震效应.地质出版社.2007,1
[41] 飞思科技产品研发中心编著.MATLAB6.5辅助小波分析与应用.北京:电子工业出版社.2003.1
[42] 孙延奎编著.小波分析及其应用.机械工业出版社.2005.10
[43] 杜水友,裘国红等.激波管阶跃压力持续时间研究.中国计量学院学报.1996,6.01:51~55
[44] 王大凯等编著.小波分析及其在信号处理中的应用.电子工业出版社.2006.1
[45] 成礼智等编著.小波与离散变换.清华大学出版社.2005.1
[46] 姚富安.集成模拟开关的几种典型应用.电子应用技术.1994,1
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[50] 黄琪志等.小波妇分析在某种压力波形中的应用.电子测量技术.2003,6:16~18
[51] 付炜,彭光剑.基于小波阈值去噪的改进方法.电子测量技术.2006,12.29.6:46~48
[2] 郭海敏.生产测井导论.北京:石油工业出版社,2003:308-309
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