基于MC9S12XEP100的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定向測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：針對(duì)傳統(tǒng)基于地磁導(dǎo)向的連續(xù)測(cè)斜系統(tǒng)易受干擾以及慣性導(dǎo)航的陀螺測(cè)斜系統(tǒng)具有積分漂移誤差，難以滿足連通井導(dǎo)向定位高精度測(cè)量的需求，提出一種基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)閉環(huán)定向測(cè)距的系統(tǒng)方案，完成了該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及遠(yuǎn)距離通訊協(xié)議設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了地面實(shí)驗(yàn)。該測(cè)距系統(tǒng)由地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)組成;其中，井下系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)的采集、地面系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)接收和命令傳輸，系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)采用曼切斯特碼傳輸以提高精度降低誤碼率。試驗(yàn)表明，在鉆頭靠近目標(biāo)井70m，可檢測(cè)到有效信號(hào);在50m范圍內(nèi)，可以控制測(cè)量精度在5%。

　　引言

　　隨著石油勘探技術(shù)的不斷發(fā)展和復(fù)雜井的廣泛應(yīng)用，地層結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜^[1]。作為復(fù)雜井重要支撐技術(shù)之一——隨鉆測(cè)量，在復(fù)雜的地層結(jié)構(gòu)中受到國(guó)內(nèi)外鉆井行業(yè)的高度關(guān)注。隨鉆測(cè)量系統(tǒng)中井眼軌跡的控制精度直接關(guān)系到連通井井眼對(duì)接的成敗，而控制井眼軌跡的關(guān)鍵在于井眼運(yùn)動(dòng)軌跡的高精度測(cè)量^[2]。但是，傳統(tǒng)單一井眼進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)的隨鉆測(cè)量設(shè)備難以滿足時(shí)下復(fù)雜地層中高精度、強(qiáng)抗干擾的要求^[3-4]。

　　為了減小連通井中井眼連通定位誤差，進(jìn)一步提高測(cè)量精度，需要研究作業(yè)井與目標(biāo)井導(dǎo)向定位的新方法。國(guó)內(nèi)外先后開(kāi)展了其方法的研究，一方面，論證了靜態(tài)磁場(chǎng)模型難以直接用于精確定位^[5-6]以及開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在測(cè)量過(guò)程中具有一定的累積誤差^[7];另一方面，對(duì)于閉環(huán)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)量方法：A.F.Kuckes^[8]等人提出了基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)測(cè)距系統(tǒng)(RMRS)，論證其在50m范圍內(nèi)具有較好的效果;胡漢月、宗艷波、AI-Khodhori^[9-11]等人驗(yàn)證了該方法用于水平井的對(duì)接連通的可行性等。

　　因此，為了測(cè)量作業(yè)井與目標(biāo)井的相對(duì)位置和相對(duì)角度，提出了一種基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定向測(cè)距的方案。通過(guò)建立基于動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)磁偶極子模型，完成了井下測(cè)量和井上通訊的硬件電路的設(shè)計(jì)以及上下板之間的通訊協(xié)議和軟件的開(kāi)發(fā)。最后，通過(guò)地面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方案的可行性。

　　1 磁測(cè)距系統(tǒng)原理

　　連通井旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)導(dǎo)向測(cè)距系統(tǒng)由地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)組成。其中，地面系統(tǒng)包括地面軟件與上位機(jī)、測(cè)井絞車;井下系統(tǒng)分為磁工裝和磁測(cè)量裝置。磁工裝用于產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)源;磁測(cè)量裝置用于獲取在作業(yè)井鉆頭處的磁場(chǎng)，測(cè)量信號(hào)借助測(cè)井絞車通過(guò)電纜傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行解碼處理;最后，傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算處理，得到距離和角度。