基于MC9S12XEP100的旋轉(zhuǎn)磁場定向測距系統(tǒng)設(shè)計

　　3.3 井下測量軟件流程圖

　　井下測量系統(tǒng)主要功能是按照井下系統(tǒng)命令完成相關(guān)測量、設(shè)置和查詢，其流程圖如圖6所示。系統(tǒng)在完成相關(guān)初始化工作之后，進入中斷等待;當產(chǎn)生串口中斷時，判斷是否為命令碼，如果為命令碼0x03，則接收控制碼，否則繼續(xù)等待。接著，查詢是否是1553規(guī)定的控制碼，如果是則執(zhí)行相應(yīng)的操作(如命令碼03、控制碼04，則進行直流量數(shù)據(jù)采集)，完成相關(guān)操作之后根據(jù)1553協(xié)議返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)包。最后，清除相應(yīng)設(shè)置，等待下一次中斷。

　　3.4 地面試驗

　　參照動態(tài)磁偶極子模型，建立地面試驗裝置。首先，模擬磁工裝，產(chǎn)生交變磁場。在ANSYS電磁仿真的基礎(chǔ)上選用溫度性能最優(yōu)的N42SH永磁鐵進行設(shè)計。為了模擬井下實驗中，磁工裝短節(jié)安裝在作業(yè)井鉆頭和螺桿鉆具間且永磁體的南北極垂直于鉆頭的鉆井方向，鉆頭帶動永磁體旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。地面實驗采用步進電機帶動磁工裝短節(jié)對其姿態(tài)進行調(diào)節(jié)，根據(jù)需要可以控制不同的轉(zhuǎn)速。本次試驗以492rad/s的速度進行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個中心頻率為1Hz的交變磁場源;其次，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了便于模擬不同角度和距離的數(shù)據(jù)采集，利用臺架固定測量裝置中探管的位置，通過移動磁工裝來調(diào)節(jié)磁工裝與探管間的角度和距離。試驗在60mX30m的場地上進行，設(shè)置測量裝置放大倍數(shù)為100或200，以5m為基準，移動磁工裝進行測量，得到測量點x、y、z三軸的坐標，通過計算得到測量的距離及相對誤差，如表2，其中，磁工裝與測量裝置間的實際距離利用激光器進行定位。由表可知，在50m范圍內(nèi)，測量距離誤差在5%以內(nèi)，超過50m誤差急劇增大。如表2。

　　4 結(jié)束語

　　基于動態(tài)磁偶極子模型，提出了以鉆頭為坐標原點的三維旋轉(zhuǎn)磁場定向測距系統(tǒng)方案。結(jié)合動態(tài)系統(tǒng)模型完成了基于MC9S12XEP100的旋轉(zhuǎn)磁場定向測距系統(tǒng)硬件設(shè)計，制定了井上通訊板和井下測量板之間的通訊協(xié)議、軟件的設(shè)計。搭建地面模擬實驗平臺，實驗結(jié)果表明，在50m測量范圍內(nèi)，距離誤差在5%以內(nèi)，滿足系統(tǒng)設(shè)計需求。為了進一步驗證系統(tǒng)的可行性和測量的準確性，有待進行井下測量實驗，以進一步改進改進和優(yōu)化系統(tǒng)。

　　參考文獻：
　　[1]閆向宏.隨鉆測井聲波傳輸特性數(shù)值模擬研究[D].北京:中國石油大學(xué),2010
　　[2]張紹槐.現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的新進展及發(fā)展方向[J].石油學(xué)報,2003,24(3):82-85,89
　　[3]Macmillan S,Mekay A,Grindrod S.Confidence Limits Associated with Values of the Earth’s Magnetic Field Used for Directional Drilling[C].SPE Drilling & Completion,2009,25(2):230-238.
　　[4]Pech E,Mintchev M P.Observability Analysis for INS Alignment in Horizontal Drilling [J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2007,56(5):1935-1945
　　[5]胡漢月,陳慶壽.RMRS在水平井鉆進中靶作業(yè)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)與勘探,2008,44(6):90-93
　　[6]Marschner U,Fischer W J.Indirect Measurement of a Bar Magnet Position Using a Hall Sensor Array[J].IEEE Transactions on Magnetics,2007,43(6):2728-2730
　　[7]宗艷波,張軍,史曉鋒,等.基于旋轉(zhuǎn)磁偶極子的鉆井軌跡高精度導(dǎo)向定位方法[J].石油學(xué)報,2011,32(2):1-5
　　[8]Kuckes A F.Rotating magnet for distance and direction meansurements from a first borehole to a second borehole:US,5589775[P].1996-11-31
　　[9]胡漢月,向軍文,劉海翔,等.SmartMag定向中靶系統(tǒng)工業(yè)實驗研究[J].探礦工程,2010,37(4):6-10
　　[10]宗艷波.旋轉(zhuǎn)磁場定向測距隨鉆測量儀的研制與實驗[J].石油鉆探技術(shù),2012,40(6):110-114
　　[11]AI-Khodhori S, AI-Riyami H, Holweg P, et al.Connector conductor wells technology in Brunei Shell petroleum: achieving high profitability through Multi-well bores and Down-hole connections[R].SPE 111441,2008