普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(光電脈沖編碼器)

時(shí)間：2024-09-21 04:38:32 自動(dòng)化畢業(yè)論文我要投稿

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　　摘要

　　普通電阻率測(cè)井是電測(cè)井的重要方法之一，根據(jù)測(cè)量的巖層電阻率，來(lái)判斷巖性，劃分油氣水層，研究?jī)?chǔ)集層的含油性。目前的普通電阻率測(cè)井儀器中，復(fù)雜的大型設(shè)備功能齊全但成本很高，而簡(jiǎn)單的小型儀器往往不能與微機(jī)通信，自動(dòng)化程度低，而且不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。我校測(cè)井實(shí)驗(yàn)室用于普通電阻率測(cè)井的儀器就存在上述弊端，目前使用的是由北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JC-3電測(cè)儀，它不具備深度測(cè)量，并且主要采用人工記錄數(shù)據(jù)的方式，測(cè)量周期長(zhǎng)，速度慢，自動(dòng)化程度很低。

　　本文實(shí)現(xiàn)了普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與制作。本實(shí)驗(yàn)裝置以測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主要應(yīng)用目標(biāo)，也可用于一般的野外測(cè)井。它具有恒流供電、深度測(cè)量、電壓測(cè)量等功能，使用標(biāo)準(zhǔn)串行接口與上位機(jī)通信，配合測(cè)井實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集軟件可實(shí)時(shí)繪制出視電阻率隨深度變化的測(cè)井曲線。

　　其中，恒流源使用穩(wěn)壓集成電路制作，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將電流值顯示在液晶上;深度測(cè)量使用AT89C51單片機(jī)配合測(cè)井絞車附帶的光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)，由8位LED數(shù)碼管顯示;電壓的測(cè)量是通過(guò)12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器TC7109配合單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由4位LED數(shù)碼管顯示，通過(guò)串行接口與上位機(jī)通信。

　　該實(shí)驗(yàn)裝置可輸出的最大電流超過(guò)500mA，電壓量程±2V，精度1mV，深度測(cè)量的范圍為±9999.999m，最小分辨率1mm，串行通信速率4800b/s，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到并超過(guò)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。目前本實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)用于本科生測(cè)井實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，效果良好，既豐富了教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也充實(shí)了測(cè)井實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，改善了實(shí)驗(yàn)條件。

　　關(guān)鍵詞：測(cè)井; 電阻率; 單片機(jī); 光電脈沖編碼器; A/D轉(zhuǎn)換

　　ABSTRACT

　　Normal resistivity logging is one of the important means of electrical logging. Based on the resistivity of rock we measure, we are able to estimate the nature of the rock, and carve up the layer of oil, gas and water, and to study the oiliness. Presently, inside kinds of instruments that are used for normal resistivity logging, the complicated and great equipments do have almost the entire functions we need, but they also have high cost. Although the ordinary minitype instruments have low cost, they are often lack of functions to communicate with the computer, and the automatization degree is very low. We are not able to carry through real time analyzing of the data. The instrument in our well logging lab has the same defect as mentioned above. What we are using is the JC-3 electrical log instrument, which can not measure the depth, and its way of data note is manual. Cycle of the measurement is long, and its automatization is very low.

　　This page implements the design and facture of the normal resistivity log experiment device. This device is mainly for the teaching of well logging experiment, but it can be used for common well logging at the field. It owns the functions of current regulator, depth measurement and voltage measurement. It uses the UART to communicate with computer, and it is able to draw the well logging curve cooperating with the resistivity log data collecting software made by our well log lab.

　　The maximum current this device output is over 500mA. The maximum input voltage measurement is 2V, with the precision 1mV. The depth it can measure range from -9999.999m to 9999.999m, with the precision 1mm. The baud rate of UART is 4800b/s. Now, it has already being used for the teaching of well logging experiment for the undergraduates, and the effect is good. It enriches the teaching content, and improves the experiment conditions in our well log lab.

　　Key words: well logging; resistivity; single-chip processor; photoelectric coded device; A/D converter

　　普通電阻率測(cè)井是地球物理測(cè)井中最基本最常用的測(cè)井方法，它根據(jù)巖石導(dǎo)電性的差別，測(cè)量地層的電阻率，在井內(nèi)研究鉆井地質(zhì)剖面。巖石電阻率與巖性、儲(chǔ)油物性和含油性有著密切的關(guān)系。普通電阻率測(cè)井主要任務(wù)是根據(jù)測(cè)量的巖層電阻率來(lái)判斷巖性，劃分油氣水層，研究?jī)?chǔ)集層的含油性。

　　第一節(jié) 普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)儀器現(xiàn)狀

　　普通電阻率測(cè)井儀器已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但專用于本科生測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)的儀器很少。當(dāng)前的測(cè)井儀器一般是用于油田礦井的生產(chǎn)測(cè)井和一些地下工程的工程測(cè)井，儀器體積大，功能復(fù)雜，通常是多種參數(shù)同時(shí)測(cè)量。目前，國(guó)內(nèi)高校的測(cè)井實(shí)驗(yàn)課程使用的儀器都是這種大型儀器，或者使用小型儀器配合函數(shù)記錄儀，如吉林大學(xué)，西南石油大學(xué)等。中國(guó)石油大學(xué)目前仍在尋購(gòu)適合本科生測(cè)井實(shí)驗(yàn)的儀器。

　　我校測(cè)井實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有兩套可用于電阻率測(cè)井的儀器，其一是渭南煤礦專用設(shè)備廠生產(chǎn)的TYSC-QB數(shù)字測(cè)井儀。該儀器功能齊全，參數(shù)豐富，與其配合的TCXJ測(cè)井絞車深度可達(dá)千米。但是它主要用于生產(chǎn)測(cè)井，儀器和絞車的體積很大，電極系長(zhǎng)度也超過(guò)了1米。我校本科生的測(cè)井實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬井中進(jìn)行，井深不到3米，所以對(duì)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，該儀器太過(guò)龐大，使用不方便，而且沒(méi)有足夠的課時(shí)讓學(xué)生熟悉儀器，就更不能達(dá)到學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的目的了。

　　第二是北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JC-3電測(cè)儀。該儀器體積比較小，功能單一，數(shù)據(jù)記錄方式全部采用人工記錄，且不具備深度測(cè)量的功能，只能使用測(cè)繩進(jìn)行人工測(cè)量。該儀器的使用步驟包括：(1)用測(cè)繩觀察深度并記錄;(2)關(guān)閉AB供電，調(diào)節(jié)極化補(bǔ)償，使電壓顯示為零;(3)打開AB供電，記錄電壓。這樣的測(cè)量方法時(shí)間長(zhǎng)，效率低，只能用于深度間隔大的定點(diǎn)測(cè)量。我校測(cè)井實(shí)驗(yàn)課程目前使用這套儀器，但是缺陷很明顯，即該儀器的自動(dòng)化程度很低，測(cè)量所需時(shí)間長(zhǎng)，效率低下，由于課時(shí)有限，沒(méi)有剩余時(shí)間讓同學(xué)們親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。

　　第二節(jié) 研究目的

　　本文的目的就在于實(shí)現(xiàn)一種適合于本科生測(cè)井實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)使用的普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置，主要用于在我校測(cè)井實(shí)驗(yàn)室做普通電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)，也可用于一般的野外測(cè)井。

　　我校測(cè)井實(shí)驗(yàn)室的模擬井深2.6米，直徑0.32米，井壁加入了許多木材、礦物等，能很好的模擬自然井。本文實(shí)現(xiàn)的普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置，要求使用45V電池供電，使用自制的0.2米長(zhǎng)的電極系，采樣間隔達(dá)到0.02米;要求實(shí)現(xiàn)深度測(cè)量，并能與計(jì)算機(jī)通信，實(shí)時(shí)繪制出曲線，給同學(xué)們更直觀的認(rèn)識(shí);要求測(cè)量速度高，效率高，操作簡(jiǎn)便，能讓同學(xué)們有充足的時(shí)間自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。

　　普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)課程是我校本科生測(cè)井實(shí)驗(yàn)的第一課，占有非常重要的地位。測(cè)井實(shí)驗(yàn)室目前使用的JC-3電測(cè)儀自動(dòng)化程度低，采集密度低，測(cè)量周期長(zhǎng)，不適合用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文針對(duì)普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)裝置，得到以下結(jié)論：

　　(1)該實(shí)驗(yàn)裝置可用作教學(xué)實(shí)驗(yàn)用測(cè)井儀器，也可用于一般的野外測(cè)井工作。

　　(2)實(shí)現(xiàn)了恒流供電、電壓測(cè)量、深度測(cè)量和串口通信等功能。供電電流最大超過(guò)500mA，電壓達(dá)到57V;電壓測(cè)量范圍±2V，精度達(dá)到1mV;深度測(cè)量范圍±9999.999m，最小分辨率1mm;串行通信速率4800b/s，最小發(fā)送間隔0.02m，實(shí)現(xiàn)了高密度采集。

　　(3)測(cè)試結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)量結(jié)果與北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的JC-3電測(cè)儀的測(cè)量結(jié)果的平均相對(duì)誤差2%，最大相對(duì)誤差低于5%，而由于該實(shí)驗(yàn)裝置的采集密度高，繪制出的視電阻率曲線也更加平滑，比JC-3電測(cè)儀的測(cè)量結(jié)果更好更真實(shí)的反映了地層視電阻率的變化趨勢(shì)。

　　第一章緒論 1

　　第一節(jié) 普通電阻率測(cè)井實(shí)驗(yàn)儀器現(xiàn)狀 1

　　第二節(jié) 研究目的 1

　　第二章普通電阻率測(cè)井原理 2

　　第一節(jié) 普通電阻率測(cè)井原理 2

　　第二節(jié) 電極系 3

　　第三章總體設(shè)計(jì) 4

　　第一節(jié) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4

　　第二節(jié) 各模塊設(shè)計(jì)方案 5

　　一、恒流源設(shè)計(jì)方案 5

　　二、極化補(bǔ)償方案 5

　　三、電壓電流測(cè)量方案 6