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1、摘要进入21世纪以来，石油是不可缺少的能源之一，随着国民经济的迅速发展，对地下开采石油量的需求不断增长，现代钻井技术有了新的发展，本文主要研究钻井工程中各个参数的测量。传统的钻井设备体积庞大、不易安装、输出信号一般为模拟信号，测量精度不高、实时性差、出现故障也不易排除，因此给钻井工作带来了巨大的隐患；本文将在钻井过程中使用双CPU系统测量各个参数，因为各个参数的信号是模拟信号，需要一个CPU一直采集读取，而CPU还有显示跟打印的功作，所以避免测量误差，采取更为方便的CPU测量系统，一个是事务处理CPU，另一个是测量处理的CPU，双CPU都是使用AT89S52型单片机对各参数进行控制，井深的测量
2、是使用了称重传感器跟绞盘编码器一起来进行测量，钻压扭矩的测量也是采用了比较实用的应变片测量方法。本文的优点就是利用双CPU系统来工作，应变发法测量钻压扭矩，方便快捷的实现了各个参数的测量。关键字:单片机；钻压；钻井；扭矩；监测AbstractIn the 21 century, the oil is one of the indispensable energy, as the national economy of the rapid development of underground mining, the amount of oil rising demand, modern dril
3、ling technology is a new development, so this paper is mainly drilling engineering research in the measurement of each parameter.The traditional drilling equipment huge volume, not easy installation, the output signal is commonly analog signals, measurement accuracy is not high, the real-time failur
4、e, not easy also ruled out, so give drilling work brings huge risks; and This paper will be a drilling process using dual CPU system parameter measurement, because each parameter is the signal of the analog signal, need a CPU has been gathering, and the CPU and read with the work that print, so avoi
5、d measurement errors, take a more convenient CPU measurement system, is a transaction processing CPU, the other is a measurement processing CPU, double CPU are the use of various parameters of AT89S52 SCM control, well depth measurement is used together with the winch encoder weighing transducer to
6、make the measurement, the measurement of drilling pressure torque is used more practical measurement method of the strain gauge. The advantages of this paper is to use the system to work, twin CPU strain measurement hair drilling pressure torque, convenient and quick to realize the measurement of ea
7、ch parameter. Key word: SCM; Drilling pressure; torque; drilling ; monitoring 目录第1章 绪论11.1 钻井工程技术发展的背景11.2 国内外钻井技术的发展概况11.3 自动控制技术在钻井中的应用21.4 本文研究的内容2第2章 方案论证42.1 方案论证42.2 测量井深原理42.3 测量钻压原理52.4 测量扭矩的原理62.5 现有钻压扭矩测量技术比较72.6 整体框图82.7 CPU的选型8第3章 硬件系统设计93.1 主机及其最小系统的设计93.1.1单片机最小系统113.2 数据存储芯片选择133.3 键盘
8、输入接口设计153.5 打印机的设计163.5 显示器的设计173.6 测井仪与通信接口电路设计183.7 测量CPU系统设计193.8 大钩悬重传感器193.9 A/D转换203.10 绞盘编码器213.12 钻压扭距传感器233.13 PWM控制24第4章 软件设计264.1 测量CPU264.2 事物处理CPU264.3 测量CPU说明及主流程274.3.1A/D转换说明及流程图284.4 事务处理CPU说明及主流程图294.4.1 DS12887说明及流程图304.4.2 LCDA说明及流程图304.4.3 键盘设计流程图324.4.4下位机通信流程图334.4.5 W29C040存储
9、器说明及流程图344.4.6 TPP40打印机说明及流程图35第5章 总结37参考文献38致谢39附录40附录57附录59第1章 绪论1.1钻井工程技术发展的背景在经济全球化的大背景下，结合当前国际石油背景，全球油价的居高不下，引起世界各国对石油勘探开发热潮，对钻井的要求越来越高，钻井的工作量也越来越大。这也为我国高端的钻井技术的发展提供了一个很好机遇，并产生了巨大的推动作用。从我国的情况来看，西部地区石油资源近70%埋藏在深部地层。东部地区浅层和中深层的勘探程度较高，深部地层尚有50多亿吨的石油储量可供勘探。中部地区是天然气富集区，有超过一半的天然气资源量在深部地层，所以未来我国的勘探开发潜
10、力主要在深层，必须靠深井和超深井进行勘探开发。而且深井、超深井钻井技术是一个国家钻井技术水平的重要标志之一。目前我国的钻井技术还不是特别的先进，有很多还没有克服的难题，比如钻井过程中的上喷下漏等出现的复杂情况。所以设计出一个实时性高，精确度高的测量井深、钻压等参数的系统是很有必要的。1.2国内外钻井技术的发展概况钻井技术从上世纪末至今已经历了经验钻井、科学化钻井、自动化智能钻井3个发展阶段。美国、西欧等西方等发达国家一直处于钻井技术的前沿，完成了大批超深井、高难度定向井、水平井、径向井、分枝井。与之相配套的各种工艺技术，如化学处理剂应用开发。冶金铸造技术、工具设计制造、精密仪器的研制加工等都有
11、了长足的进步，从而有力推动了地球科学、石油工业及其他有关行业的发展。目前美国Intelliserv公司设计出了一个有缆钻杆，即所谓的智能钻杆。他的主要特点是数据传输高速、大容量、实时：真正的实现了双向通信；适用于包括欠平衡钻井、气体钻井在内的任何井况下的数据传输。长期以来，勘探钻井需要使用陆地钻机或海上钻井平台，还要使用钻杆、泥浆、套管和水泥，势必造成勘探钻井费用居高不下，勘探风险很大。要想从根本上降低勘探钻井费用和勘探风险，就必须摒弃现行的钻井方式，另辟蹊径，开发一种完全不同的钻井方式。挪威的獾式钻探器公司正在研制的獾式钻探器正是这种崭新的钻井方式。獾式钻探器是一种无钻机的井下自动钻探机，长
12、约25米，设计钻深能力超过3000米。它的主要特点就是不用陆地钻机或海上钻井平台，可大幅度减少作业人员和后勤保障工作，还能避开海洋环境对钻井作业的干扰；显著降低勘探钻井费用和勘探风险；实现远程控制和自动化钻井等。目前我国研制出多参数随钻测井系统，该系统是集钻井、测井和油藏工程技术为一体，并且该系统可以同时测量仪器周围的侧向环形电阻率、方位电阻率以及方位自然伽马等地层地质参数，以及无线随钻测量系统测量的井斜、方位、工具面等井眼工程参数。1.3 自动控制技术在钻井中的应用近几年，国产电驱动钻机发展迅速，控制水平从早期的模拟控制上升到目前国际流行的典型三级控制，既上位监控级、PLC过程控制级、全数字
13、级构成通信网络。我国石油钻机在标准化水平、技术制造水平及研究开发能力、产品质量和品种等方面有了较大的提高和发展，自动控制技术在钻机上的应用已达到20世纪90年代中期国际钻机先进水平，电传动系统达到美国20世纪90年代第四代产品水平。钻机自动控系统所用的元器件的关键件仍是采用优良的原装进口件，大部分元器件采用了合资企业生产的产品，控制系统性能参数基本稳定可靠。自动控制技术在机械驱动清醒钻机主机上的使用，成熟技术主要有电子控制汽油喷射装置、电子控制自动变速器、大钩限重级天车防碰自动控制系统、电子司钻、电视监控系统。电子控制汽油喷射装置不仅能稳定、可靠，而且价格比同类普通产品要低，值得推广。电子控制
14、自动变速器由机械系统、液压系统、气压系统、电气控制系统组成。大钩限重及天车防碰自动控制系统广泛用于各类钻机。在中、大型电驱动石油钻机上已有应用，但此系统在轻型电驱动钻机上还从没有配置过。电子司钻广泛应用于所有钻机，主要由高精度调节阀、电磁阀、高性能的计算机系统、高级的HMJ设备构成，它可以提供可靠高效的钻机控制。电子司钻在复杂的钻井过程和钻井条件下，可根据不同地质结构，在保证钻压恒定的情况下提供最大的钻井速率，比人工司钻可节约大约37%的钻井时间。电视监控系统不管是机械驱动钻机还是电驱动钻机，都可以配该系统。它采用新型先进的摄像机和监视器，并配有温度控制、压力控制、空气过滤器等设备，以满足恶劣
15、环境使用和防爆要求。1.4本文研究的内容本文主要是研究勘探一个油井时所测量的诸多参数，如测量井深，测量钻压，测量扭矩等参数。在测量井深的时候需要准确地测量出钻杆的数量、大钩距离钻杆的距离、钻杆的单根长度，再根据公式：钻井深度=钻杆数量单根钻杆长度-大钩距地面高度 来测量出井深，具体的各个钻杆参数会在后面具体测量，测量钻压主要是应用应变片法来测量的钻头附近所受压力，扭矩的测量方法跟钻压的大致相同，也是利用应变片来测量的，后面会提到具体的测量公式。本文主要采用的是双CPU的方法测量各个参数的，具体要知道各个CPU的选型，每个CPU都是怎么去工作的，都有什么优点，而且测量还需要各个传感器来测量参数，有大钩悬重传感器，钻压扭距传感器，要确定每个传感器的选型，跟测量的大小范围、优点等。事务处理的CPU还要连接存储器，LCD显示器，键盘，实时时钟，打印机，所以要研究每一个芯片的选型跟作用和优缺点。第2章 方案论证2.1方案论证由于本文测量了一个小型的油井，但是也要有1000米左右的深度，不能只用一个钻头就能实现工作的，所以本设计选择了一些器件，有绞盘编码器，大钩悬重传感器等。为了准确测量井深和钻压扭矩，井深测量必须一直监视大钩悬重信号和绞盘的编码器信号。编码器信号是数字信号，可以采用中断方式
