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1、 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE A/D conversion; LED display 基于拉力传感器的油田废旧油井打捞系统软件设计 目录 1 绪论. 1 1.1 课题研究背景和目的. 1 1.2 国内外研究状况及发展趋势. 2 1.3 课题研究途径和主要方法. 4 2 系统总体介绍. 5 2.1 系统总体方案设计. 5 2.2 系统主要技术指标. 6 2.3 软硬件的分工方案. 6 2.4 主要功能模块的方案选择及论证. 6 2.5 系统主要硬件介绍. 8 3 系统软件设计.15 3.1 软件设计过程.15 3.1.1 系统初始化程序的设计.16 3.1.2
2、主程序的设计.16 3.1.3 A/D 转换子程序的设计.17 3.1.4 计算打捞根数及深度子程序.18 3.1.5 标度变换设计.21 3.1.6 显示子程序.22 3.1.7 抗干扰程序设计.26 4 调试与仿真.28 4.1 系统软件的开发环境.28 4.2 程序的编译和调试.29 5 总结.31 参考文献.32 致谢.33 附录.34 基于拉力传感器的油田废旧油井打捞系统软件设计 第 1 页 共 34 页 1 绪论 拉力传感器又叫电阻应变式传感器，隶属于称重传感器系列，是一种将物理信号转变为可测量的电信号输出的装置，它使用两个拉力传递部分传力，在其结构中含有力敏器件和两个拉力传递部分
3、， 在力敏器件中含有压电片、 压电片垫片，后者含有基板部分和边缘传力部分1。广泛应用于各测力领域。 1.1 课题研究背景和目的 当今世界许多国家的重大研究工程之一就是油田开发。 它的发展关系到一个国家的经济状况和社会进步， 更会影响到社会的方方面面2。 自从海湾战争以来，开发油田的状况以及石油价格的波动，更是对全球的经济格局产生了深远的影响，并且还会波及到我们普通民众。 因此油田开采效果的好坏，高新科学技术的应用就显得尤为关键。油田开采结束时，钻井所用的钻头和输油所用的油管需要从油井中打捞出来，这样做也是节约成本的需要。油田这个重要的战略和经济资源全球各国为了更好地利用它，以使油田开采的效率和
4、质量得到提高， 对它的清理和打捞也不断采用新技术和新方法3。 本设计是基于电阻应变原理，将拉力产生的应变转变成电阻的变化，最终改变电流的变化，再由单片机接收处理，最后由LED显示出来4。硬件电路主要包括拉力传感器、放大器、A/D 转换器、单片机、显示器等。 它的工作原理为简单概括为，钻井钻头在进行打捞的过程中，通过机械操作将油管以螺丝扣的形式连接起来，最前端的是机械爪。通过机械爪的抓与放来实现对钻头或断油管的打捞5。将拉力产生的应变转换成与其成线性关系的电信号，经放大电路放大之后,进行 A/D 转换然后进入单片机，经处理后能正确地记录和显示。 能够自动记录下管数量和下管深度以及打捞管数和打捞深
5、度是本次设计的最终目的。 基于拉力传感器的油田废旧油井打捞系统软件设计 第 2 页 共 34 页 1.2 国内外研究状况及发展趋势 国外井下作业主要新技术有七种，分别为侧钻技术，水平井酸化技术，超高压射孔技术，高能气体压裂技术，连续油管作业技术，机械振荡解卡技术和常规打捞工具的发展。 这些技术现已发展成为成熟的技术， 并已经广泛应用于现场6。 1钻井技术的新发展侧钻 侧钻作为老油田增产挖潜、提高采收率的一项重要手段，近年来，随着小井眼定向钻井技术的新发展而受到国外石油公司的青睐。1992 年，美国 Maurer(摩尔)公司组织 12 个国家 40 多家公司参加的一个大型研究项目 DEA67，对
6、小井眼及柔管技术进行系统评价和研究7。目前，国外的侧钻设备已经逐渐形成体系，技术日渐成熟，其中尤以软管侧钻技术的发展非常迅猛，并研制开发了软管侧钻特殊工具，包括软管匹配接头、定向工具和分离装置等。 2。美国水平井酸化新技术 酸化成本低，投资回收快，施工简单，工艺适合于水平井。水平井的酸化工艺可分为酸洗、基质酸化、压裂酸化和压裂闭合酸化等方法。美国欧瑞克斯能源公司在对得克萨斯 Pearsall(皮尔萨)油田奥斯汀白玉层的水平井酸洗处理中用带有扶正器的挠性管泵送酸液；在基质酸化中采用挠性管防止高渗透层和裂缝漏失，为防止处理液上返，在注人处理液的同时，将惰性气体注入挠性管和井壁之间的环形空间；压裂闭
7、合酸化极大地降低了裂缝坍塌的危险，还由于不使用支撑剂，避免了作业后严重出砂，比其它酸化工艺更有可能获得较深的裂缝通道8。 3超高压射孔技术 美国 Orvx(欧瑞克斯)能源公司经过数年研究和实践， 近期推出一种新的射孔方法超高压射孔。通过对井底压力分析发现(16 口井)，88(14 口井)的油井表皮系数为负值，证实了该技术是成功的9。其优点是：在射孔的同时可以完成小型压裂及酸化处理；增加了初始产量又降低了地层损害；可以使用目前的任何射孔器10。 4高能气体压裂 该工艺美国、俄罗斯都已研究多年，普遍采用三种工艺，一是钢丝绳起下，水泥塞封堵，地面引燃；二是电缆起下，液体压挡，地面引燃；三是油管输送，
8、封隔器加环空复合压挡，撞击引燃11。 基于拉力传感器的油田废旧油井打捞系统软件设计 第 3 页 共 34 页 5连续油管作业技术 BP Amoco(阿莫科)公司(阿拉斯加)在开发 Prodhoe(普鲁得霍)海湾西部区块(PBU WOA)中成功应用了连续油管打捞技术。连续油管具有较大的抗拉强度，在大多数施工中可以使用较重的工具，施工时可以在系统内循环液体，而且费用低、设备安装快、起下工具所用时间短。 6机械振荡解卡技术 美国 PodResotek(雷瑟德克)公司研制成机械振荡器，利用共振原理可回收井下被卡的油管和钻杆，其打捞成功率最高为 62，特别适用于水平井侧钻井中的落物打捞。 7.常规打捞工具 美国目前有近 20 家制造厂商在生产常规打捞工具，其中较有名的有 Bowen（布文） 、 TriState （特雷斯泰特） 、 Bader （贝德） 、 Gotco （考特科） 和 Weatherford（威瑟弗）等五家。产品有：打捞矛，该工具可打捞各种规格的油管、钻杆和套管，工作时与内割刀、打捞矛密封总成或其它工具配合使用；打捞筒，利用内卡瓦咬住落鱼外壁进行打捞；打捞篮，可回收钻头牙轮、金属屑、手动工具等小落物；辅助打捞工具，如震击器、安全接头、割刀及套铣工具
