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1、武汉工程大学硕士学位论文嵌入式系统在回声测井技术中的应用研究姓名：黎爱琼申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：谈宏华;陈家林20060401摘要摘要在测井技术中，测量油井液面深度是一门很重要的技术，目前测量液面还没有一个比较完善的方法。本文提出的滤波方法成本比较低，经滤波后再计算液面深度能准确定位，这为提高测量精度提供了有利条件，对传统的测井方法也是一个很大的改进；且设计了嵌入式系统相关平台进行测试。在本论文中为实现数据实时采集、处理，硬件平台采用基于嵌入式的微处理器￥进行搭建的并在硬件系统中还移植了经过裁剪的内核；为了与操作系统兼容，采用操作系统下的编程环境编写测井操作界面；
2、本系统采集的信号为回声信号，为实现硬件接口与内核的连接，编写了音频采集驱动。对数字信号处理的研究采用了三种方案：第一种方案采用自带的滤波设计分析工具和信号处理工具对信号进行滤波、分析；第二种方案是使用中的模块来搭建滤波功能框图，对信号进行分段滤波；第三种方案是采用最小均方自适应滤波，在中利用自适应滤波模块来搭建其功能模块框图，实现信号的频域滤波处理，自适应滤波滤出的波形基本能满足要求，但有待进一步改进。为了与其他软件衔接在中将滤波算法模块转化为代码并加入到用编写的测井操作界面中，下载到硬件平台进行调试，基本能正常运行；与传统只利用声速法测量相比较，用本系统进行测量摒除了在计算液面深度时定位不准
3、确的难题，这为提高测量液面精度提供了有利条件。关键字：嵌入式系统；自适应滤波武汉工程大学硕士论文，：；：；独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：律爱露另噼月？日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我院有关保留、使用学位论文的规定，即：我院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大
4、学研究生处可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密阢在垒年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。（请在以上方框内打“）学位论文作者签名：律耪知年其日指导教师签名：狮铎知口歹年月日第章绪论研究背景第章绪论测井技术是现代石油工业中高新技术含量最多的技术门类之一。现代测井技术是随着当代基础学科和其它技术学科的飞速发展而诞生、发展的。现代测井技术经历了数字测井、数控测井和成像测井个发展阶段，在石油与天然气的勘探开发中已发挥了极为重要的作用。近三十年，国内外测井技术发展很快。我国从年第一届测井工作会议以来，测并工作有了很大的发展
5、。通过引进、消化、吸收、改进国外现代测井技术，我国测井界研制与开发了新型的测井仪器和信息处理系统，目前已成为世界四大测井强国之一【巾】。随着各种新型测井仪器的诞生，巨大数据量的采集和传输，要求加强质量控制，提高精度，减少人为操作误差，出现了以美国回声仪公司和美国一公司为代表的数控测井系统。这是以车载计算机为核心的实时控制测井系统，凭借所加载的各种程序的控制，完成各种不同的测井工作。数控测井技术既兼容了数字测井技术的功能，又有数据采集、处理解释、质量控制和测井数据远距离传输的功能。数控测井技术显著的特点是高精度的质量控制，大容量的数据传输（数十到上百），各种计算机处理技术的应用。基本上，数控测井
6、能够高速、优质、比较完整地对储集层所含流体的性质、储集层的物性、侵入情况、钻井工程质量进行了解；并能为岩石物性、沉积学和构造学研究、油藏模拟等提供相当丰富的资料。目前，数字测井和数控测井技术已是我国油气勘探的主要方法和有效手段。声波测井技术是先进数控测井技术之一，它是以计算机为核心，通过计算机和先进的测量仪器从油井中采集数据，将数据转换为电平信号，然后经过处理而成。利用回声测井技术来计算油井的深度有两种方法：一种是利用声速来计算出油井的深度，另一种是经数字滤波处理后再利用声速方法来测量油井的深度。武汉工程大学硕士论文回声仪是声波测井采用的主要仪器，它主要用于测试抽油井的动态液面深度或静态液面深
7、度。根据套管内液面柱高度及其变化推算出油层压力与井底压力及其变化情况，从而确定油层的采油效率，使抽油泵保持最佳沉没度。目前，在国外已经由美国回声仪公司和美国一公司等研制而成，在国内也由以北京金时石油测试技术有限公司和上海中油石油仪器制造有限公司以及江汉石油管理局仪表厂等研制而成。为了解油层生产能力和设备能力以及它们的工作状况，测量油井的液面深度是一项经常性的工作，而采用何种技术才能精确地计算出井深一直是测井技术的一个难题。用声速来计算井深时如果知道气体在井中各部位的成分或者气体的分布情况，就可以比较准确地计算出声速，但实际的困难就在于油井的不同深度处的压力、温度、密度、成分不同，气体在油井中具
8、体分布情况也很难确定，这就导致声速在各个部位的速度也不一样，若要精确地推算出不同位置的声速不仅是一项重大的工程，也是一项难度较大的工程，目前的系统一直无法解决这个难题。数字滤波应用于测井技术从二十世纪年代开始就有人研究，但是到现在仍没有很大的突破，一直以来采用何种滤波技术、何种滤波算法才能精确地计算出井深是测井技术的一个难题。本课题就是为解决这些难题而开展的。经过对收集来的回声信号进行初步分析，利用软件对信号进行滤波分析和处理，研究恰当算法对声波进行滤波和去噪；利用下编程环境来编写回声仪操作界面程序，经过交叉编译生成能在系统下运行的代码后下载到嵌入式平台上进行测试。嵌入式系统一直被广泛用于各种
9、仪器、设备以及军事产品中，早期的嵌入式系统基本上是汇编级的开发，并且系统的运行不需要采用操作系统支撑。这种情况给嵌入式系统的应用和发展带来很大的阻碍，是因为每增加一种系统功能都需要重新进行开发。随着嵌入式系统的广泛应用，其操作系统也就日益显得重要了。由于嵌入式系统的软件固化在存储器中，要求软件的代码质量高、优化好、可靠性高，故而嵌入式系统的操作系统一般要求有较小的系统内核、有良好的移植性、有高可靠性、能支持多任务工作、占用较少的硬件资源、有较强的实时性、能提供各第章绪论种外围设备的驱动程序等。现在有许多操作系统适合于嵌入式系统的开发，如、等。基于的嵌入式操作系统能满足以上的要求，对它的开发和研
10、究已经成为目前操作系统领域的一个热点。本课题的操作系统是对经过裁剪小型化后，可固化在存储器或微处理器中，应用于特定嵌入式场合的专用操作系统，且采用操作系统的图形设计器来编写相关程序。是一个多平台的图形用户界面应用程序框架，它能给用户提供精美的图形用户界面所需要的所有元素，而且它是基于一种面向对象的思想，容易扩展对象，并且它还支持真正的组件编程。这样可以很直观看到接收波形在滤波前后的变化，且便于对各个参数的调整。测井系统所用的传感器信号比较微弱，且一般都会带有一定的随机噪声，严重影响测量结果，因而必须对接收的传感器信号进行信号滤波处理；同时由于测液面波形需要输出图形，因此对图形数据还要进行数据平
11、滑处理，以便于观察。在本课题中信号滤波是一个重要的环节，本课题从软件方面设计自适应滤波算法将有用信号从干扰信号中提取或进行平滑滤波。自适应滤波理论和技术是统计信号处理和非平稳随机信号处理的主要内容，它具有维纳滤波和卡尔曼滤波的最佳滤波性能，且不需要先验知识的处事条件。它在输入过程的统计特性未知时，或是输入过程的统计特性变化时，能够调整自己的参数，以满足某种最佳准则的要求，也就是通过自学习来适应外部自然随机环境。在本课题中回声波形的数学模型还不确定，因而用自适应滤波技术来处理回声信号是一个可参考的方案。市场前景油井液面测试仪是油井必不可少的设备，本课题的回声仪就是一种测量油井液面的仪器，它的市场
12、应用区域分布与油井的区域分布是一致的。我国的石油资源分布在东北、华北、西北、西南、中原腹地、渤海及珠江口等广大地区，总体呈分散的特点；但是在小区域内，石油资源武汉工程大学硕士论文的分布又呈集中的特点，大部分采油区域集中在西北、华北、东北、中原地区，特别是大庆、胜利、辽河、克拉玛依、长庆、塔里木这六大油田，不仅产量占了全国产量的，数量更是占到全国油井总数的之多。目前测井仪器发展趋势为：令向仪表化方向发展。随着技术的进步及各种气体和液体流量计的广泛应用，油井产量计量中必然越来越多地使用操作简单、读数方便的流量计。如用于天然气计量的旋进旋涡流量计、涡街流量计等。向高精度方向发展。我国油田进入开发后期
13、，需要准确及时地了解油井的生产状况，为生产管理提供真实可信的数据，对油井计量精度的要求必然越来越高。令向快速化方向发展。为了及时掌握油井的生产状况，需要缩短油井计量周期，对油井进行更加频繁和及时地测量，因此必须提高油井计量速度。向自动化方向发展。自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了可靠保证。同时，为了实现油井准确、快速地测量，也必须采用自动化的测量方法。三相分离计量、两相分离计量和不分离计量的研究和应用将会得到越来越广泛地重视。本课题的回声仪顺应时代的发展，采用高速的￥微处理器能够实时地采集数据并对采集到的数据实时处理；采用的滤波算法计算液面位置比较准确、误差小。与其他类型的测液面深度的仪器相比，该回声仪测井速度快、实时性好，同时成本也相对较低。本文研究目的与内容世纪年代至今，测井技术有了突飞猛进地发展。现代测井技术涉及面广，不仅包含普通物
