关键词：
随钻测量
国产化设计
数据通信
高温工作可靠性
摘要：
近年来,中美贸易关系日趋复杂,全球产业链格局发生深刻变化,核心技术自主可控成为我国制造业升级的关键任务。在石油勘探领域,随钻测量技术是保障高效钻井和精准井下测控的重要支撑。然而,当前国内高端随钻测量设备仍高度依赖进口,且受限于国外技术封锁与供应链不稳定性。因此,研制国产化随钻测量仪器并实现核心技术自主可控,对于提升我国能源勘探自主能力、保障国家能源安全具有重要战略意义。
随钻井下多参数测量仪主控电路国产化设计与实现依托于某油服公司“随钻定向系统电路国产化研究”项目,作为随钻测量技术的重要分支,随钻井下多参数测量仪在实时井下测控与测井作业中发挥关键作用,对于钻井作业的精度和效率的提升具有重要意义。本文首先分析课题的研究背景,梳理国内外研究现状与发展趋势,并给出了仪器的测量原理和主要结构。接着对主控电路的设计需求进行了分析,并给出了主控电路的总体设计方案。通过对元器件的选型与国产化替代器件的测试验证,实现了核心器件的国产化率提升到100%。
根据主控电路的总体设计方案,本文设计了以MCU为核心,包含有多通道通信、数据存储、辅助信息测量等多个功能子模块的硬件电路。其中辅助信息测量模块中温度测量范围为-55℃至150℃,分辨率为0.5℃;电压测量范围为5V至50V,精度达±0.5V;电流测量范围为0A至8A,精度达±0.6A。此外,还设计了两种电源模块电路,为井下电路板的工作提供必要条件。
接下来,本文阐述了主控电路软件设计的总体架构,以及基于1553B总线与RS485总线的通信程序设计,给出了详细的通信协议。此外,还实现了数据存储功能,信息监测与反馈功能,并通过高精度实时时钟软件设计,保证了测量数据的时间戳同步精度与测井数据的记录完整性,进一步提升了系统的安全性和可靠性。
最后,本文介绍了国产化主控电路的测试实验方法及流程,并给出了测试结果。实验表明,国产化主控电路能够完成对各个测量模块的控制以及数据的存储与上传,并能够在125℃的恶劣高压环境下持续工作20小时。仪器工作期间,温度测量分辨率、电压与电流测量误差完全满足设计指标。该款仪器为一款国产化的自主可控的随钻测量仪器,打破了国外油服公司对我国在该方面的技术封锁与垄断局面。
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