高速率连续波泥浆脉冲解码试验管线仿真分析

随着国内深井、超深井钻探需求增加,连续波泥浆脉冲技术正向远距离、高速率方向发展。中海油服自主搭建了地面6000 m泥浆循环试验系统,由于测试仪器上游采用50.8 mm软管,管线压耗大且变径反射干扰严重,远距离高速率解码试验研究受限。针对此问题,基于试验系统建立了简化脉冲器-管线数值模型,研究50.8 mm软管对连续波信号的影响规律,并通过解码试验验证。研究结果表明:测试仪器上游50.8 mm软管与循环管线存在扩径,产生的反射波与发生波叠加导致波形畸变,且随着频率升高,发生波畸变越严重。50.8 mm软管内径小,管线沿程摩阻压降大,压力波的传输衰减程度高于等长的地下直管。50.8 mm软管换成101.6 mm软管,消除变径反射和降低沿程摩阻压降后,低频压力波波形改善,传输后幅值提高75%以上,有效降低了解码误码率。地面6000 m管线解码试验传输速率从6 bps提高至8 bps,验证了数值仿真分析结果。

连续波高速率泥浆脉冲器设计研究

随钻测井的参数越来越多,这些参数需要快速有效地传至地面,研制一套高速率泥浆脉冲遥传系统势在必行。介绍了连续波泥浆脉冲器脉冲发生机理,给出了连续波泥浆脉冲器样机的设计方案及工作原理;详细解释了泥浆遥传系统连续波的编码与解码方式;定量分析了影响井下信号强度的因素,认为噪声的来源主要有电干扰噪声、泥浆泵噪声、泥浆马达噪声、钻头噪声、回声及反射噪声等,这些噪声对井下信号的调制与解调具有较大的影响。研究结果对研制连续波钻井液脉冲器具有一定的参考价值。

连续波泥浆脉冲器控制策略研究

首先对转阀和驱动电机控制系统进行建模仿真,然后采用频移键控和相干解调方式仿真研究了连续波脉冲器的数据传输过程。通过仿真发现,当考虑通道噪声时,由于滤波环节性能已很难再改善,采用PI控制策略无法正确解调,故采用滑模控制改善电机动态性能,从而实现了正确解调。说明研究控制策略提高驱动电机动态性能有利于提高信号传输质量。这对于连续波脉冲器的实物制作具有重要的参考价值。但是并未考虑传输过程中出现的信号衰减和延迟等情况,仿真中仅用高斯噪声模拟了信道中的噪声,这些问题有待进一步地研究解决。

连续波泥浆脉冲模拟信号发生器的设计与实现

信号频移、相移键控调制技术广泛地应用于连续波泥浆脉冲传输系统中,成为高速有效实现井下数据上传的重要技术手段。介绍了二进制频移键控和连续相位相移键控波形与代表码元的对应关系,给出了连续相位相移键控波形中不同相位波的产生方式以及调整波的频率特征,设计并实现了一种控制软件与基于微处理器和DDS波形发生芯片为核心单元的硬件电路相结合的频移、相移键控信号发生器,为后续的连续波泥浆脉冲数据传输系统的信号解调方法研究提供可靠的输入信号。该发生器设置灵活、扩展性强、频率精度高、电路结构简便,能方便快捷地产生任意所需的键控正弦波形。

基于FLUENT的连续波泥浆脉冲仿真实验研究

为使学生接触专业科研前沿,更好地培养其科学研究能力和创新能力,将随钻测量技术领域中连续波泥浆脉冲器设计的部分研究内容引入到实验教学当中,设计了基于FLUENT的连续波泥浆脉冲仿真实验。该实验可使学生熟悉计算流体力学的基本知识,学习FLUENT软件中建模、网格划分、流体分析等方法,掌握连续波泥浆脉冲发生器器工作原理及转阀设计思想,有利于培养学生的科学探索精神,并从中学到新的思维方式和研究方法以至有所创新。

基于旋转阀的钻井液连续波抗波形失真的信号调制优化研究

钻井液连续波传输技术以正弦压力波为载波,以井下测量数据为调制信号,通过对波形幅度、频率或相位的优化调制实现高速数据传输,但转阀的控制逻辑和发生器的实现方式难度高。本文基于旋转阀的连续波钻井液脉冲系统波形失真模型,对2FSK、2PSK和QPSK三种数字调制方式在波形失真情况下的误码率进行分析。结果表明:在载波频率为20 Hz,比特速率为5 bit/s,信噪比为6 dB的调制参数下,只2PSK和QPSK才能控制在1%以内的误码率性能;QPSK调制更快,且在10 bit/s的高传输速率下也能将误码率控制在1%以内,因此更适用于高速率传输的应用场合,故优选QPSK调制。另外,提出了解调时对码元过渡时间、载频误差、相位漂移的控制要求。

永磁同步电机测控实验系统设计与实现

为解决连续波泥浆脉冲发生器永磁同步电机的转速控制算法优化设计以及减速器传动比精确测量的问题,设计了一套由浸泡在油浴中的永磁同步电机组件,旋转变压器解码电路,驱动电路,计算机应用软件等组成的综合性测控实验系统。在阐述永磁同步电机转速控制原理,旋转变压器解码算法以及空间矢量脉宽调制SVPWM技术的基础上,采用速度环Fuzzy-PID控制算法,获得了上升时间短、超调量小、稳态误差小的永磁同步电机转速响应曲线,并基于双旋变的转子角度测量方式精确得到了减速器12.245∶1的传动比。该系统将传感器、自动化,电机传动等多种技术有机融合,可作为学生创新实验项目的实践平台,以巩固学生专业基础课程知识,提高学生分析和解决问题的实践能力。