СКАЧАТЬ:  ssss.zip [874,46 Kb] (cкачиваний: 101)

Курсовая работа

на тему:  «Передача информации по каналу связи в приборе КСА-Т12» 

по дисциплине: «Телеизмерения при исследовании скважин»

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...4

1.Теоретическая часть ……………………………………………..……………..5

1.1.Назначение прибора…………………………………………………………..5

1.2.Технические характеристики………………………………………………...5

1.3.Устройство и принцип работы прибора ……………………………...….….7

1.4.Схема функционирования скважинного прибора………………………....10

2.Расчётная часть………………………………………………………………...17

2.1.Расчёт основных параметров одножильного бронированного геофизического кабеля……………………………………………………….….13

2.2.Расчёт пропускной способности канала связи…………………………….15

3.Экспериментальная часть……………………………………………………..18

Заключение……………………………………………………………………….24

Список литературы………………………………………………………………25

Приложение А……………………………………………………………………26

Введение

Геофизические исследования в скважинах служат для изучения геологических разрезов скважин, выявления и промышленной оценки полезных ископаемых, изучения технического состояния скважин и контроля процесса разработки нефтяных и газовых месторождений. С помощью геофизического оборудования в скважинах проводят сложные работы, связанные с испытанием и вскрытием продуктивного пласта, отбором проб пластовых флюидов, ликвидацией аварий бурильного инструмента.

Геофизические исследования в скважинах проводятся с помощью специальных установок, которые включают наземную и глубинную аппаратуру, соединенную между собой каналом связи— геофизическим кабелем, а также спуско-подьемный механизм, обеспечивающий перемещение глубинных приборов по стволу скважины.

 Наземная аппаратура, включающая совокупность измерительной аппаратуры, источников питания, контрольных приборов и скомпонованная в виде отдельных стендов, смонтированных в специальном кузове, установленном на шасси автомобиля, носит название лаборатории каротажной станции.

 Под скважинной и геофизической аппаратурой понимают совокупность измерительных устройств, предназначенных для определения различных физических параметров в скважине.

Линия связи (линия передачи) – это тот материальный объект, по которому передаются информационные сигналы. Простейшей линией связи является пара проводов (кабельная линия связи). Пару проводов с сопротивлениями источника и нагрузки в кабельных линиях связи принято называть электрической цепью.

В данной работе будет рассмотрен принцип работы  содуля КСА –Т12,также предлагается адекватная модель линии связи, которая позволяет в лабораторных условиях изучить и проанализировать характер помех и степень искажения информации в ней. В качестве геофизического кабеля используется имитатор кабеля.

1.Теоретическая часть

1.1.Назначение прибора

     Модуль основной универсальный КСА-Т12 пред­назначен для геофизических исследований при контроле разработки нефтяных и газо­вых месторождений с целью оценки технического состояния эксплуатационных сква­жин, оборудованных насосно-компрессорными трубами.

    Область применения модуля:

• измерение температуры;
• определение температурных аномалий;
• измерение давления;
• измерение удельной электрической проводимости жидкости;
• индикация притока;
• определение мест негерметичности обсадной колонны;
• определение интервалов притока флюида в скважину;
• определение состава скважинной жидкости;
• исследование природы акустических шумов в скважине;
• определение положения муфтовых соединений насосно-компрессорных и об­садных труб;
• определение интервалов перфорации;
• привязка измеряемых параметров по глубине;
• индикация угла поворота модуля вокруг собственной оси.
•  

1.2. Технические характеристики

Параметры модуля и их значения приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Мощность, потребляемая модулем, составляет не более 10 Вт.

Питание модуля осуществляется постоянным током положительной поляр­ности от 150 мА при отключенном нагревателе индикатора притока, до 250 мА при максимальной мощности нагрева 4 Вт.

     1.3.Устройство и принцип работы прибора

Рис.1. Внешний вид прибора КСА Т-12

Модуль выполнен в виде герметичного и состоит из следующих узлов:

• головка приборная , присоединяющаяся к блоку шасси электронному с помощью верхнего стыковочного узла и разъема Х2;
• · блок шасси электронный, состоящий из:

а) шасси с электроникой, на котором расположены:

- верхний стыковочный узел;

- локатор муфт;

-  блок ФЭУ (датчик гамма-канала);

-

платы печатные с расположенными на них датчиком ориентации и датчиком, измеряющим температуру внутри прибора; датчик шумоиндикатора;

2)        блока датчиков в котором расположены:

- нижний стыковочный узел ;

датчик температуры;

- датчик манометра;

- датчик индикатора притока;

- датчик влагосодержания;

-резистивиметр.

Блок датчиков состоит из трехреберного корпуса и фонаря, соединенных винтами.

Локатор муфт А2 выполнен на сверхмощных кобальт-самариевых магнитах и установлен на шасси, изготовленное из немагнитной нержавеющей стали

Блок гамма-канала А4 установлен в отдельную секцию между перегород­ками. Локатор муфт А2, блок ФЭУ АЗ и блок гамма-канала закрываются одной сплошной крышкой.

Модуль предназначен для работы в составе геофизической лаборатории и ка­ротажного подъемника , оборудованного одножильным геофизи­ческим кабелем длиной до 5000 м или аналогичным вышеуказанным.

Модуль снабжен двумя стыковочными устройствами, предназначенными:

• верхнее стыковочное устройство - для подключения верхнего расходомера или приборной головки;
• нижнее стыковочное устройство - для подключения приставок.

Модуль обеспечивает весь комплекс исследова­ния за один спуско-подъем путем одновременной регистрации контролируемых пара­метров и передачи информации через одножильный кабель в цифровом коде в форма­те КСАТ.

        Для приема информации от скважинной геофизической аппаратуры и преобразования ее в цифровую форму предназначен Блок каротажного регистратора ВУЛКАН V3

Рис. 2. Внешний вид регистратора

1.4. Структурная схема работы прибора

Рис 3.Структурная схема

Верхнее и нижнее стыковочное устройство связаны одной линией связи Ro/Tx, через которую  происходит запрос данных с верхних и нижних приста­вок и программирование коэффициентов преобразования каналов модуля.

Стабилизатор напряжения +20В служит для питания гамма-канала и нижних при­ставок.

Процессор передачи данных служит для сбора данных с процессора АЦП, верх­ней приставки через верхнее стыковочное устройство (линия связи RxA'x), нижней приставки через нижнее стыковочное устройство (линия связи Rx/Tx) и измерение встроенным АЦП температуры внутри корпуса модуля специальным датчиком.

Напряжение +20В служит для получения высокого напряжения на умножителе.

Высоковольтный стабилизатор напряжения следит за изменением тока через делители блока датчиков гамма-канала и управляет блоком умножения.

Процессор передачи данных запрограммирован на сбор ин­формации и передачу на наземный регистрирующий комплекс.

Процессор АЦП служит для измерения частоты с первичного преобразователя гамма-канала, управления и сбора данных с АЦП1 и АЦП2 и передачи и приема дан­ных с математического процессора.

АЦП1 служит для сбора информации с:

- первичного преобразователя локатора муфт;

- датчика температуры;

- первичного преобразователя датчика манометра;

- датчика индикатора притока;

- фильтра низкой частоты усилителя заряда датчика шумоиндикатора;

- фильтра средней частоты усилителя заряда датчика шумоиндикатора;

- фильтра высокой частоты усилителя заряда датчика шумоиндикатора.

АЦП2 служит для сбора информации с:

- первичного преобразователя датчика манометра для термокомпенсации мано­метра;

-  первичного преобразователя датчика УЭП;

-  первичного преобразователя датчика влагосодержания;

- датчика зенитного угла;

- датчика угла поворота.

На первичном преобразователе манометра измеряется фактическое значение дав­ления и температурный уход моста датчика давления.

2. Расчётная часть

2.1.Расчет основных параметров одножильного бронированного геофизического кабеля

Рис.4.Кабель одножильный грузонесущий геофизический бронированный  КГЛ 1х1,50-24-150

Кабель состоит из токопроводящей жилы 3 класса из медной мягкой или луженой проволоки, изолированной полиэтиленом, сополимером пропилена или композицией фторполимеров в зависимости от максимальной температуры применения. Проволочная броня кабелей наложена в два повива из высокопрочной стальной оцинкованной проволоки.

Область применения: кабель применяется в скважинах с герметизированным устьем через сальниковое уплотнение при производ­стве гидродинамических исследований в эксплуатационных,  фонтанирующих и нагнетательных, водных и газовых скважинах.

Параметры кабеля:

Наружный диаметр кабеля – 5,60 ± 0,11 мм

Эл. сопротивление жилы (Ом/км)- 14,0Номинальное разрывное усилие кабеля– 24 кН

Удлинение свободного конца кабеля – 0,56 м/км/кН

Конструкция брони:

Внутренний повив – 12 проволок диаметром 0,80 мм

Внешний повив – 18 проволок диаметром 0,80 мм

Электрическое сопротивление брони – 15,5 Ом/км

Тип изоляции - сополимер

Кон­струкция жилы ( n х мм) -7 х 0,52

        Диаметр изолированной жилы=1,85

        Сечение жилы кабеля =1,50

Эл. Сопро тивление изоляции (МОм х км)- 20000

Емкость (пФ/м) -175.

Макс. Рабочая температура примене­ния( град. С)- 150

Вес 1 км в воздухе (кг/км) -146

Вес 1 км в воде (кг/км)-124

Длина –4000 м=4 км.

Расчет основных параметров передачи кабельной сети: 

сопротивление токопроводящих жил. При использовании современной каротажной аппаратуры качественное проведение работ обеспечивается при электрическом сопротивлении цепи не более 250 Ом. Таким образом, критерием работоспособности кабеля является условии:

Rж ≤ 250 Ом

Величина Rж определяется по формуле:

где R₂₀ – сопротивление жилы при температуре 20 ˚С, ом/км; TkRж –температурный коэффициент сопротивления, град-1(для медной проволоки TkRж = 0,004); kt – геотермический градиент (в среднем kt = 30*10^-5);

Емкость коаксиального кабеля

Где ε20 – диэлектрическая проницаемость материала изоляции при температуре +20˚С ;Tkε – температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, град-(для сополимера 0,0032).

Сопротивление изоляции подсчитываем с учетом воздействия температуры

где TkRиз - температурный коэффициент сопротивления, град-1 (TkRиз =0,097)

Проводимость изоляции жил обратно пропорциональна сопротивлению,

следовательно, может быть найдена по формуле

Расчет вторичных параметров передачи кабельной сети:

Волновое сопротивление может быть определено экспериментально по результатам измерений входных сопротивлений кабеля в режимах холостого хода Zxx и короткого замыкания Zкз:

С увеличением частоты тока волновое сопротивление монотонно убывает, начиная с частоты f≈20 кГц остается практически постоянным.

Затухание измеряется в неперах (Нп) или децибелах (дБ) на 1 км. Затухание, соответствующее 1 Нп, происходит в кабельной линии длиной 1 км, у которой ток и напряжение в начале линии больше по величине, чем ток и напряжение в конце линии в 2,718 раза. Затухание в децибелах рассчитывается по формуле:

где l – протяженность кабельной линии, U0, I0, P0 – напряжение, ток и мощность в начале кабельной линии, а Ul, Il, Pl - напряжение, ток и мощность в конце кабельной линии.

2.3. Расчет пропускной способности канала связи

Проведем расчет пропускной способности реального канала связи используемого в геофизике. Связь организованна с помощью кабеля КГЛ 1х1,50-24-150, который имеет следующие характеристики:

- сопротивление R = 14 Ом/км.

- емкость С = 175*10^-9 Ф/км.

- протяженность l = 4км.

Длительность посылки по геофизическому кабелю:

 T _c =8.720∙10^-6                                                                                                                

Спектральная плотность помехи:

         N₀=10^-5                                                                                                                                                                 

Мощность сигнала на выходе приемника:

  P_c=2.229 Вт                                                                                                                    

Решение:

Найдем полосу пропускания канальных фильтров:

         ∆f=                                                                                                                                  

Отношение сигнал/шум определяется соотношением:

Определим вероятность появления ошибки на выходе приемника при когерентном приеме сигнала:

Найдем аргумент функции:  = 1.414            

По таблице находим значение функции Крампа при данном аргументе:

         Ф = 0.994817                                                                                                                       

Получим значение Pош:

Вероятность ошибочного приема символа p_kk кодовой комбинации, состоящей из    n_k – разрядной комбинации, при трехразрядном повторении и посимвольном сравнении не превышает величины, определяется из выражения:

         p_kk=3∙n_k∙P²_ош                                                                                                                                                                       

где P_ош – вероятность ошибочного приема единичного элемента, n_k = 17.

При поразрядном сравнении принимаемых символов состоящих, из n_k бит, вероятность ошибочной регистрации кодовой комбинации при трех кратном повторении:

         p_kk=3∙n_k∙P²_ош                                                                                                                                                                      

Для увеличения помехоустойчивости передаваемых сообщений используется код с проверкой на четность. Код с проверкой на четность - один из простых кодов, позволяющий обнаруживать одиночные ошибки. Он образуется путем добавления к передаваемой комбинации, состоящей из k информационных символов неизбыточного кода, одного контрольного бита так, чтобы общее количество единиц в передаваемой комбинации было четным. В итоге общее количество элементов в передаваемой комбинации n=k+1. На приемной стороне производят проверку на четность. При четном числе единиц предполагается, что ошибок нет, и потребителю выдается k бит, а контрольный бит отбрасывается. Вероятность необнаруженных ошибок для кода с проверкой на четность зависит от длины блока n и вероятности ошибочного приема единичного элемента P₀.

Определим избыточность кода.

k = 17 – число символов в помехоустойчивом коде;

n = 16 – число символов без избыточности.

Найдем число ошибочных комбинаций:

         Найдем вероятность необнаруженной кодом ошибки при независимых однократных ошибках:

Однородный симметричный канал связи полностью определяется алфавитом передаваемого сообщения, скоростью передачи элементов и вероятностью ошибочногоbприема элемента сообщения P(вероятностью ошибки). Определим пропускную способность канала:

В частном случае для двоичного канала (m = 2) получим выражение:

В результате пропускная способность геофизического кабеля составляет ≈ 112 Кбод.

3.Экспериментальная часть

Код Манчестер-II является биполярным двухуровневым кодом. Логическому нулю соответствует переход на верхний уровень в центре тактового интервала с возвратом на нижний по концу тактового интервала, если следующий бит также нулевой. Соответственно, логической единице – переход на нижний уровень с возвратом на верхний по концу интервала, если следующий бит также 1. Бит обозначен переходом в центре тактового интервала, по которому и выделяется синхросигнал.

Экспериментальный часть состоит  в  моделировании  и  исследовании  прохождения кодированного сигнала через имитированную линию связи (имитатор кабеля). Моделирование осуществлялось с помощью электронной лаборатории на ЭВМ «Multisim 12.0»  Посредством  простого  интерфейса  в  программу вводилась схема исследуемой установки и производилось моделирование с интерпретацией

результатов в графическом виде. Сначала  необходимо  было  смоделировать  кодированный  сигнал.  В  реальности  передача  сигнала  по  кабелю  осуществляется  пачками  через  интервал времени.  Для  генерации  кода  использовался  программный  32  разрядный  генератор слова, который  с  определенной  длительностью  выдает  0  или  1.  Длительность  синхроимпульсов соответствует  частоте  F=26.7кГц,  импульсы  двойной  длительности  соответствуют  частоте F=40кГц, импульсы одинарной длительности соответствуют тактовой частоте Fт=80кГц или скорости  передачи  информации. Преобразование  выходной  последовательности  с  генератора  слова  в двуполярный код «Манчестер II» осуществляется через схему приведенную на рис.5.

Рис.5. Преобразование выходной последовательности с генератора слова в двуполярный код «Манчестер II»

Далее полученный кодированный сигнал прошёлчерез имитатор кабеля. В литературе приводится простая электрическая схема эквивалента кабеля(протяженность 4 км) представленная на рис.6.

Рис.6. Электрическая схема эквивалента кабеля

Как видно из рисунка имитатор кабеля представляет собой каскадное соединение RC цепочки, где каждый каскад соответствует 1км реального кабеля. Понятно, что в данном случае имитатор представляет ничто иное, как фильтр.

На рис.7 и рис.8 представлены АЧХ и ФЧХ смоделированного имитатора кабеля.

Рис.7.ФЧХ имитатора кабеля

                                          Рис.8.АЧХ имитатора кабеля

Следующим шагом является подача смоделированного сигнала на имитатор кабеля.

Результаты такого процесса моделирования представлены на рис.9.

Рис.9. Сигнал на имитаторе кабеля

На представленном рисунке: в виде прямоугольных импульсов –сигнал, который подаётся на имитатор кабеля, а сигнал в виде парабол представляет собой выходной сигнал с имитатора кабеля. Очень хорошо видно, что сигнал, прошедший по кабелю сильнейшим образом исказился, т.е. в такой форме он является не пригодным для процесса декодирования. Вызвано это параметрами линии связи, которые влияют на форму сигнала.

Для ослабления влияния параметров линии связи на искажение сигнала предлагается использовать фильтр, но с обратной АЧХ. В итоге сигнал должен быть восстановлен. Фильтр с требуемой АЧХ можно сделать на базе операционного усилителя фирмы Analog Devices (AD711). Типичная схема такого фильтра (нелинейного дифференциатора) представлена на рис, а его АЧХ на рис.10.

Рис.10. Схема фильтра

Рис.11. АЧХ нелинейного дифференциатора

Но одного такого звена схемы фильтра не достаточно большую роль играет порядок фильтра, поэтому используется каскадное соединение звеньев, приводящее соответственно к увеличению порядка фильтра и расширению динамического диапазона.

Для хороших результатов фильтрации необходимо чтобы частотная характеристика была линейной в полосе частот от 10кГц до 100кГц, т.е. в этой полосе частот коэффициент ослабления k=1. Т.е. частота среза фильтра на уровне –3дБ должна быть не меньше 100кГц.

Это осуществляется путём подбора элементов фильтра (сопротивлений и емкостей).

На рис.12 представлены результаты моделирования восстановления искаженного сигнала.

Рис.12. Восстановленный сигнал

Из рисунка12 можно увидеть, что происходит довольно точное восстановление сигнала.

Заключение

В данной курсовой работе мы рассмотрели модуль основной универсальный КСА-Т12. Модуль пред­назначен для геофизических исследований при контроле разработки нефтяных и газо­вых месторождений с целью оценки технического состояния эксплуатационных сква­жин, оборудованных насосно-компрессорными трубами с внутренним диаметром не менее 50 мм.

В расчетной части были рассчитаны основные параметры одножильного геофизического кабеля. Геофизический кабель предназначен для спускоподъемных операций различных глубинных приборов и является каналом связи между наземной аппаратурой и глубинным прибором, и одновременно несет механическую нагрузку

В экспериментальной части был смоделировано и исследовано прохождение кодированного сигнала через имитированную линию связи (имитатор кабеля).

Список литературы:

1.  ООО НТЦ « ГеоСКАТ» Паспорт КСА-Т12.38-00.00.000 ПС

2.  Алаева Н.Н. «Телеизмерения при исследовании скважин». – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2010г.

3.  Алаева Н.Н. «Автоматизация технологических процессов промысловых исследований». – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2009г.

4.  Габдуллин Т.Г. «Техника и технология оперативных исследований скважин» - Казань: Плутон, 2005г.

5.  Горбенко Л.А. Каротажные кабели и их эксплуатация – М.:Недра, 1967

6.  Томус Ю.Б., Алаева Н.Н, Ситдикова И.П. «Компьютизированные каротажные станции».- Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2009г.-132 с.

7.Электронный ресурс: URL:{http://www.geotron.ru/production/?id=1 }