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普通電阻率測井實(shí)驗裝置的設計與實(shí)現(光電脈沖編碼器)
摘 要
普通電阻率測井是電測井的重要方法之一，根據測量的巖層電阻率，來(lái)判斷巖性，劃分油氣水層，研究?jì)瘜拥暮托�。目前的普通電阻率測井儀器中，復雜的大型設備功能齊全但成本很高，而簡(jiǎn)單的小型儀器往往不能與微機通信，自動(dòng)化程度低，而且不能對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。我校測井實(shí)驗室用于普通電阻率測井的儀器就存在上述弊端，目前使用的是由北京地質(zhì)儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的JC-3電測儀，它不具備深度測量，并且主要采用人工記錄數據的方式，測量周期長(cháng)，速度慢，自動(dòng)化程度很低。
本文實(shí)現了普通電阻率測井實(shí)驗裝置的設計與制作。本實(shí)驗裝置以測井實(shí)驗教學(xué)為主要應用目標，也可用于一般的野外測井。它具有恒流供電、深度測量、電壓測量等功能，使用標準串行接口與上位機通信，配合測井實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的電阻率測井數據采集軟件可實(shí)時(shí)繪制出視電阻率隨深度變化的測井曲線(xiàn)。
其中，恒流源使用穩壓集成電路制作，通過(guò)A/D轉換器將電流值顯示在液晶上;深度測量使用AT89C51單片機配合測井絞車(chē)附帶的光電編碼器來(lái)實(shí)現，由8位LED數碼管顯示;電壓的測量是通過(guò)12位高精度A/D轉換器TC7109配合單片機來(lái)實(shí)現，由4位LED數碼管顯示，通過(guò)串行接口與上位機通信。
該實(shí)驗裝置可輸出的最大電流超過(guò)500mA，電壓量程±2V，精度1mV，深度測量的范圍為±9999.999m，最小分辨率1mm，串行通信速率4800b/s，各項指標均達到并超過(guò)了實(shí)驗教學(xué)要求。目前本實(shí)驗裝置已經(jīng)用于本科生測井實(shí)驗課程的教學(xué)，效果良好，既豐富了教學(xué)內容，同時(shí)也充實(shí)了測井實(shí)驗室的實(shí)驗設備，改善了實(shí)驗條件。
關(guān)鍵詞：測井; 電阻率; 單片機; 光電脈沖編碼器; A/D轉換
ABSTRACT
Normal resistivity logging is one of the important means of electrical logging. Based on the resistivity of rock we measure, we are able to estimate the nature of the rock, and carve up the layer of oil, gas and water, and to study the oiliness. Presently, inside kinds of instruments that are used for normal resistivity logging, the complicated and great equipments do have almost the entire functions we need, but they also have high cost. Although the ordinary minitype instruments have low cost, they are often lack of functions to communicate with the computer, and the automatization degree is very low. We are not able to carry through real time analyzing of the data. The instrument in our well logging lab has the same defect as mentioned above. What we are using is the JC-3 electrical log instrument, which can not measure the depth, and its way of data note is manual. Cycle of the measurement is long, and its automatization is very low.
This page implements the design and facture of the normal resistivity log experiment device. This device is mainly for the teaching of well logging experiment, but it can be used for common well logging at the field. It owns the functions of current regulator, depth measurement and voltage measurement. It uses the UART to communicate with computer, and it is able to draw the well logging curve cooperating with the resistivity log data collecting software made by our well log lab.
The maximum current this device output is over 500mA. The maximum input voltage measurement is 2V, with the precision 1mV. The depth it can measure range from -9999.999m to 9999.999m, with the precision 1mm. The baud rate of UART is 4800b/s. Now, it has already being used for the teaching of well logging experiment for the undergraduates, and the effect is good. It enriches the teaching content, and improves the experiment conditions in our well log lab.
Key words: well logging; resistivity; single-chip processor; photoelectric coded device; A/D converter
普通電阻率測井是地球物理測井中最基本最常用的測井方法，它根據巖石導電性的差別，測量地層的電阻率，在井內研究鉆井地質(zhì)剖面。巖石電阻率與巖性、儲油物性和含油性有著(zhù)密切的關(guān)系。普通電阻率測井主要任務(wù)是根據測量的巖層電阻率來(lái)判斷巖性，劃分油氣水層，研究?jì)瘜拥暮托浴?/p>
第一節 普通電阻率測井實(shí)驗儀器現狀
普通電阻率測井儀器已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但專(zhuān)用于本科生測井實(shí)驗教學(xué)的儀器很少。當前的測井儀器一般是用于油田礦井的生產(chǎn)測井和一些地下工程的工程測井，儀器體積大，功能復雜，通常是多種參數同時(shí)測量。目前，國內高校的測井實(shí)驗課程使用的儀器都是這種大型儀器，或者使用小型儀器配合函數記錄儀，如吉林大學(xué)，西南石油大學(xué)等。中國石油大學(xué)目前仍在尋購適合本科生測井實(shí)驗的儀器。
我校測井實(shí)驗室現有兩套可用于電阻率測井的儀器，其一是渭南煤礦專(zhuān)用設備廠(chǎng)生產(chǎn)的TYSC-QB數字測井儀。該儀器功能齊全，參數豐富，與其配合的TCXJ測井絞車(chē)深度可達千米。但是它主要用于生產(chǎn)測井，儀器和絞車(chē)的體積很大，電極系長(cháng)度也超過(guò)了1米。我校本科生的測井實(shí)驗教學(xué)主要在實(shí)驗室內的模擬井中進(jìn)行，井深不到3米，所以對于教學(xué)實(shí)驗來(lái)說(shuō)，該儀器太過(guò)龐大，使用不方便，而且沒(méi)有足夠的課時(shí)讓學(xué)生熟悉儀器，就更不能達到學(xué)習和實(shí)驗的目的了。
第二是北京地質(zhì)儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的JC-3電測儀。該儀器體積比較小，功能單一，數據記錄方式全部采用人工記錄，且不具備深度測量的功能，只能使用測繩進(jìn)行人工測量。該儀器的使用步驟包括：(1)用測繩觀(guān)察深度并記錄;(2)關(guān)閉AB供電，調節極化補償，使電壓顯示為零;(3)打開(kāi)AB供電，記錄電壓。這樣的測量方法時(shí)間長(cháng)，效率低，只能用于深度間隔大的定點(diǎn)測量。我校測井實(shí)驗課程目前使用這套儀器，但是缺陷很明顯，即該儀器的自動(dòng)化程度很低，測量所需時(shí)間長(cháng)，效率低下，由于課時(shí)有限，沒(méi)有剩余時(shí)間讓同學(xué)們親自動(dòng)手做實(shí)驗。
第二節 研究目的
本文的目的就在于實(shí)現一種適合于本科生測井實(shí)驗課程教學(xué)使用的普通電阻率測井實(shí)驗裝置，主要用于在我校測井實(shí)驗室做普通電阻率測量實(shí)驗，也可用于一般的野外測井。
我校測井實(shí)驗室的模擬井深2.6米，直徑0.32米，井壁加入了許多木材、礦物等，能很好的模擬自然井。本文實(shí)現的普通電阻率測井實(shí)驗裝置，要求使用45V電池供電，使用自制的0.2米長(cháng)的電極系，采樣間隔達到0.02米;要求實(shí)現深度測量，并能與計算機通信，實(shí)時(shí)繪制出曲線(xiàn)，給同學(xué)們更直觀(guān)的認識;要求測量速度高，效率高，操作簡(jiǎn)便，能讓同學(xué)們有充足的時(shí)間自己動(dòng)手做實(shí)驗。
普通電阻率測井實(shí)驗課程是我校本科生測井實(shí)驗的第一課，占有非常重要的地位。測井實(shí)驗室目前使用的JC-3電測儀自動(dòng)化程度低，采集密度低，測量周期長(cháng)，不適合用于本科生實(shí)驗教學(xué)。本文針對普通電阻率測井實(shí)驗，實(shí)現了普通電阻率測井實(shí)驗裝置，得到以下結論：
(1)該實(shí)驗裝置可用作教學(xué)實(shí)驗用測井儀器，也可用于一般的野外測井工作。
(2)實(shí)現了恒流供電、電壓測量、深度測量和串口通信等功能。供電電流最大超過(guò)500mA，電壓達到57V;電壓測量范圍±2V，精度達到1mV;深度測量范圍±9999.999m，最小分辨率1mm;串行通信速率4800b/s，最小發(fā)送間隔0.02m，實(shí)現了高密度采集。
(3)測試結果表明，該實(shí)驗裝置的測量結果與北京地質(zhì)儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的JC-3電測儀的測量結果的平均相對誤差2%，最大相對誤差低于5%，而由于該實(shí)驗裝置的采集密度高，繪制出的視電阻率曲線(xiàn)也更加平滑，比JC-3電測儀的測量結果更好更真實(shí)的反映了地層視電阻率的變化趨勢。
目 錄
第一章 緒 論 1
第一節 普通電阻率測井實(shí)驗儀器現狀 1
第二節 研究目的 1
第二章 普通電阻率測井原理 2
第一節 普通電阻率測井原理 2
第二節 電極系 3
第三章 總體設計 4
第一節 總體結構設計 4
第二節 各模塊設計方案 5
一、 恒流源設計方案 5
二、 極化補償方案 5
三、 電壓電流測量方案 6
四、 深度測量方案 8
第四章 硬件實(shí)現 10
第一節 供電模塊 10
第二節 恒流源 11
第三節 電流測量模塊 11
第四節 深度測量模塊 14
一、 鑒相電路 14
二、 單片機最小系統 15
三、 按鍵電路 16
四、 顯示電路 16
第五節 電壓測量模塊 17
第五章 單片機程序設計與實(shí)現 21
第一節 深度測量模塊程序 21
一、 總體流程 21
二、 各子程序 22
第二節 電壓測量模塊程序 23
第六章 測試結果 25
第一節 測試環(huán)境及儀器對比 25
一、 測試環(huán)境 25
二、 儀器對比 25
三、 實(shí)驗裝置外觀(guān) 26
第二節 測試結果及誤差分析 27
一、 測試結果 27
二、 誤差分析 28
三、 整體測試 28
結 論 30
致 謝 31
參考文獻 32
附錄一：深度測量單片機程序部分源代碼 33
附錄二：電壓測量模塊單片機程序部分源代碼 35
Tags:普通 通電 電阻 實(shí)驗 裝置 設計 實(shí)現 光電 脈沖 編碼 編碼器
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