应用研究
基于自平衡超远距离油井测试系统研究
钱进生管雪元李丰王飞
(南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094)
摘要：针对探测储油层参数深度不够及系统能耗过高的特点，本文研究了一种超远距高实时采集并下压力和温度等参数的油并测试系统，件设计进行分析，并对实际效果进行测试，测试结累表明，该系统设计方法实现简便、合理有效。
关键调：FPGAMSP430自平衡超远距高油井测试中图分类号：TP274
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2012)07-0068-02
Self-balancing ultra-long-distance oil well
test system
Jinsheng qian, xuanyuan guan, feng li, fei wang
(State Key Laboratory of Transient Physics,NUST,Nanjing 210094,China)
Abstract: This article study a long distance realtime acquisition of downhole pressure and temperature parameters welltest system,presents the self-balance retractable line float wireless forwarding structure.FPGA,MSP430,CC2420 up the bottom of the well to send,float forward and Inoue monitoring system.This paper to analyze the system's hardware and software design,and test the actual effects.The test results show that the system design method is simple, rational and effective.
Key Words:FPGA MSP430 Selfbalancing long distance oil well test
1、引言
在石油开采这一生产活动中，及时准确地获知油井的井湿和井压等参数是非常重要的。油并并下是一个高温高压、高腐蚀性的环境，目前国内主要采用机械压力计、温度计，电子压力计，来完成此工作。智能化油井参数直接传输系统的测量深度尚未突破2000米，且受采油井井况的影响较大，实际应用难度高，本文设计开发了 3000米以上的油并参数传输系统
本实验平台主要采用FPGA，MPS430组建井下采集系统， CC2420和电脑组建地面接收控制系统。并下采集发送分系统主要包括4个模块：传感器模块、数据采集模块，FPGA数据处理模块和数据转换模块，并井下浮球转发分系统主要包括三个模块：放大限幅
模块.解调模块和无线转发模块。 2、油井参数传输系统设计
2.1油并参数硬件接口设计方案
FPGA输人时钟为50MHz，配置PIN9为全局时钟输人管脚； PIN38,PIN40、PIN41为FPGA与D/A芯片的通信管脚 PIN32"PIN35为FPGA与A/D通信管脚，系统采用24V蓄电池为井底采集发送系统供电，DC-DC变换块把24V电压变为土12V电压，
XC3S100E FPGA
CS
控制A/D 果样的
AD7911
DoUt
SPI接口程序
6hit
数据采集
控制D/A
数模转换
SPI推口
FSK调制
程序
图1软件采集处理分析模块
SCLK
AD5451
供放大器OP07的工作电压选用正负供电模式使用，再将电压转变为+5V作为A/D和D/A的工作电压。系统选用TI公司专为FPGA 设计的电源芯片TPS70345和TPS70358供电。
AD7911作为系统A/D转换器。信号采集后先需要把电流型变量转变为电压型，同时进行低通滤波的处理，避免信号受到太大的干扰。AD7911是AD(AnalogDevices)公司的12位高速，低功耗.2 通道的逐次逼近式串行A/D转换器,其控制信号和时钟信号由 FPGA产生。当片选信号变为低电平时，AD7911开始转换数据； DOUT输出转换后为数字量,DIN是用来配置A/D对2路数据进行采样。
传感器获得的压力或温度信号产生电流，经过R20后变为电压信号，为隔离干扰信号同时增大输入阻抗减小输出阻抗，把电压信号经过电压跟随器输送给后级滤波电路。根据2阶滤波器的传递函数和二阶巴特沃斯低通滤波器的多项式，选定R22，R24和R20的阻值，满足AD7911允许输人电压要求。
FPGA分析完采集数据，需要生成的2FSK信号，通过D/A转换后还原成我们要求的正弦信号。我们选用10位串行DAC芯片 AD5451。SYNC下降沿触发，输人移位寄存器将移人一位SDIN的数据，在第16个时钟后，SYNC信号变为高电平，此时移位寄存器中的数据将放入输人锁存器中，然后送人DAC寄存器，进行D/A转换。 AD5451输出为电流信号，第一阶运放U5将信号变为电压信号，第二阶运放U6在这里是用来进行信号偏置输出电压。
2.2数据调制和解调方案
并下的恶劣环境要求调制方式简洁有效并减小多普效应等误差，通过对数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制三种方式进行比较分析，系统选用二进制频移键控进行信号传输，处理3]。数字频移键控是用所传送的数字信息控制载波的频率。作为已调的