شماره ركورد
33881
پديد آورنده
رضا گنجوي
عنوان
توسعه و مدلسازي سيستم ناوبري اينرسي مبتني بر ژيروسكوپهاي فيبر نوري جهت اندازهگيري پارامترهاي حين حفاري در اعماق زمين
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق الكترونيك ديجيتال
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/05/29
استاد راهنما
دكتر ستار ميرزاكوچكي
استاد مشاور
دكتر ستار ميرزاكوچكي
دانشكده
برق
چكيده
فرآيندهاي حفاري جهتدار در صنعت نفت از سيستمهاي اندازهگيري حين حفاري (MWD ) استفاده ميكند تا موقعيت و جهت ابزارهاي درون چاهي BHA را نشان دهد. ساختار كلي سيستم جهتدار شامل 3 عدد شتابسنج و 3 عدد مغناطيسسنج كه در 3 جهت دو طرفه و متعامد ميباشد، يك عدد حسگر اندازهگيري دما و 2 عدد حسگر اندازهگيري شوكها و لرزشها ميباشند. شتابسنجها، مؤلفههاي گرانش زمين را اندازهگيري ميكنند تا زاويه انحراف BHA و زاويههاي جهت را مشخص كنند، درصورتيكه مغناطيسسنجها، ميدان مغناطيسي زمين را اندازهگيري ميكنند، تا جهت چاه BHA را مشخص ميكنند. مقدار زيادي از تركيبات آهن و اجسام فولادي در اطراف دكل حفاري، وجود رسوبات سنگ معدن تهچاهي، اثر تداخل مغناطيسي القاء شده رشته حفاري، اثرات نفوذ ژئو مغناطيسي (وابسته به جاذبه زمين)، اثر خمش و انحناي مجموعه حفاري در زواياي بالا و خطاي هم محوري بين ابزار اندازهگيري با مجموعه درون چاهي همگي ميتوانند اثرات مخربي روي اندازهگيريهاي مغناطيسسنجها داشته باشند.
در اين پاياننامه، به عنوان راهحل، استفاده از ژيروسكوپهاي فيبر نوري (FOG ) با بازخورد نوري تقويتشده همراه با شتابسنجهاي سهمحوره پيشنهاد شده است تا مستقل از مغناطيسسنجها گردد. براي اين منظور، الگويي مناسب براي ژيروسكوپ فيبر نوري با بازخورد نوري تقويت شده ارائه شدهاست، سپس با استفاده از نرم افزار Optisystem شبيهسازي شده و خروجيهاي متناسب با نرخ چرخشهاي نمونه نشان داده شده است. اين ساختار امكان اندازهگيري مستقيم نرخ چرخش را فراهم كرده و در نتيجه قابليت تخمين دقيقتر موقعيت و جهت BHA را ايجاد ميكند.
نتايج شبيهسازي نشان ميهد كه تغيير پارامترهاي كليدي مانند طول حلقه فيبر و بهره بازخورد تأثير چشمگيري بر كيفيت پاسخ ژيروسكوپ دارد. براساس تحليلهاي شبيهسازي اين پاياننامه، در طول موج 1535 تا 1550 نانومتر، طول حلقه 0.56 كيلومتر و بهره بازخورد حدود 9.2 دسيبل، خروجي بهينهاي توليد ميكند كه در مقايسه با آخرين نتايج ثبت شده، در طول موج 1525 تا 1565 نانومتر، طول حلقه 0.496 كيلومتر و بهره بازخورد 9.32 دسيبل، حدود 13.1 درصد حساستر و 19.3 درصد پايدارتر و دقيقتر است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/06
عنوان به انگليسي
Development and modeling of an inertial navigation system based on fiber optic gyroscopes for measuring parameters during deep-sea drilling
تاريخ بهره برداري
8/20/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
رضا گنجوي
چكيده به لاتين
Directional drilling processes in the oil industry use measurement while drilling (MWD) systems to indicate the position and orientation of the BHA downhole tools. The general structure of the directional system includes 3 accelerometers and 3 magnetometers in 3 bidirectional and orthogonal directions, one temperature sensor and 2 shock and vibration sensors. The accelerometers measure the components of the Earthʹs gravity to determine the BHA deflection angle and orientation angles, while the magnetometers measure the Earthʹs magnetic field to determine the BHAʹs orientation.Large amounts of iron compounds and steel objects around the drilling rig, the presence of bottomhole ore deposits, the effect of induced magnetic interference from the drill string, the effects of geomagnetic penetration (dependent on gravity), the effect of bending and curving of the drilling assembly at high angles, and the coaxiality error between the measuring tool and the downhole assembly can all have detrimental effects on magnetometer measurements.
In this thesis, as a solution, the use of fiber optic gyroscopes (FOG) with amplified optical feedback along with three-axis accelerometers is proposed to be independent of the magnetometers. For this purpose, a suitable model for a fiber optic gyroscope with amplified optical feedback is presented, then it is simulated using Optisystem software and the outputs proportional to the sample rotation rates are shown.This structure allows for direct measurement of the rotation rate, thereby enabling more accurate estimation of the BHA position and orientation.
Simulation results show that changing key parameters such as fiber loop length and feedback gain have a significant impact on the quality of the gyroscope response. Based on the simulation analyses in this thesis, at a wavelength of 1535 to 1550 nm, a loop length of 0.56 km and a feedback gain of about 9.2 dB, it produces an optimal output that is about 13.1% more sensitive and 19.3% more stable and accurate compared to the latest recorded results at a wavelength of 1525 to 1565 nm, a loop length of 0.496 km and a feedback gain of 9.32 dB.
كليدواژه هاي فارسي
ژيروسكوپ فيبر نوري , اثر سايناك , شيفت فاز , بهره فيدبك , نرخ چرخش , جهت ابزار , زاويه انحراف , آزيموت
كليدواژه هاي لاتين
Fiber optic gyroscope , Saynakʹs work , Phase shift , Feedback gain , Rotation rate , Toolface , Angle of deviation , Azimuth
Author
Reza Ganjavi
SuperVisor
Dr. Sattar Mirzakouchaki