劉慧娜　張金華

（周口市永平園林建筑工程有限公司）

芻議井下電子壓力計(jì)測(cè)量應(yīng)用及問(wèn)題

劉慧娜張金華

（周口市永平園林建筑工程有限公司）

電子壓力計(jì)是一種具有高實(shí)時(shí)性、高精確度、高分辨率“三高”特征的井場(chǎng)壓力及溫度測(cè)試裝置。本文闡述了壓力計(jì)在井下測(cè)試過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的失效問(wèn)題，簡(jiǎn)單分析了導(dǎo)失效的原因，并提出了具有針對(duì)性的改進(jìn)方法和失效預(yù)防措施。

電子壓力計(jì)；失效形式；預(yù)防措施

1　電子壓力計(jì)的工作原理極其性能

（1）工作原理。電子壓力計(jì)主要運(yùn)用于油、氣、田礦層壓力及溫度值的測(cè)量，它是一種高精密電子儀器，核心部件主要有壓力傳感器和溫度傳感器組成。電子壓力計(jì)基本都是在環(huán)境惡劣多變的情況下“工作”的，因此它的感應(yīng)元件制作必須選用符合其作業(yè)環(huán)境，比如：耐高溫、高壓的特殊材料，只有這樣才能確保電子壓力計(jì)工作時(shí)的精確度和可靠性。電子壓力計(jì)根據(jù)壓力傳感器及溫度傳感器應(yīng)變電橋的原理，其壓力計(jì)的振蕩電路在井下地層壓力、所處溫度的共同影響中，將被測(cè)礦層的壓力值和溫度值轉(zhuǎn)化為電路系統(tǒng)后識(shí)別電阻值和電壓值，再由振蕩電路整頻轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)識(shí)別電流頻率值信號(hào)，再經(jīng)過(guò)軟件校正和處理，折算出工程需要的井下壓力、溫度數(shù)據(jù)。

（2）性能技術(shù)指標(biāo)。其性能技術(shù)指標(biāo)如下：

①精確度。在壓力計(jì)無(wú)誤差時(shí)的理想狀態(tài)下，壓力計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)一般表現(xiàn)為一次曲線(xiàn)，但是，受地層中其他因素影響，電子壓力計(jì)在實(shí)際圖譜走線(xiàn)中會(huì)表現(xiàn)出二次或三次曲線(xiàn)。在正常狀態(tài)下，壓力計(jì)測(cè)量時(shí)允許精確度誤差為：±4psi。

②遲滯性。遲滯性是指在測(cè)量過(guò)程中從正反兩個(gè)方向同時(shí)接近一個(gè)目標(biāo)時(shí)測(cè)量值顯示出的數(shù)據(jù)的最大差值。遲滯性誤差大都與壓力計(jì)傳感器所使用的材料、制造安裝技術(shù)、使用時(shí)的環(huán)境有直接關(guān)系。正常狀態(tài)下，遲滯性測(cè)量誤差為：±2psi。

③重復(fù)性。重復(fù)性誤差是指壓力計(jì)在全測(cè)量范圍內(nèi)和同一工作條件下，同一操作者從同方向?qū)ν惠斎雺毫χ颠M(jìn)行多次連續(xù)測(cè)量所獲得的隨機(jī)誤差，重復(fù)性誤差和壓力計(jì)使用時(shí)地層環(huán)境、傳感器的材料有關(guān)。正常狀態(tài)時(shí)，壓力計(jì)允許重復(fù)性測(cè)量誤差為：±3psi。

④分辨率。分辨率是指當(dāng)所測(cè)量的目標(biāo)壓力值產(chǎn)生變化時(shí)，壓力計(jì)能識(shí)別的最小輸入量變化值。正常工作時(shí)，壓力計(jì)分辨率為：0.02psi。

2　電子壓力計(jì)的應(yīng)用情況

電子壓力計(jì)的主要品種。按照試井和測(cè)井工藝一般分為：地面直讀式電子壓力計(jì)和井下存儲(chǔ)式壓力計(jì)。①地面直讀式指的是采用地面直讀技術(shù)將壓力計(jì)同測(cè)井工具共同放入被測(cè)量的井中，然后從井口下接入信號(hào)電纜采取對(duì)接，壓力計(jì)將被測(cè)量礦層壓力、溫度變化等通過(guò)接入的信號(hào)電纜傳到地面上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)地面上計(jì)算機(jī)內(nèi)特殊軟件顯示出數(shù)據(jù)，工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)被測(cè)量礦層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析。②井下存儲(chǔ)式壓力計(jì)。井下存儲(chǔ)式壓力計(jì)說(shuō)的是采用井下存儲(chǔ)測(cè)試（測(cè)量）技術(shù)，將單片機(jī)系統(tǒng)組成的存儲(chǔ)記錄儀、供電電池、電子壓力計(jì)進(jìn)行整合集成，連同測(cè)試的工具放進(jìn)被測(cè)的井中。存儲(chǔ)記錄儀單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)設(shè)定的采集存儲(chǔ)程序?qū)毫τ?jì)感應(yīng)得到的礦層壓力、溫度變化存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。測(cè)試工作結(jié)束后，一定要將電子壓力計(jì)與計(jì)算機(jī)連接，并按照預(yù)定操作程序，將記錄儀中所存儲(chǔ)的壓力、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存回放。

3　失效問(wèn)題

失效原因主要有下面這幾種情況：

（1）儀器本身性能不穩(wěn)定。壓力計(jì)的核心部件主要有壓力傳感器，溫度傳感器，微處理器，存儲(chǔ)器構(gòu)成。其電路是：信號(hào)放大電路，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路及振蕩電路。此類(lèi)電子元件、電路在劇烈震動(dòng)情況下最容易導(dǎo)致電子壓力計(jì)失效。

（2）測(cè)量數(shù)據(jù)的紊亂。數(shù)據(jù)接口操作軟件不成熟，電路電池電量不足時(shí)都會(huì)造成壓力計(jì)采集到的壓力、溫度數(shù)據(jù)、測(cè)試時(shí)間的非對(duì)應(yīng)性關(guān)系，這樣情況下采集到的數(shù)據(jù)稱(chēng)為數(shù)據(jù)紊亂。

（3）非點(diǎn)。電子壓力計(jì)還有一種失效形式叫非點(diǎn)。非點(diǎn)：即壓力計(jì)采集到的數(shù)據(jù)溫度值、壓力值嚴(yán)重失真，大部分都是偏離正常值幅度很大，從而致使壓力計(jì)測(cè)量的曲線(xiàn)嚴(yán)重扭曲變形。在實(shí)際測(cè)試的過(guò)程中一般有兩種非點(diǎn)形式：①可通過(guò)修正或刪除失真點(diǎn)獲得正常曲線(xiàn)中的少數(shù)非點(diǎn)；②通過(guò)修改或刪點(diǎn)也無(wú)法恢復(fù)正常的測(cè)試曲線(xiàn)的非點(diǎn)。前一種稱(chēng)之為“采點(diǎn)偏差”，后一種情況簡(jiǎn)單說(shuō)就是“非點(diǎn)失效”。

（4）數(shù)據(jù)沒(méi)寫(xiě)入及未采全。支持電子壓力計(jì)數(shù)據(jù)處理工作的核心部件主要是帶有固定儲(chǔ)存容量的微處理器，在對(duì)壓力計(jì)硬件進(jìn)行編程時(shí)必須合理設(shè)置計(jì)數(shù)器時(shí)序，另外還要考慮到寄存器的儲(chǔ)存容量，既要讓系統(tǒng)在計(jì)劃采集時(shí)間以?xún)?nèi)按序讀寫(xiě)，又要確保數(shù)據(jù)存入數(shù)量，防止溢出發(fā)生，造成測(cè)試失敗。

（5）超量程。超量程使用是造成電子壓力計(jì)失效的又一原因，如果在測(cè)試前沒(méi)有選擇好適合被測(cè)井段工況的壓力計(jì)，有可能在測(cè)試深井的過(guò)程中造成傳感器的損壞而導(dǎo)致電子壓力計(jì)的失效。

（6）電池鈍化。電子壓力計(jì)的供電裝置通常為高溫鋰電池，而在出廠(chǎng)前為了防止電池的自然放電要在其特性表面形成一層鈍化保護(hù)膜，而鋰電池的這種特性會(huì)導(dǎo)致其在低溫段電壓不穩(wěn)定，測(cè)量井下數(shù)據(jù)時(shí)容易造成采點(diǎn)異常，甚至?xí)霈F(xiàn)不可修復(fù)的非點(diǎn)失效和數(shù)據(jù)紊亂。

（7）泄露。一般情況下技術(shù)因素是致使泄露失效的主要原因。在實(shí)際工作應(yīng)用的過(guò)程中，井下壓力計(jì)容易泄露的地方有三處：①傳感器導(dǎo)壓點(diǎn)附近；②核心電路板處的密封倉(cāng)；③儀器和測(cè)井鋼纜連接部分。導(dǎo)壓點(diǎn)周?chē)拿芊庠O(shè)置是由制造工藝技術(shù)來(lái)保證的，正常情況下通過(guò)高精度機(jī)床的加工、精心設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是能夠保證在導(dǎo)壓點(diǎn)周?chē)惺芫赂邏簳r(shí)而不漏水的。密封倉(cāng)目前采用的大都是O型圈密封技術(shù)，也是經(jīng)過(guò)高精度機(jī)械加工而成，正常情況下能夠確保深井耐壓能力。儀器與鋼纜連接附近是很容易發(fā)生泄露的部位。在安裝的過(guò)程中儀器與鋼纜的連接處，大家通常稱(chēng)為“鎧裝”。這一工藝過(guò)程必須保證以下幾點(diǎn)：①鋼纜與儀器的信號(hào)連接必須是柔性連接，不承受軸向拉力。②鋼纜與儀器之間有抗法向轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，避免信號(hào)連接被扭斷。③鋼纜與儀器連接點(diǎn)應(yīng)沉沒(méi)在絕緣填充材料中，外部壓力只能作用到填充材料上，確保電信號(hào)與外部的絕緣。

（8）人為因素。人為因素對(duì)電子壓力計(jì)的影響主要有兩個(gè)方面：①新手操作導(dǎo)致在壓力計(jì)裝配過(guò)程出現(xiàn)部件的損壞；②運(yùn)輸過(guò)程中因保管不善，造成儀器內(nèi)部電路的損壞而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)紊亂及數(shù)據(jù)未采全現(xiàn)象。

4　失效預(yù)防方式

電子壓力計(jì)工作時(shí)的條件對(duì)極為特殊，它對(duì)地層中高溫，高壓，劇烈震動(dòng)的反應(yīng)比較敏感。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到如何減輕傳感器瞬間的受力強(qiáng)度，設(shè)計(jì)者要考慮到在硬件電路、軟件系統(tǒng)方面設(shè)置出“壓力緩沖裝置”，對(duì)高溫及含硫地層中應(yīng)考慮改變儀器的密封結(jié)構(gòu)，預(yù)防泄露造成的電纜，電路及傳感器部件的腐蝕、損壞。按照優(yōu)選搭配及壓力計(jì)的性能特征選用適當(dāng)量程，適當(dāng)存儲(chǔ)容量的壓力計(jì)。由于壓力計(jì)的性能不穩(wěn)定性，選型時(shí)應(yīng)綜合對(duì)產(chǎn)品在使用過(guò)程中所能出現(xiàn)的問(wèn)題及可靠性進(jìn)行分析，達(dá)到互補(bǔ)性的組合。例如，對(duì)于采點(diǎn)密度相對(duì)較稀的井區(qū)，一般選用低存儲(chǔ)量的壓力計(jì)，而測(cè)氣及壓裂井廠(chǎng)由于采點(diǎn)較多，一般選用大量程，高存儲(chǔ)量的壓力計(jì)。另外對(duì)于深井及采用深井壓裂工藝的特殊井型一般選用精度高、抗震性能好的SPAR壓力計(jì)，而測(cè)氣井、聯(lián)作井則應(yīng)選用新型的電子壓力計(jì)。

5　結(jié)語(yǔ)

在了解了電子壓力計(jì)的工作原理、性能指標(biāo)，分析了它的失效形式后，然后再合理的進(jìn)行壓力計(jì)選型、搭配，這樣就能確保儀器的維護(hù)及標(biāo)定到位，對(duì)提高壓力計(jì)下井測(cè)試時(shí)的成功率將會(huì)明顯提高，目前文中論述的部分現(xiàn)象在實(shí)際試采過(guò)程中已經(jīng)取得了明顯成效。由于適用于復(fù)雜地質(zhì)巖層的電子壓力計(jì)測(cè)試技術(shù)和工藝還不甚全面，因而我們?cè)诮窈蟮墓ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中仍要加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，不斷的積累經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為油田的勘探和開(kāi)發(fā)提供更有力的技術(shù)支持。

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1673-0038（2015）12-0164-02

2015-3-9