井下壓力計(jì)自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)研究

張海榮 大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司檢測實(shí)驗(yàn)中心 163153

井下壓力計(jì)自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)研究

張海榮 大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司檢測實(shí)驗(yàn)中心 163153

隨著油井試井技術(shù)不斷發(fā)展與提高，井下電子壓力計(jì)逐步取代了過去的機(jī)械式井下壓力計(jì)，結(jié)合現(xiàn)代試井解釋技術(shù)與計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，對井下壓力資料的錄取精度也相應(yīng)提高，作為井下壓力計(jì)的標(biāo)定裝置也必須更新提高，以適應(yīng)井下電子壓力計(jì)的標(biāo)定技術(shù)要求。本文主要對現(xiàn)有的壓力計(jì)標(biāo)定裝置進(jìn)行分析對比，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓源，對井下壓力計(jì)的自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行研究探討。

壓力計(jì)；自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)

1、井下壓力計(jì)發(fā)展概況

井下壓力機(jī)主要分為兩種：機(jī)械式井下壓力機(jī)、電子井下壓力計(jì)。

機(jī)械式電子壓力計(jì)的代表是大慶油田試井工作于上個(gè)世紀(jì)六十年代初期仿造前蘇聯(lián)的蘇-M G G S壓力計(jì)自行開發(fā)的CY613型彈簧管式壓力計(jì)，這也是油田開發(fā)初期應(yīng)用最廣的種機(jī)械式井下壓力計(jì)，它的工作范圍僅限于自噴井的流壓和靜壓的測試。這種井下力計(jì)主要由記錄部分、感壓部分、溫度計(jì)部分以及外殼4個(gè)部分組成。隨著油田的發(fā)展，進(jìn)入七十年代后，又增加了對注水井的全井靜壓、分層壓力以及分層流量的同時(shí)測試項(xiàng)目。這就要求井下壓力計(jì)的量程大、抗震好，因此在C Y 6 1 3型井下壓力計(jì)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了J Y 7 2-1型機(jī)械式井下壓力計(jì)，它是一種彈簧式壓力計(jì)。八十年代后，大慶油田的開發(fā)由自噴井轉(zhuǎn)為機(jī)械采油時(shí)期，這期間的試井項(xiàng)目取消了油井的分層壓力測試，開展了偏心井、電泵井的流壓和靜壓測試，注水井的分層流量以及分層壓力測試等項(xiàng)目，這期間試井應(yīng)用的儀器以國產(chǎn)的Q T Y型機(jī)械壓力計(jì)為主。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)也應(yīng)用到試井工作中來，電子壓力計(jì)具有精確度高、錄取資料可靠以及直觀地顯示等特點(diǎn)，受到廣大工程技術(shù)人員的青睞。電子壓力計(jì)已經(jīng)逐步取代機(jī)械壓力計(jì)成為井下壓力錄取的主要儀器。第一代電子壓力計(jì)生產(chǎn)于上世紀(jì)8 0年代末9 0年代初，以G R C、P A N E X、F L O P T E R系列壓力計(jì)為代表。由于傳感器技術(shù)和電子線路技術(shù)的相對落后，這一代壓力計(jì)存在以下特點(diǎn):性能比較單一。一支壓力計(jì)只有直讀或存儲(chǔ)一種功能，無法滿足用戶多種需求。

國產(chǎn)電子壓力計(jì)是國內(nèi)的電子壓力計(jì)隨著國外壓力計(jì)的引進(jìn)，在上世紀(jì)90年代初期陸續(xù)發(fā)展起來。以阿達(dá)爾，凱山等系列電子壓力計(jì)為代表。目前使用的國產(chǎn)電子壓力計(jì)水平大抵在第一代和第二代之間。由于投入產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)費(fèi)的限制，生產(chǎn)廠家一味追求低成本，目前的國產(chǎn)壓力計(jì)只是對進(jìn)口壓力計(jì)的簡單模仿，并且國內(nèi)生產(chǎn)的壓力傳感器水平不高，高溫電子器件的篩選不嚴(yán)格，壓力計(jì)外筒材料一般，諸多因素決定了國產(chǎn)電子壓力計(jì)的整體性能和水平偏低。當(dāng)然國產(chǎn)電子壓力計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，操作軟件使用純中文，方便了現(xiàn)場操作。

2、井下壓力計(jì)自動(dòng)標(biāo)定裝置設(shè)計(jì)

由于目前機(jī)械壓力計(jì)都已被淘汰，油田試井應(yīng)用的儀器均為電子壓力計(jì)，對于電壓力計(jì)的標(biāo)定是對其精度的標(biāo)定。電子壓力計(jì)標(biāo)定裝置作為壓力標(biāo)定的一個(gè)分支，其特點(diǎn)在于檢定壓力高，要求標(biāo)定精度高;被檢儀器不能直讀，直觀性差，需要軟件回放；對標(biāo)定溫度敏感，需要做多溫度點(diǎn)的全性能檢定;檢定過程復(fù)雜，包括一系列加壓和減壓過程。檢定后，把測量壓力與標(biāo)準(zhǔn)壓力對比，進(jìn)行線性回歸或者二次、三次函數(shù)回歸，對壓力計(jì)的檢定系數(shù)重新刻度，完成標(biāo)定過程。

因此，新一代電子壓力計(jì)標(biāo)定裝置主要以標(biāo)定精度高、自動(dòng)化程度高為主要發(fā)展方向，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上追求人機(jī)交互界面簡單易懂、操作方便、體積小等特點(diǎn)。

（1）井下電子壓力計(jì)自動(dòng)標(biāo)定裝置件設(shè)計(jì)

壓力計(jì)標(biāo)定裝置主要由壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、主控臺(tái)三部分組成。一般結(jié)構(gòu)的框架圖如下：

根據(jù)電子壓力計(jì)檢定標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)上設(shè)置一組標(biāo)定數(shù)據(jù)(包括溫度和壓力以及參數(shù)的穩(wěn)定時(shí)間)，計(jì)算機(jī)第一步檢查溫箱的溫度，在控制器的控制下把溫箱內(nèi)的溫度控制到指定溫度，然后把壓力傳感器的信號(hào)作為反饋，使系統(tǒng)達(dá)到指定壓力，并穩(wěn)定在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成一個(gè)標(biāo)定進(jìn)程。

早期的恒溫箱采用水銀接觸溫度計(jì)進(jìn)行溫度監(jiān)測與轉(zhuǎn)換，采用繼電/接觸器控制溫箱的溫度升降，存在著調(diào)量過大和溫度控制精度低的缺陷。本系統(tǒng)采用AT89C52單片設(shè)計(jì)，采取LM335傳感器檢測溫度，具有穩(wěn)定、精確、功能強(qiáng)、體積小、操作簡便的特點(diǎn)。

壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)以高精度標(biāo)準(zhǔn)液壓源為基準(zhǔn)，用戶將指定的標(biāo)準(zhǔn)壓力值輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過D/A變換，控制電機(jī)帶動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)壓力信號(hào)，壓力傳感器感應(yīng)到此壓力信號(hào)后，和標(biāo)準(zhǔn)值相比較，再由計(jì)算機(jī)控制絲杠機(jī)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，控制液壓源產(chǎn)生壓力，直到壓力值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓力值。

壓力源是標(biāo)定裝置的核心部分，決定著系統(tǒng)的標(biāo)定精度。傳統(tǒng)的標(biāo)定裝置的壓力源均是通過活塞式壓力計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，這種壓力源的缺點(diǎn)是系統(tǒng)響應(yīng)緩慢，誤差較大。本文采用新型標(biāo)準(zhǔn)液壓源，能夠克服上述壓力源的缺點(diǎn)。它主要由液壓缸、導(dǎo)壓管、壓力傳感器以及機(jī)械動(dòng)力源組成。工作時(shí)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)箱，對液壓缸施加外力，再由壓力傳感器測量壓力信號(hào)，反饋給異步電機(jī)做閉環(huán)控制。其功能是輸出動(dòng)態(tài)可變化或者預(yù)定的一定規(guī)律的壓力。壓力源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

電子壓力計(jì)的標(biāo)定軟件主要依據(jù)檢定規(guī)程而開發(fā)，流程如下：

(2)測量的不確定性分析

測量不確定度是指由于測量誤差的存在而對被測量值不能肯定的程度，是表征被測量的真值所處的量值范圍的評定。不確定度按其數(shù)值的評定方法可歸并為兩類分量:即多次測量用統(tǒng)計(jì)方法評定的A類分量aA，用其他非統(tǒng)計(jì)方法評定B類分量b?？偛淮_定度由A類分量和B類分量按“方、和、根”的方法合成，即

重復(fù)性考核是在需求條件下，利用壓力計(jì)自動(dòng)標(biāo)定裝置對一只電子壓力計(jì)進(jìn)行獨(dú)立重復(fù)測量n次，用測量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來表征其測量的重復(fù)性:

式中S1(x)—壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)的重復(fù)性

xi-同一標(biāo)準(zhǔn)壓力值下每次測得電子壓力計(jì)的測量

x-重復(fù)測量值的算術(shù)平均值

n-重復(fù)測量的次數(shù)

判別重復(fù)性合格的準(zhǔn)則是:S1(x)≤U

3、結(jié)語

本文主要對油井井下電子壓力計(jì)的自動(dòng)標(biāo)定裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。分別對壓力計(jì)標(biāo)定裝置的壓力控制系統(tǒng)與溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了不確定度的研究，對壓力控制系統(tǒng)還進(jìn)行了系統(tǒng)的重復(fù)性與穩(wěn)定性的考核。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.074