井下存儲式電子壓力計

李麗娜

吉林化工學院航空工程職業(yè)技術學院

井下存儲式電子壓力計以操作靈活為主要設計目標，具有體積小、重量輕等特點，同時在存儲空間的設計上進行適當擴寬，將有效存儲空間增加到500 G，實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)信息存儲的可能性。同樣，在硬件材料上也有進一步的選擇，對管道內溫度的測定范圍可達到－40~150℃，對管道內壁的壓力也能進行準確的測定。

在軟件設計中主要對操作編程進行優(yōu)化設定，使之能夠兼容多種操作系統(tǒng)，防止傳統(tǒng)壓力傳感器在進行數(shù)據(jù)處理時因操作系統(tǒng)不兼容造成有效性數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象發(fā)生。在數(shù)據(jù)處理速度上也有進一步的提升，系統(tǒng)軟件處理器采用的是i7處理程序，每秒的運算速度達20多萬次，有效保證壓力計可以同時進行測量和數(shù)據(jù)處理。

1 結構設計

電子壓力計主要由運行處理器、集成電路板、壓力傳感器、通信接收器、接地外殼、帶通濾波器、感應觸頭以及信源編碼器等組成。其優(yōu)點是結構設計簡單，操作靈活，可用于長時間測定油井管道內壓力及溫度。測量技術指標中感應溫度的誤差允許在±0.01℃范圍內，測定周圍壓力的范圍值為0~80 MPa，測量精確誤差為±10 Pa，測量的溫度范圍為－40~150℃。

2 工作原理

壓力計運行系統(tǒng)由兩個部分組成：一部分是地下工作環(huán)境的組成部分，包括壓力傳感器、通信接收器、帶通濾波器、感應觸頭以及信源編碼器；另一部分是地面工作環(huán)境的組成部分，包括集成電路板、運行處理器、接地外殼。在地下工作環(huán)境中，壓力計運行時首先通過感應觸頭采集周圍油井管道內的信息，再將采集到的信息傳至通信接收器，接收器將收集到的信息進行匯總分析，然后啟動壓力傳感器測量液體對壓力計的沖擊力和石油原液對管道內壁的壓力。測量完畢整合傳輸信號再進行信號的輸出，帶通濾波器分為正弦波和余弦波兩類，正弦波允許測定的幅值為±0.8，周期頻率為6 400 Hz；余弦波允許測定的幅值為±0.6，周期頻率為4000 Hz。信號波形的輸出由信號接收器發(fā)出，傳輸至信源編碼器，信源編碼器根據(jù)傳輸波形序列的不同，在后期編程順序中輸出的碼型也不一致。最終將傳輸?shù)拇a型信號傳至地面終端設備，在計算機中完成對碼型數(shù)據(jù)譯碼的過程。

3 壓力計系統(tǒng)軟件程序設計

壓力計系統(tǒng)軟件分為地下軟件程序設計和地面軟件程序設計兩部分：地下部分主要完成數(shù)據(jù)信息的采集與運算；地面部分則主要完成數(shù)據(jù)信息的集成與處理。

井下工作的軟件使用的是單片機操作運行程序，在地下完成對石油管道內數(shù)據(jù)的采集與運算處理。在軟件程序啟動后，會自動調整A/O模式的轉換，適應工作環(huán)境的運行條件。在模式板塊中顯示的運行程序包括夜間模式、數(shù)據(jù)自動檢測模式、壓力調整模式和數(shù)據(jù)傳輸模式。在運行數(shù)據(jù)模式操作過程中也會完成相應的初始化程序，包括SPI初始化、功能設置初始化、位置定位初始化和預警報告初始化。系統(tǒng)通過模式轉換和初始化程序的設定來判斷設備的工作運行環(huán)境，操作系統(tǒng)處理包括運行環(huán)境溫度參數(shù)、轉子轉速的調整、外圍環(huán)境感知的靈敏度以及串行接口傳輸?shù)男诺勒{整。

在溫度兼容系統(tǒng)中設定了相應的溫度梯度表，在對外圍環(huán)境溫度進行測量時，對不同的溫度運行不同的操作系統(tǒng)。油田生產(chǎn)系統(tǒng)屬于高溫運行環(huán)境，在溫度操作系統(tǒng)中，溫度傳感器在測量標準允許的范圍內運行，一旦超過溫度值的限定界限便會自行切換到斷電模式。當管道內溫度達到100~150℃時，溫度傳感器會顯示黃色指示燈，運行第三個操作系統(tǒng)。軟件程序可以根據(jù)溫度的變化范圍來測量周圍環(huán)境的運行參數(shù)，運行過程中若傳感器的發(fā)射功率沒有擊穿電離層，運行程序便會采用第二個操作系統(tǒng)。每個操作系統(tǒng)的運行都會產(chǎn)生一定的測量誤差，100~120℃測量的誤差為3%，120~140℃測量的誤差為3.5%，140~160℃測量的誤差為3.7%，160~170℃測量的誤差為3.8%，170~180℃測量的誤差為4.0%。

溫度傳感器將收集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)傳輸信道傳輸至終端設備，且數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中就完成了碼型之間的轉換。系統(tǒng)設定的運行程序添加了C語言的邏輯順序，當數(shù)據(jù)信息傳輸至交換設備的時候就可以在信道之間完成代碼的解密。傳輸數(shù)據(jù)信息的存儲空間在此也有所提升，傳輸信道達到了32個，包括16個上行傳輸信道和16個下行傳輸信道，每個傳輸信道空間的冗余度為2 G，在進行數(shù)據(jù)代碼壓縮過程中可以剩余32 G的存儲空間，保證了后期數(shù)據(jù)處理的運算效率。

4 結語

井下存儲式電子壓力計的設計主要包括軟件設計和硬件設計，在硬件設計中加大了傳輸信道的帶寬，減緩延時效應，同時采用具有耐高溫的數(shù)字化電池和測井傳感器。系統(tǒng)軟件分為地下軟件程序設計和地面軟件程序設計兩部分，地下部分主要完成數(shù)據(jù)信息的采集與運算，地面部分則主要完成數(shù)據(jù)信息的集成與處理。在軟件方面進行大規(guī)模的數(shù)據(jù)化集成處理可提高壓力計測量的精準度。