井下電子壓力計減震裝置失效的預(yù)防

重慶電子工程職業(yè)學院

井下電子壓力計減震裝置失效的預(yù)防

鄧顯林 張明兵重慶電子工程職業(yè)學院

井下電子壓力計系統(tǒng)由溫度壓力傳感器、存儲器、微處理器這些精密的電子元件，以及實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、電子信號放大電路、LC振蕩電路組成。在減震結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計了托筒的外圍布局，以有效防止不同頻率震動的撞擊，電子壓力計安放在外托筒下邊緣，這些精密部件和電路在受到強烈震動時，會把這種震源傳輸?shù)綔p震傳感器中。溫度計與壓力計是測量的核心部件，要通過減震裝置加以保護，而其精確度則直接影響測試工作最后的結(jié)果。為了減弱壓力計受到震蕩的強度，可在壓力計外表面加裝一套抗震緩沖裝置，以防止出現(xiàn)損壞等惡劣情況造成電子壓力計的失效。

電子壓力計；減震裝置；抗震性；失效

1 電子壓力計的分類

井下存儲式壓力計是由存儲記錄儀、電子壓力計與供電電池組合在一起的裝置。存儲記錄儀由單片機系統(tǒng)組成，采用的是井下存儲測量技術(shù)，該儀器和測量工具一起安裝在油氣礦井下，此時記錄儀的單片機系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置好的測量采集程序?qū)码S時變化的溫度、壓力進行實時測量，將結(jié)果存至存儲器中。當測量工作結(jié)束后，把電子壓力計從井下取出，并與安裝有相關(guān)數(shù)據(jù)處理程序的電腦連接起來，電腦里的數(shù)據(jù)處理軟件就會自動將存儲器里存儲的溫度與壓力數(shù)據(jù)讀取出來，并將其結(jié)果顯示在屏幕上。

地面直讀式電子壓力計運用的是直接讀取測量數(shù)據(jù)、采集信息的技術(shù)，測量方式也是將電子壓力計和測量工具一起放入預(yù)測井下，用信號傳輸電纜將電腦和壓力計對接在一起。此時井下溫度與壓力的實時數(shù)據(jù)就會通過信號電纜傳送到對接的電腦系統(tǒng)上，電腦中相應(yīng)的運算程序就會對數(shù)據(jù)進行分析和處理。

2 電子壓力計減震裝置

從專業(yè)理論上分析，壓力計減震裝置的設(shè)計結(jié)構(gòu)中共有3個關(guān)鍵部位：①測量儀器和傳輸信號電纜連接處；②測量儀器精密元件密封艙的密封處；③溫度壓力傳感器的導(dǎo)壓點處。這些位置都在其表面添加了一層橡膠減震皮套，讓信號電纜與測量儀器呈柔韌性的連接方式，不會受到拉應(yīng)力與切應(yīng)力的作用，避免信號電纜被拉斷或扭斷。除此之外，還應(yīng)確保信號電纜皮線在外部壓力作用下能使電信號與外部絕緣，避免傳輸信號受到干擾。精密元件密封艙運用的是O型圈密封技術(shù)，可保證儀器在高溫、高壓的井下作業(yè)時不受外界環(huán)境的影響；導(dǎo)壓點處的密封圈可確保機械部件的安全性。因此在機械加工之前，必須對減震裝置的結(jié)構(gòu)進行精確設(shè)計，盡可能做到各元件之間的完美配合，使電子壓力計避免外界的撞擊。電子壓力計測定壓力范圍標準為500～1 070 Pa，根據(jù)各油田井深的不同，其測定的壓力值也不相同。

井下電子壓力計系統(tǒng)由溫度壓力傳感器、存儲器、微處理器這些精密的電子元件，以及實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、電子信號放大電路、LC振蕩電路組成。在減震結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計了托筒的外圍布局，以有效防止不同頻率震動的撞擊，電子壓力計安放在外托筒下邊緣，這些精密部件和電路在受到強烈震動時，會把這種震源傳輸?shù)綔p震傳感器中。

3 減震裝置的失效原因

電子壓力計減震裝置對系統(tǒng)的穩(wěn)固性、分辨率、精確度、可靠性都有很高的要求，但它又必須長時間在高溫、高壓的惡劣環(huán)境中工作，而且其核心元件（如溫度壓力感應(yīng)元件）容易老化，在測定過程中該裝置容易受到外界不明因素的撞擊。以上這些原因難免會造成測量誤差，也就是所說的壓力計減震裝置在測量時產(chǎn)生的失效性。造成其失效的原因主要包括以下幾點：

首先，人為因素。人為因素主要分為兩種情況：其一，在運輸過程中的不恰當操作，造成壓力計內(nèi)部元件或者電路的損壞，使減震裝置無法工作，出現(xiàn)數(shù)據(jù)收集不完善以及紊亂的情況；其二，操作人員操作不當，在壓力計減震裝置精密部件裝配時不慎造成元件損壞，這就需要在實際的裝配過程中對操作人員的專業(yè)水平要有嚴格的要求。另外，超量程的測量使用也會導(dǎo)致壓力計減震裝置的失效。所以在使用電子壓力計進行測量操作之前，應(yīng)對被測地域的大概溫度、壓力值進行預(yù)估，選擇合適量程的壓力計，以免出現(xiàn)超量程狀況導(dǎo)致壓力計失效。

其次，存儲空間占滿。微處理器是電子壓力計減震裝置的核心工作元件，它帶有一定的存儲空間。對溫度、壓力等數(shù)據(jù)進行測量收集的應(yīng)用程序已經(jīng)占用了一定的空間，當剩余的空間被實時存儲的數(shù)據(jù)占滿后，再測量的數(shù)據(jù)就沒有剩余的空間來存儲，并且減震裝置的緩沖壓力也無法承載，這也是一種電子壓力計減震裝置的失效狀況。高溫鋰電池是電子壓力計的主要供電部件，其外圍的環(huán)形橡膠皮套能起到電池外層的保護膜作用，來避免它的自然放電，但是同時也會造成鋰電池在溫度較低的條件下工作時輸出不穩(wěn)定電壓，進而讓收集存儲的數(shù)據(jù)出現(xiàn)失真等情況。

4 減震失效的預(yù)防

電子壓力計在使用之前，首先要對減震裝置做好安置，之后再觀察測井礦的具體情況來選用合適的壓力計，例如精確度高、抗震性好的壓力計適合對較深的礦井進行測量。對于測量原油密度相對較低的油井，在選用減震探頭部位時，在底片壓帽和中間底座之間留有1～2 cm的上下間隙。而對于氣井的測量，因為所需要測量和收集的數(shù)據(jù)較多，因此就應(yīng)選用量程較大的裝置。在選用減震探頭時，要使射孔瞬間傳送的壓力保持在一定的范圍界限內(nèi)，彈簧下壓夾片要離開其上面的支撐環(huán)3 cm，使壓力被支撐環(huán)的收壓器削減。另外，為了減弱壓力計受到震蕩的強度，可在壓力計外表面加裝一套抗震緩沖裝置，防止出現(xiàn)損壞等惡劣情況造成電子壓力計的失效。

目前，在油氣礦藏資源的勘察和開采工作中，對井下的實時溫度、壓力等數(shù)據(jù)的采集分析處理是非常重要的任務(wù)；同時依據(jù)這些數(shù)據(jù)，設(shè)計人員就可以制定準確的井下開采生產(chǎn)工作制度，并且能夠獲得礦井油氣資源的儲量與價值。溫度計與壓力計是測量的核心部件，要通過減震裝置加以保護，而其精確度則直接影響測試工作最后的結(jié)果。早期的壓力計減震裝置在設(shè)計結(jié)構(gòu)上十分簡單，只在其表面加蓋一層防護墊，現(xiàn)在已基本淘汰，換成了設(shè)計結(jié)構(gòu)逐漸步入正規(guī)化的減震裝置。進入二十一世紀以來，伴隨著電工電子技術(shù)的高速發(fā)展，在減震裝置的保護下，電子壓力計的性能如精度、靈敏度也得到了巨大的提高。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.050