壓力儀表在油田中應(yīng)用及提高測(cè)量準(zhǔn)確性的方法研究

祝璟

（川慶鉆探長(zhǎng)慶井下，陜西咸陽(yáng)，712000）

0 引言

隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升，壓力儀表得到了廣泛的發(fā)展，其種類也不再單一，而是呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，在制作工藝、原材料、設(shè)計(jì)構(gòu)造以及用途等方面得到了創(chuàng)新。在油田的生產(chǎn)過程中，溫度值、壓力值和流量值等均是油田自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵參數(shù)。盡管壓力儀表得到了多樣化的創(chuàng)新與發(fā)展，但其測(cè)量高精確性一直是壓力儀表不斷重點(diǎn)改進(jìn)的方面，如何提升壓力儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性來(lái)保障油田的生產(chǎn)，值得深入研究。文章以典型的彈簧管壓力儀表為例，探討其在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用，并重點(diǎn)研究提高壓力儀表測(cè)量準(zhǔn)確度的方法。

1 壓力儀表相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 壓力儀表相關(guān)概念

壓力儀表是一件精密的測(cè)量?jī)x器，一般由接頭、表盤玻璃、表殼、彈簧管、指針、連桿、機(jī)芯等元件組成，其中，接頭、機(jī)芯以及彈簧管是壓力儀表測(cè)量時(shí)最為關(guān)鍵的零部件。其工作原理是將勢(shì)能的轉(zhuǎn)化體現(xiàn)為數(shù)字的形式供人們讀取，壓力儀表的彈簧管是主要受力部件，當(dāng)其收到壓力時(shí)，會(huì)發(fā)生可逆轉(zhuǎn)的彈性形變，引起彈簧管中管端的位置變化，管端連接連桿，通過連桿和機(jī)芯將受力情況放大，表盤指針的偏轉(zhuǎn)代表受力的大小，在表盤的刻度上讀出數(shù)字，即為壓力測(cè)量值[1]。

常用壓力表的制作材料為銅以及銅合金，測(cè)量的對(duì)象只能是不會(huì)與銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體、液體或者蒸汽。測(cè)量精度最高時(shí)稱為1級(jí)。有一種精密壓力表，其精度遠(yuǎn)超普通壓力儀表，其最小精密度為0.4級(jí)，因此其可當(dāng)作普通壓力表精確度的鑒定儀器。壓力表精度等級(jí)依據(jù)其允許的測(cè)量誤差評(píng)定，常規(guī)彈簧管壓力表在正常使用后會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，其最大數(shù)值的誤差稱為允許基本誤差。在實(shí)際的測(cè)量使用中，要對(duì)壓力表進(jìn)行周期檢定，以確保其測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性。

1.2 壓力儀表的分類

（1）壓力表的測(cè)量精度有等級(jí)之分，一般壓力表的精密度由大到小分別為1級(jí)、1.6級(jí)、2.5級(jí)和4級(jí)，精密壓力表的測(cè)量精度也分為4個(gè)等級(jí)，等級(jí)數(shù)字分別為一般壓力表的十分之一。

（2）壓力表的安裝方式也有所不同。常見的幾類分別是螺紋連接壓力表、盤裝連接壓力表、法蘭連接壓力表和夾子式連接壓力表。

（3）壓力儀表在各行各業(yè)都有用到，依據(jù)其不同用途，壓力儀表可以分為普通用途壓力表和特殊用途壓力表。例如電接點(diǎn)壓力表、氨壓力表和氧壓力表等都屬于普通用途壓力表，另外像耐振壓力表、隔膜壓力表以及防腐壓力表等屬于特殊測(cè)量用途壓力儀表。

（4）按照壓力表內(nèi)部彈性元件存在的差異，可將壓力儀表分為如圖1所示的5中類型。

圖1 壓力表分類

（5）壓力表的測(cè)量范圍不是完全相同的，在使用中盡量根據(jù)被測(cè)量物選擇合適測(cè)量范圍的壓力表，壓力表的類別與測(cè)量范圍劃分如表1所示[2]。

表1 壓力表分類與測(cè)量范圍

2 壓力儀表在油田中的應(yīng)用

2.1 彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)

以經(jīng)典的彈簧管壓力表為例，研究壓力表在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用。與上述氧氣表、真空表等同屬于一般壓力表，彈簧管壓力表的彈簧管、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)芯、表盤等是其測(cè)量的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

2.2 壓力表測(cè)量上限選擇

對(duì)壓力變化較為敏感的壓力表適合壓力較小的被測(cè)量物，若選擇使用承受壓力較大的壓力表測(cè)量較輕壓力的物體，彈簧管的位移不明顯，在三分之一量限之下的部分，會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差，因此無(wú)法廣泛應(yīng)用。彈簧管承受能力有限，若在彈簧彈性的四分之三以上，或者壓力過大會(huì)導(dǎo)致壓力儀表的彈性受損，長(zhǎng)時(shí)間如此使用會(huì)使壓力儀表精度降低，使用壽命縮短。所以彈簧管壓力表的最佳使用范圍是其測(cè)量范圍的1/3到3/4，那么選擇壓力表的測(cè)量上限時(shí)，依據(jù)公式進(jìn)行選擇即可，即：

2.3 一般壓力表的精度選擇

在實(shí)際使用中，要首先選擇出精度合適的壓力表，一般壓力表精度的選擇依靠以下兩種方式:一種是依據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，直觀判斷；第二種是依靠科學(xué)的計(jì)算方法，選擇合適的精確度等級(jí)，準(zhǔn)確度等級(jí)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)按照壓力儀表使用過程中允許的測(cè)量誤差范圍給出，計(jì)算公式為:

儀表準(zhǔn)確度等級(jí)＝允許基本測(cè)量值誤差上限×100%

現(xiàn)階段，常用的普通壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)及誤差范圍國(guó)家級(jí)檢定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)及誤差范圍

1.6 ±1.6%2.5 ±2.5%4±4%

3 如何提高壓力儀表測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性

3.1 測(cè)量及測(cè)量誤差

測(cè)量的目的是使被測(cè)量對(duì)象得到準(zhǔn)確的數(shù)值顯示，儀器的測(cè)量數(shù)值不能完全精準(zhǔn)地代表被測(cè)量對(duì)象的物理性質(zhì)，而是一個(gè)近似值。在實(shí)際的使用過程中，測(cè)量方法的不規(guī)范、儀器精確度不同、甚至測(cè)量環(huán)境的影響都有可能產(chǎn)生測(cè)量誤差，使得測(cè)量結(jié)果偏離測(cè)量真實(shí)值。這個(gè)差值我們稱之為測(cè)量誤差[3]。通常用X代表測(cè)量誤差數(shù)值，其表達(dá)式為:

公式（2）中的，測(cè)量結(jié)果用X表示，X0表示測(cè)量真實(shí)值，二者的差值就是測(cè)量誤差ΔX，ΔX的數(shù)值代表測(cè)量值偏離真值的大小，正負(fù)代表方向。絕對(duì)誤差即測(cè)量誤差給出值與被測(cè)量真值的差值，計(jì)算方式為：

測(cè)量誤差包括多方因素，有隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差三種類型，一般粗大誤差很容易發(fā)現(xiàn)，計(jì)算時(shí)可以直接剔除，隨機(jī)誤差難以避免，因此在測(cè)量過程中，盡量確保系統(tǒng)的科學(xué)使用，增加油田環(huán)境、溫度等有可能形成誤差因素的評(píng)估，減少系統(tǒng)誤差來(lái)縮小測(cè)量誤差的大小，提高測(cè)量精確度，使測(cè)量結(jié)果無(wú)限接近于真值。

3.2 如何利用修正值

誤差是測(cè)量過程中不可完全避免的現(xiàn)象，實(shí)際計(jì)算中為了降低測(cè)量誤差的影響，提高測(cè)量準(zhǔn)確度，常常引入修正值進(jìn)行計(jì)算。其與誤差絕對(duì)值相比，數(shù)值大小相同，方向相反。修正值的作用就是彌補(bǔ)誤差或者校正測(cè)量值的準(zhǔn)確性，通常用符號(hào)C表示，其計(jì)算方式為：

3.3 實(shí)際值測(cè)量

在儀器的測(cè)量過程中，儀器的修正值C通常由比其精確度更高的標(biāo)準(zhǔn)儀器經(jīng)檢定后給出[4]。為得到較為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，通常會(huì)將測(cè)量所得結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)修正值相加，這個(gè)數(shù)值就當(dāng)做被測(cè)量的實(shí)際值，表達(dá)方式為：

經(jīng)修正值矯正以后的壓力測(cè)量值就可以認(rèn)為是被測(cè)量的實(shí)際值或者真實(shí)值。修正值的準(zhǔn)確性對(duì)測(cè)量實(shí)際值的精確度有直接的影響，因此在壓力儀表工作中利用修正值時(shí)，必須保證修正值在精密儀器檢定的有效周期內(nèi)，否則必須重新檢定，給出新的修正值。相對(duì)誤差最能夠反映出測(cè)量的準(zhǔn)確性，以儀表相對(duì)引用誤差為例，給出表達(dá)方式:

公式（6）中，Xm表示壓力儀表測(cè)量上限值，相對(duì)誤差是兩種數(shù)據(jù)之間的比值，以百分比為單位，依據(jù)相對(duì)誤差的大小和方向，可以較為確切地反映出壓力儀表的測(cè)量精確度。

3.4 提高測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的方法以及程序

依據(jù)上述對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的分析，壓力表在油田中的應(yīng)用以及提高其測(cè)量準(zhǔn)確性的方法大致歸納為以下三方面:

(1)壓力儀表在油田各領(lǐng)域都被廣泛使用，但每個(gè)領(lǐng)域的使用標(biāo)準(zhǔn)、過程等都是一樣的。

(2)在實(shí)際測(cè)量之前，需要估算或者計(jì)算判定被測(cè)對(duì)象壓力的大小，從而選擇壓力量程和精度都較為合適的壓力儀表，避免造成過大的測(cè)量誤差和壓力儀表的損壞[5]。

(3)在壓力數(shù)據(jù)的實(shí)際測(cè)量過程，總會(huì)有不可避免的因素導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果與測(cè)量真值之間存在一定的誤差，這些誤差主要來(lái)自油田環(huán)境、壓力設(shè)備、測(cè)量人員因素等。在測(cè)量中不能完全去除這些因素，但是可以規(guī)范操作和考慮周全來(lái)盡量減小這些因素的影響，從而使得測(cè)量值無(wú)限接近于測(cè)量真值。精密度較高儀器對(duì)壓力儀表的校驗(yàn)與有效的校正值可以很大程度上削減誤差的大小，因此測(cè)量計(jì)算中，將測(cè)量值與校正值相加可作為測(cè)量真實(shí)值，進(jìn)而提升壓力儀表數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

在油田生產(chǎn)各領(lǐng)域都離不開壓力儀表的使用，壓力儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性關(guān)乎到油田生產(chǎn)的質(zhì)量與效率。文章以彈簧管壓力儀表為例，對(duì)油田中壓力表的上線與精度選擇進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究了提高壓力儀表在油田生產(chǎn)中數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確性方法，得出了減小誤差的壓力儀表測(cè)量真實(shí)值計(jì)算方法，希望能夠?yàn)橛吞飳?shí)際測(cè)量工作提供一些參考建議。