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(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司檢測(cè)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(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司檢測(cè)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(guò)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(duì)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(duì)現(xiàn)有的壓力計(jì)標(biāo)定裝置進(jìn)行分析對(duì)比，選用標(biāo)準(zhǔn)液壓源，對(duì)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(kāi)發(fā)的CY613型彈簧管式壓力計(jì)，這也是油田開(kāi)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(cè)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(duì)注水井的全井靜壓、分層壓力以及分層流量的同時(shí)測(cè)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(kāi)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(cè)試，開(kāi)展了偏心井、電泵井的流壓和靜壓測(cè)試，注水井的分層流量以及分層壓力測(cè)試等項(xiàng)目，這期間試井應(yīng)用的儀器以國(guó)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(lái)，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(duì)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(wú)法滿足用戶多種需求。

國(guó)產(chǎn)電子壓力計(jì)是國(guó)內(nèi)的電子壓力計(jì)隨著國(guó)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(lái)。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(guó)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(kāi)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(guó)產(chǎn)壓力計(jì)只是對(duì)進(jìn)口壓力計(jì)的簡(jiǎn)單模仿，并且國(guó)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(guó)產(chǎn)電子壓力計(jì)的整體性能和水平偏低。當(dāng)然國(guó)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(chǎng)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(duì)于電壓力計(jì)的標(biāo)定是對(duì)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(duì)標(biāo)定溫度敏感，需要做多溫度點(diǎn)的全性能檢定;檢定過(guò)程復(fù)雜，包括一系列加壓和減壓過(guò)程。檢定后，把測(cè)量壓力與標(biāo)準(zhǔn)壓力對(duì)比，進(jìn)行線性回歸或者二次、三次函數(shù)回歸，對(duì)壓力計(jì)的檢定系數(shù)重新刻度，完成標(biāo)定過(guò)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(jiǎn)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(cè)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(guò)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(cè)溫度，具有穩(wěn)定、精確、功能強(qiáng)、體積小、操作簡(jiǎn)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(guò)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(guò)活塞式壓力計(jì)來(lái)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(duì)液壓缸施加外力，再由壓力傳感器測(cè)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(kāi)發(fā)，流程如下：

(2)測(cè)量的不確定性分析

測(cè)量不確定度是指由于測(cè)量誤差的存在而對(duì)被測(cè)量值不能肯定的程度，是表征被測(cè)量的真值所處的量值范圍的評(píng)定。不確定度按其數(shù)值的評(píng)定方法可歸并為兩類分量:即多次測(cè)量用統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定的A類分量aA，用其他非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)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(duì)一只電子壓力計(jì)進(jìn)行獨(dú)立重復(fù)測(cè)量n次，用測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表征其測(cè)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(cè)得電子壓力計(jì)的測(cè)量

x-重復(fù)測(cè)量值的算術(shù)平均值

n-重復(fù)測(cè)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(yǔ)

本文主要對(duì)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(duì)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(duì)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