井下電子壓力計減震裝置失效的預防

重慶電子工程職業學院

井下電子壓力計減震裝置失效的預防

鄧顯林 張明兵重慶電子工程職業學院

井下電子壓力計系統由溫度壓力傳感器、存儲器、微處理器這些精密的電子元件，以及實時數據轉換電路、電子信號放大電路、LC振蕩電路組成。在減震結構上專門設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，會把這種震源傳輸到減震傳感器中。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組成，采用的是井下存儲測量技術，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根據內部已經設置好的測量采集程序對井下隨時變化的溫度、壓力進行實時測量，將結果存至存儲器中。當測量工作結束后，把電子壓力計從井下取出，并與安裝有相關數據處理程序的電腦連接起來，電腦里的數據處理軟件就會自動將存儲器里存儲的溫度與壓力數據讀取出來，并將其結果顯示在屏幕上。

地面直讀式電子壓力計運用的是直接讀取測量數據、采集信息的技術，測量方式也是將電子壓力計和測量工具一起放入預測井下，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據就會通過信號電纜傳送到對接的電腦系統上，電腦中相應的運算程序就會對數據進行分析和處理。

2 電子壓力計減震裝置

從專業理論上分析，壓力計減震裝置的設計結構中共有3個關鍵部位：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，不會受到拉應力與切應力的作用，避免信號電纜被拉斷或扭斷。除此之外，還應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，可保證儀器在高溫、高壓的井下作業時不受外界環境的影響；導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構進行精確設計，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，以及實時數據轉換電路、電子信號放大電路、LC振蕩電路組成。在減震結構上專門設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，會把這種震源傳輸到減震傳感器中。

3 減震裝置的失效原因

電子壓力計減震裝置對系統的穩固性、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、高壓的惡劣環境中工作，而且其核心元件（如溫度壓力感應元件）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，造成壓力計內部元件或者電路的損壞，使減震裝置無法工作，出現數據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水平要有嚴格的要求。另外，超量程的測量使用也會導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，應對被測地域的大概溫度、壓力值進行預估，選擇合適量程的壓力計，以免出現超量程狀況導致壓力計失效。

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、壓力等數據進行測量收集的應用程序已經占用了一定的空間，當剩余的空間被實時存儲的數據占滿后，再測量的數據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定電壓，進而讓收集存儲的數據出現失真等情況。

4 減震失效的預防

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據較多，因此就應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，彈簧下壓夾片要離開其上面的支撐環3 cm，使壓力被支撐環的收壓器削減。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、壓力等數據的采集分析處理是非常重要的任務；同時依據這些數據，設計人員就可以制定準確的井下開采生產工作制度，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果。早期的壓力計減震裝置在設計結構上十分簡單，只在其表面加蓋一層防護墊，現在已基本淘汰，換成了設計結構逐漸步入正規化的減震裝置。進入二十一世紀以來，伴隨著電工電子技術的高速發展，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 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.050