芻議井下電子壓力計測量應用及問題

劉慧娜　張金華

（周口市永平園林建筑工程有限公司）

芻議井下電子壓力計測量應用及問題

劉慧娜張金華

（周口市永平園林建筑工程有限公司）

電子壓力計是一種具有高實時性、高精確度、高分辨率“三高”特征的井場壓力及溫度測試裝置。本文闡述了壓力計在井下測試過程中經常出現的失效問題，簡單分析了導失效的原因，并提出了具有針對性的改進方法和失效預防措施。

電子壓力計；失效形式；預防措施

1　電子壓力計的工作原理極其性能

（1）工作原理。電子壓力計主要運用于油、氣、田礦層壓力及溫度值的測量，它是一種高精密電子儀器，核心部件主要有壓力傳感器和溫度傳感器組成。電子壓力計基本都是在環境惡劣多變的情況下“工作”的，因此它的感應元件制作必須選用符合其作業環境，比如：耐高溫、高壓的特殊材料，只有這樣才能確保電子壓力計工作時的精確度和可靠性。電子壓力計根據壓力傳感器及溫度傳感器應變電橋的原理，其壓力計的振蕩電路在井下地層壓力、所處溫度的共同影響中，將被測礦層的壓力值和溫度值轉化為電路系統后識別電阻值和電壓值，再由振蕩電路整頻轉變為計算機識別電流頻率值信號，再經過軟件校正和處理，折算出工程需要的井下壓力、溫度數據。

（2）性能技術指標。其性能技術指標如下：

①精確度。在壓力計無誤差時的理想狀態下，壓力計的標準曲線一般表現為一次曲線，但是，受地層中其他因素影響，電子壓力計在實際圖譜走線中會表現出二次或三次曲線。在正常狀態下，壓力計測量時允許精確度誤差為：±4psi。

②遲滯性。遲滯性是指在測量過程中從正反兩個方向同時接近一個目標時測量值顯示出的數據的最大差值。遲滯性誤差大都與壓力計傳感器所使用的材料、制造安裝技術、使用時的環境有直接關系。正常狀態下，遲滯性測量誤差為：±2psi。

③重復性。重復性誤差是指壓力計在全測量范圍內和同一工作條件下，同一操作者從同方向對同一輸入壓力值進行多次連續測量所獲得的隨機誤差，重復性誤差和壓力計使用時地層環境、傳感器的材料有關。正常狀態時，壓力計允許重復性測量誤差為：±3psi。

④分辨率。分辨率是指當所測量的目標壓力值產生變化時，壓力計能識別的最小輸入量變化值。正常工作時，壓力計分辨率為：0.02psi。

2　電子壓力計的應用情況

電子壓力計的主要品種。按照試井和測井工藝一般分為：地面直讀式電子壓力計和井下存儲式壓力計。①地面直讀式指的是采用地面直讀技術將壓力計同測井工具共同放入被測量的井中，然后從井口下接入信號電纜采取對接，壓力計將被測量礦層壓力、溫度變化等通過接入的信號電纜傳到地面上的計算機系統內，通過地面上計算機內特殊軟件顯示出數據，工作人員根據數據對被測量礦層數據進行處理、分析。②井下存儲式壓力計。井下存儲式壓力計說的是采用井下存儲測試（測量）技術，將單片機系統組成的存儲記錄儀、供電電池、電子壓力計進行整合集成，連同測試的工具放進被測的井中。存儲記錄儀單片機系統按預設定的采集存儲程序將壓力計感應得到的礦層壓力、溫度變化存儲到存儲器中。測試工作結束后，一定要將電子壓力計與計算機連接，并按照預定操作程序，將記錄儀中所存儲的壓力、溫度等數據進行儲存回放。

3　失效問題

失效原因主要有下面這幾種情況：

（1）儀器本身性能不穩定。壓力計的核心部件主要有壓力傳感器，溫度傳感器，微處理器，存儲器構成。其電路是：信號放大電路，數據轉換電路及振蕩電路。此類電子元件、電路在劇烈震動情況下最容易導致電子壓力計失效。

（2）測量數據的紊亂。數據接口操作軟件不成熟，電路電池電量不足時都會造成壓力計采集到的壓力、溫度數據、測試時間的非對應性關系，這樣情況下采集到的數據稱為數據紊亂。

（3）非點。電子壓力計還有一種失效形式叫非點。非點：即壓力計采集到的數據溫度值、壓力值嚴重失真，大部分都是偏離正常值幅度很大，從而致使壓力計測量的曲線嚴重扭曲變形。在實際測試的過程中一般有兩種非點形式：①可通過修正或刪除失真點獲得正常曲線中的少數非點；②通過修改或刪點也無法恢復正常的測試曲線的非點。前一種稱之為“采點偏差”，后一種情況簡單說就是“非點失效”。

（4）數據沒寫入及未采全。支持電子壓力計數據處理工作的核心部件主要是帶有固定儲存容量的微處理器，在對壓力計硬件進行編程時必須合理設置計數器時序，另外還要考慮到寄存器的儲存容量，既要讓系統在計劃采集時間以內按序讀寫，又要確保數據存入數量，防止溢出發生，造成測試失敗。

（5）超量程。超量程使用是造成電子壓力計失效的又一原因，如果在測試前沒有選擇好適合被測井段工況的壓力計，有可能在測試深井的過程中造成傳感器的損壞而導致電子壓力計的失效。

（6）電池鈍化。電子壓力計的供電裝置通常為高溫鋰電池，而在出廠前為了防止電池的自然放電要在其特性表面形成一層鈍化保護膜，而鋰電池的這種特性會導致其在低溫段電壓不穩定，測量井下數據時容易造成采點異常，甚至會出現不可修復的非點失效和數據紊亂。

（7）泄露。一般情況下技術因素是致使泄露失效的主要原因。在實際工作應用的過程中，井下壓力計容易泄露的地方有三處：①傳感器導壓點附近；②核心電路板處的密封倉；③儀器和測井鋼纜連接部分。導壓點周圍的密封設置是由制造工藝技術來保證的，正常情況下通過高精度機床的加工、精心設計的結構參數，是能夠保證在導壓點周圍承受井下高壓時而不漏水的。密封倉目前采用的大都是O型圈密封技術，也是經過高精度機械加工而成，正常情況下能夠確保深井耐壓能力。儀器與鋼纜連接附近是很容易發生泄露的部位。在安裝的過程中儀器與鋼纜的連接處，大家通常稱為“鎧裝”。這一工藝過程必須保證以下幾點：①鋼纜與儀器的信號連接必須是柔性連接，不承受軸向拉力。②鋼纜與儀器之間有抗法向轉動的裝置，避免信號連接被扭斷。③鋼纜與儀器連接點應沉沒在絕緣填充材料中，外部壓力只能作用到填充材料上，確保電信號與外部的絕緣。

（8）人為因素。人為因素對電子壓力計的影響主要有兩個方面：①新手操作導致在壓力計裝配過程出現部件的損壞；②運輸過程中因保管不善，造成儀器內部電路的損壞而導致的數據紊亂及數據未采全現象。

4　失效預防方式

電子壓力計工作時的條件對極為特殊，它對地層中高溫，高壓，劇烈震動的反應比較敏感。因此在設計時，應該考慮到如何減輕傳感器瞬間的受力強度，設計者要考慮到在硬件電路、軟件系統方面設置出“壓力緩沖裝置”，對高溫及含硫地層中應考慮改變儀器的密封結構，預防泄露造成的電纜，電路及傳感器部件的腐蝕、損壞。按照優選搭配及壓力計的性能特征選用適當量程，適當存儲容量的壓力計。由于壓力計的性能不穩定性，選型時應綜合對產品在使用過程中所能出現的問題及可靠性進行分析，達到互補性的組合。例如，對于采點密度相對較稀的井區，一般選用低存儲量的壓力計，而測氣及壓裂井廠由于采點較多，一般選用大量程，高存儲量的壓力計。另外對于深井及采用深井壓裂工藝的特殊井型一般選用精度高、抗震性能好的SPAR壓力計，而測氣井、聯作井則應選用新型的電子壓力計。

5　結語

在了解了電子壓力計的工作原理、性能指標，分析了它的失效形式后，然后再合理的進行壓力計選型、搭配，這樣就能確保儀器的維護及標定到位，對提高壓力計下井測試時的成功率將會明顯提高，目前文中論述的部分現象在實際試采過程中已經取得了明顯成效。由于適用于復雜地質巖層的電子壓力計測試技術和工藝還不甚全面，因而我們在今后的工作和學習中仍要加強理論學習，不斷的積累經驗和優化設計方案，為油田的勘探和開發提供更有力的技術支持。

TH812

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1673-0038（2015）12-0164-02

2015-3-9