井下電子壓力計(jì)減震裝置失效的原因分析

李曉穎

[摘 要]井下電子壓力計(jì)在試油技術(shù)中發(fā)揮著很重要的作用，具有高精確度和錄取資料可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是也會(huì)因減震裝置的失效而無(wú)法正常使用。本文主要是從電子壓力計(jì)的分類出發(fā)，分析其減震裝置的組成以及失效的原因，并對(duì)預(yù)防失效的措施展開(kāi)討論。

[關(guān)鍵詞]井下電子壓力計(jì) 減震 失效

中圖分類號(hào)：U231.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）10-0285-01

井下電子壓力計(jì)系統(tǒng)由溫度壓力傳感器、存儲(chǔ)器、微處理器這些精密的電子元件，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、電子信號(hào)放大電路、LC振蕩電路組成。溫度計(jì)與壓力計(jì)是測(cè)量的核心部件，要通過(guò)減震裝置加以保護(hù)，而其精確度則直接影響測(cè)試工作最后的結(jié)果。為了減弱壓力計(jì)受到震蕩的強(qiáng)度，可在壓力計(jì)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(jì)的失效。

一、電子壓力計(jì)的分類

井下存儲(chǔ)式壓力計(jì)是由存儲(chǔ)記錄儀、電子壓力計(jì)與供電電池組合在一起的裝置。存儲(chǔ)記錄儀由單片機(jī)系統(tǒng)組成，采用的是井下存儲(chǔ)測(cè)量技術(shù)，該儀器和測(cè)量工具一起安裝在井下，此時(shí)記錄儀的單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置好的測(cè)量采集程序?qū)码S時(shí)變化的溫度、壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，將結(jié)果存至存儲(chǔ)器中。當(dāng)測(cè)量工作結(jié)束后，把電子壓力計(jì)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(lái)，電腦里的數(shù)據(jù)處理軟件就會(huì)自動(dòng)將存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)的溫度與壓力數(shù)據(jù)讀取出來(lái)，并將其結(jié)果顯示在屏幕上。

地面直讀式電子壓力計(jì)運(yùn)用的是直接讀取測(cè)量數(shù)據(jù)、采集信息的技術(shù)，測(cè)量方式也是將電子壓力計(jì)和測(cè)量工具一起放入預(yù)測(cè)井下，用信號(hào)傳輸電纜將電腦和壓力計(jì)對(duì)接在一起。此時(shí)井下溫度與壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)信號(hào)電纜傳送到對(duì)接的電腦系統(tǒng)上，電腦中相應(yīng)的運(yùn)算程序就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

二、電子壓力計(jì)減震裝置及失效原因分析

壓力計(jì)減震裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中共有3個(gè)關(guān)鍵部位：測(cè)量?jī)x器和傳輸信號(hào)電纜連接處；測(cè)量?jī)x器精密元件密封艙的密封處；溫度壓力傳感器的導(dǎo)壓點(diǎn)處。這些位置都在其表面添加了一層橡膠減震皮套，讓信號(hào)電纜與測(cè)量?jī)x器呈柔韌性的連接方式，不會(huì)受到拉應(yīng)力與切應(yīng)力的作用，避免信號(hào)電纜被拉斷或扭斷。除此之外，還應(yīng)確保信號(hào)電纜皮線在外部壓力作用下能使電信號(hào)與外部絕緣，避免傳輸信號(hào)受到干擾。精密元件密封艙運(yùn)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(shí)不受外界環(huán)境的影響；導(dǎo)壓點(diǎn)處的密封圈可確保機(jī)械部件的安全性。因此在機(jī)械加工之前，必須對(duì)減震裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，盡可能做到各元件之間的完美配合，使電子壓力計(jì)避免外界的撞擊。

井下電子壓力計(jì)系統(tǒng)由溫度壓力傳感器、存儲(chǔ)器、微處理器這些精密的電子元件，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、電子信號(hào)放大電路、LC振蕩電路組成。在減震結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計(jì)了托筒的外圍布局，以有效防止不同頻率震動(dòng)的撞擊，電子壓力計(jì)安放在外托筒下邊緣，這些精密部件和電路在受到強(qiáng)烈震動(dòng)時(shí)，會(huì)把這種震源傳輸?shù)綔p震傳感器中。電子壓力計(jì)減震裝置對(duì)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(zhǎng)時(shí)間在高溫、高壓的惡劣環(huán)境中工作，而且其核心元件容易老化，在測(cè)定過(guò)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(huì)造成測(cè)量誤差，也就是所說(shuō)的壓力計(jì)減震裝置在測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的失效性。造成其失效的原因主要包括人為因素和存儲(chǔ)空間占滿。

人為因素主要分為兩種情況：其一，在運(yùn)輸過(guò)程中的不恰當(dāng)操作，造成壓力計(jì)內(nèi)部元件或者電路的損壞，使減震裝置無(wú)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(dāng)，在壓力計(jì)減震裝置精密部件裝配時(shí)不慎造成元件損壞，這就需要在實(shí)際的裝配過(guò)程中對(duì)操作人員的專業(yè)水平要有嚴(yán)格的要求。另外，超量程的測(cè)量使用也會(huì)導(dǎo)致壓力計(jì)減震裝置的失效。所以在使用電子壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量操作之前，應(yīng)對(duì)被測(cè)地域的大概溫度、壓力值進(jìn)行預(yù)估，選擇合適量程的壓力計(jì)，以免出現(xiàn)超量程狀況導(dǎo)致壓力計(jì)失效。

微處理器是電子壓力計(jì)減震裝置的核心工作元件，它帶有一定的存儲(chǔ)空間。對(duì)溫度、壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量收集的應(yīng)用程序已經(jīng)占用了一定的空間，當(dāng)剩余的空間被實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)占滿后，再測(cè)量的數(shù)據(jù)就沒(méi)有剩余的空間來(lái)存儲(chǔ)，并且減震裝置的緩沖壓力也無(wú)法承載，這也是一種電子壓力計(jì)減震裝置的失效狀況。高溫鋰電池是電子壓力計(jì)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(hù)膜作用，來(lái)避免它的自然放電，但是同時(shí)也會(huì)造成鋰電池在溫度較低的條件下工作時(shí)輸出不穩(wěn)定電壓，進(jìn)而讓收集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)失真等情況。

三、減震失效的預(yù)防

電子壓力計(jì)在使用之前，首先要對(duì)減震裝置做好安置，之后再觀察測(cè)井礦的具體情況來(lái)選用合適的壓力計(jì)，例如精確度高、抗震性好的壓力計(jì)適合對(duì)較深的礦井進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于測(cè)量原油密度相對(duì)較低的油井，在選用減震探頭部位時(shí)，在底片壓帽和中間底座之間留有 1～2 cm 的上下間隙。而對(duì)于氣井的測(cè)量，因?yàn)樗枰獪y(cè)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(shí)，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(kāi)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(jì)受到震蕩的強(qiáng)度，可在壓力計(jì)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(jì)的失效。

在油氣礦藏資源的勘察和開(kāi)采工作中，對(duì)井下的實(shí)時(shí)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(shí)依據(jù)這些數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員就可以制定準(zhǔn)確的井下開(kāi)采生產(chǎn)工作制度，并且能夠獲得礦井油氣資源的儲(chǔ)量與價(jià)值。溫度計(jì)與壓力計(jì)是測(cè)量的核心部件，要通過(guò)減震裝置加以保護(hù)，而其精確度則直接影響測(cè)試工作最后的結(jié)果。早期的壓力計(jì)減震裝置在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上十分簡(jiǎn)單，只在其表面加蓋一層防護(hù)墊，現(xiàn)在換成了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)逐漸步入正規(guī)化的減震裝置。在減震裝置的保護(hù)下，電子壓力計(jì)的性能如精度、靈敏度也得到了巨大的提高。

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