井下压力计自动标定系统研究

张海荣 大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司检测实验中心 163153

井下压力计自动标定系统研究

张海荣 大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司检测实验中心 163153

随着油井试井技术不断发展与提高，井下电子压力计逐步取代了过去的机械式井下压力计，结合现代试井解释技术与计算机的广泛应用，对井下压力资料的录取精度也相应提高，作为井下压力计的标定装置也必须更新提高，以适应井下电子压力计的标定技术要求。本文主要对现有的压力计标定装置进行分析对比，选用标准液压源，对井下压力计的自动标定系统进行研究探讨。

压力计；自动标定系统

1、井下压力计发展概况

井下压力机主要分为两种：机械式井下压力机、电子井下压力计。

机械式电子压力计的代表是大庆油田试井工作于上个世纪六十年代初期仿造前苏联的苏-M G G S压力计自行开发的CY613型弹簧管式压力计，这也是油田开发初期应用最广的种机械式井下压力计，它的工作范围仅限于自喷井的流压和静压的测试。这种井下力计主要由记录部分、感压部分、温度计部分以及外壳4个部分组成。随着油田的发展，进入七十年代后，又增加了对注水井的全井静压、分层压力以及分层流量的同时测试项目。这就要求井下压力计的量程大、抗震好，因此在C Y 6 1 3型井下压力计的基础上，发展了J Y 7 2-1型机械式井下压力计，它是一种弹簧式压力计。八十年代后，大庆油田的开发由自喷井转为机械采油时期，这期间的试井项目取消了油井的分层压力测试，开展了偏心井、电泵井的流压和静压测试，注水井的分层流量以及分层压力测试等项目，这期间试井应用的仪器以国产的Q T Y型机械压力计为主。

随着电子技术的发展，电子技术也应用到试井工作中来，电子压力计具有精确度高、录取资料可靠以及直观地显示等特点，受到广大工程技术人员的青睐。电子压力计已经逐步取代机械压力计成为井下压力录取的主要仪器。第一代电子压力计生产于上世纪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系列压力计为代表。由于传感器技术和电子线路技术的相对落后，这一代压力计存在以下特点:性能比较单一。一支压力计只有直读或存储一种功能，无法满足用户多种需求。

国产电子压力计是国内的电子压力计随着国外压力计的引进，在上世纪90年代初期陆续发展起来。以阿达尔，凯山等系列电子压力计为代表。目前使用的国产电子压力计水平大抵在第一代和第二代之间。由于投入产品开发经费的限制，生产厂家一味追求低成本，目前的国产压力计只是对进口压力计的简单模仿，并且国内生产的压力传感器水平不高，高温电子器件的筛选不严格，压力计外筒材料一般，诸多因素决定了国产电子压力计的整体性能和水平偏低。当然国产电子压力计的最大优点是价格低廉，操作软件使用纯中文，方便了现场操作。

2、井下压力计自动标定装置设计

由于目前机械压力计都已被淘汰，油田试井应用的仪器均为电子压力计，对于电压力计的标定是对其精度的标定。电子压力计标定装置作为压力标定的一个分支，其特点在于检定压力高，要求标定精度高;被检仪器不能直读，直观性差，需要软件回放；对标定温度敏感，需要做多温度点的全性能检定;检定过程复杂，包括一系列加压和减压过程。检定后，把测量压力与标准压力对比，进行线性回归或者二次、三次函数回归，对压力计的检定系数重新刻度，完成标定过程。

因此，新一代电子压力计标定装置主要以标定精度高、自动化程度高为主要发展方向，在结构设计上追求人机交互界面简单易懂、操作方便、体积小等特点。

（1）井下电子压力计自动标定装置件设计

压力计标定装置主要由压力控制系统、温度控制系统、主控台三部分组成。一般结构的框架图如下：

根据电子压力计检定标准，在计算机上设置一组标定数据(包括温度和压力以及参数的稳定时间)，计算机第一步检查温箱的温度，在控制器的控制下把温箱内的温度控制到指定温度，然后把压力传感器的信号作为反馈，使系统达到指定压力，并稳定在规定时间内，完成一个标定进程。

早期的恒温箱采用水银接触温度计进行温度监测与转换，采用继电/接触器控制温箱的温度升降，存在着调量过大和温度控制精度低的缺陷。本系统采用AT89C52单片设计，采取LM335传感器检测温度，具有稳定、精确、功能强、体积小、操作简便的特点。

压力自动控制系统以高精度标准液压源为基准，用户将指定的标准压力值输入计算机，计算机经过D/A变换，控制电机带动丝杠机构发生运动，从而产生一个压力信号，压力传感器感应到此压力信号后，和标准值相比较，再由计算机控制丝杠机构发生相应的运动，控制液压源产生压力，直到压力值达到标准压力值。

压力源是标定装置的核心部分，决定着系统的标定精度。传统的标定装置的压力源均是通过活塞式压力计来实现的，这种压力源的缺点是系统响应缓慢，误差较大。本文采用新型标准液压源，能够克服上述压力源的缺点。它主要由液压缸、导压管、压力传感器以及机械动力源组成。工作时由电机驱动传动箱，对液压缸施加外力，再由压力传感器测量压力信号，反馈给异步电机做闭环控制。其功能是输出动态可变化或者预定的一定规律的压力。压力源的系统结构如下：

电子压力计的标定软件主要依据检定规程而开发，流程如下：

(2)测量的不确定性分析

测量不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度，是表征被测量的真值所处的量值范围的评定。不确定度按其数值的评定方法可归并为两类分量:即多次测量用统计方法评定的A类分量aA，用其他非统计方法评定B类分量b。总不确定度由A类分量和B类分量按“方、和、根”的方法合成，即

重复性考核是在需求条件下，利用压力计自动标定装置对一只电子压力计进行独立重复测量n次，用测量结果的实验标准偏差来表征其测量的重复性:

式中S1(x)—压力自动控制系统的重复性

xi-同一标准压力值下每次测得电子压力计的测量

x-重复测量值的算术平均值

n-重复测量的次数

判别重复性合格的准则是:S1(x)≤U

3、结语

本文主要对油井井下电子压力计的自动标定装置进行设计。分别对压力计标定装置的压力控制系统与温度控制系统进行了不确定度的研究，对压力控制系统还进行了系统的重复性与稳定性的考核。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.074