井下存储式电子压力计

李丽娜

吉林化工学院航空工程职业技术学院

井下存储式电子压力计以操作灵活为主要设计目标，具有体积小、重量轻等特点，同时在存储空间的设计上进行适当扩宽，将有效存储空间增加到500 G，实现大量数据信息存储的可能性。同样，在硬件材料上也有进一步的选择，对管道内温度的测定范围可达到－40~150℃，对管道内壁的压力也能进行准确的测定。

在软件设计中主要对操作编程进行优化设定，使之能够兼容多种操作系统，防止传统压力传感器在进行数据处理时因操作系统不兼容造成有效性数据丢失的现象发生。在数据处理速度上也有进一步的提升，系统软件处理器采用的是i7处理程序，每秒的运算速度达20多万次，有效保证压力计可以同时进行测量和数据处理。

1 结构设计

电子压力计主要由运行处理器、集成电路板、压力传感器、通信接收器、接地外壳、带通滤波器、感应触头以及信源编码器等组成。其优点是结构设计简单，操作灵活，可用于长时间测定油井管道内压力及温度。测量技术指标中感应温度的误差允许在±0.01℃范围内，测定周围压力的范围值为0~80 MPa，测量精确误差为±10 Pa，测量的温度范围为－40~150℃。

2 工作原理

压力计运行系统由两个部分组成：一部分是地下工作环境的组成部分，包括压力传感器、通信接收器、带通滤波器、感应触头以及信源编码器；另一部分是地面工作环境的组成部分，包括集成电路板、运行处理器、接地外壳。在地下工作环境中，压力计运行时首先通过感应触头采集周围油井管道内的信息，再将采集到的信息传至通信接收器，接收器将收集到的信息进行汇总分析，然后启动压力传感器测量液体对压力计的冲击力和石油原液对管道内壁的压力。测量完毕整合传输信号再进行信号的输出，带通滤波器分为正弦波和余弦波两类，正弦波允许测定的幅值为±0.8，周期频率为6 400 Hz；余弦波允许测定的幅值为±0.6，周期频率为4000 Hz。信号波形的输出由信号接收器发出，传输至信源编码器，信源编码器根据传输波形序列的不同，在后期编程顺序中输出的码型也不一致。最终将传输的码型信号传至地面终端设备，在计算机中完成对码型数据译码的过程。

3 压力计系统软件程序设计

压力计系统软件分为地下软件程序设计和地面软件程序设计两部分：地下部分主要完成数据信息的采集与运算；地面部分则主要完成数据信息的集成与处理。

井下工作的软件使用的是单片机操作运行程序，在地下完成对石油管道内数据的采集与运算处理。在软件程序启动后，会自动调整A/O模式的转换，适应工作环境的运行条件。在模式板块中显示的运行程序包括夜间模式、数据自动检测模式、压力调整模式和数据传输模式。在运行数据模式操作过程中也会完成相应的初始化程序，包括SPI初始化、功能设置初始化、位置定位初始化和预警报告初始化。系统通过模式转换和初始化程序的设定来判断设备的工作运行环境，操作系统处理包括运行环境温度参数、转子转速的调整、外围环境感知的灵敏度以及串行接口传输的信道调整。

在温度兼容系统中设定了相应的温度梯度表，在对外围环境温度进行测量时，对不同的温度运行不同的操作系统。油田生产系统属于高温运行环境，在温度操作系统中，温度传感器在测量标准允许的范围内运行，一旦超过温度值的限定界限便会自行切换到断电模式。当管道内温度达到100~150℃时，温度传感器会显示黄色指示灯，运行第三个操作系统。软件程序可以根据温度的变化范围来测量周围环境的运行参数，运行过程中若传感器的发射功率没有击穿电离层，运行程序便会采用第二个操作系统。每个操作系统的运行都会产生一定的测量误差，100~120℃测量的误差为3%，120~140℃测量的误差为3.5%，140~160℃测量的误差为3.7%，160~170℃测量的误差为3.8%，170~180℃测量的误差为4.0%。

温度传感器将收集到的数据信息经传输信道传输至终端设备，且数据信息在传输过程中就完成了码型之间的转换。系统设定的运行程序添加了C语言的逻辑顺序，当数据信息传输至交换设备的时候就可以在信道之间完成代码的解密。传输数据信息的存储空间在此也有所提升，传输信道达到了32个，包括16个上行传输信道和16个下行传输信道，每个传输信道空间的冗余度为2 G，在进行数据代码压缩过程中可以剩余32 G的存储空间，保证了后期数据处理的运算效率。

4 结语

井下存储式电子压力计的设计主要包括软件设计和硬件设计，在硬件设计中加大了传输信道的带宽，减缓延时效应，同时采用具有耐高温的数字化电池和测井传感器。系统软件分为地下软件程序设计和地面软件程序设计两部分，地下部分主要完成数据信息的采集与运算，地面部分则主要完成数据信息的集成与处理。在软件方面进行大规模的数据化集成处理可提高压力计测量的精准度。