井下电子压力计减震装置失效的预防

重庆电子工程职业学院

井下电子压力计减震装置失效的预防

邓显林 张明兵重庆电子工程职业学院

井下电子压力计系统由温度压力传感器、存储器、微处理器这些精密的电子元件，以及实时数据转换电路、电子信号放大电路、LC振荡电路组成。在减震结构上专门设计了托筒的外围布局，以有效防止不同频率震动的撞击，电子压力计安放在外托筒下边缘，这些精密部件和电路在受到强烈震动时，会把这种震源传输到减震传感器中。温度计与压力计是测量的核心部件，要通过减震装置加以保护，而其精确度则直接影响测试工作最后的结果。为了减弱压力计受到震荡的强度，可在压力计外表面加装一套抗震缓冲装置，以防止出现损坏等恶劣情况造成电子压力计的失效。

电子压力计；减震装置；抗震性；失效

1 电子压力计的分类

井下存储式压力计是由存储记录仪、电子压力计与供电电池组合在一起的装置。存储记录仪由单片机系统组成，采用的是井下存储测量技术，该仪器和测量工具一起安装在油气矿井下，此时记录仪的单片机系统根据内部已经设置好的测量采集程序对井下随时变化的温度、压力进行实时测量，将结果存至存储器中。当测量工作结束后，把电子压力计从井下取出，并与安装有相关数据处理程序的电脑连接起来，电脑里的数据处理软件就会自动将存储器里存储的温度与压力数据读取出来，并将其结果显示在屏幕上。

地面直读式电子压力计运用的是直接读取测量数据、采集信息的技术，测量方式也是将电子压力计和测量工具一起放入预测井下，用信号传输电缆将电脑和压力计对接在一起。此时井下温度与压力的实时数据就会通过信号电缆传送到对接的电脑系统上，电脑中相应的运算程序就会对数据进行分析和处理。

2 电子压力计减震装置

从专业理论上分析，压力计减震装置的设计结构中共有3个关键部位：①测量仪器和传输信号电缆连接处；②测量仪器精密元件密封舱的密封处；③温度压力传感器的导压点处。这些位置都在其表面添加了一层橡胶减震皮套，让信号电缆与测量仪器呈柔韧性的连接方式，不会受到拉应力与切应力的作用，避免信号电缆被拉断或扭断。除此之外，还应确保信号电缆皮线在外部压力作用下能使电信号与外部绝缘，避免传输信号受到干扰。精密元件密封舱运用的是O型圈密封技术，可保证仪器在高温、高压的井下作业时不受外界环境的影响；导压点处的密封圈可确保机械部件的安全性。因此在机械加工之前，必须对减震装置的结构进行精确设计，尽可能做到各元件之间的完美配合，使电子压力计避免外界的撞击。电子压力计测定压力范围标准为500～1 070 Pa，根据各油田井深的不同，其测定的压力值也不相同。

井下电子压力计系统由温度压力传感器、存储器、微处理器这些精密的电子元件，以及实时数据转换电路、电子信号放大电路、LC振荡电路组成。在减震结构上专门设计了托筒的外围布局，以有效防止不同频率震动的撞击，电子压力计安放在外托筒下边缘，这些精密部件和电路在受到强烈震动时，会把这种震源传输到减震传感器中。

3 减震装置的失效原因

电子压力计减震装置对系统的稳固性、分辨率、精确度、可靠性都有很高的要求，但它又必须长时间在高温、高压的恶劣环境中工作，而且其核心元件（如温度压力感应元件）容易老化，在测定过程中该装置容易受到外界不明因素的撞击。以上这些原因难免会造成测量误差，也就是所说的压力计减震装置在测量时产生的失效性。造成其失效的原因主要包括以下几点：

首先，人为因素。人为因素主要分为两种情况：其一，在运输过程中的不恰当操作，造成压力计内部元件或者电路的损坏，使减震装置无法工作，出现数据收集不完善以及紊乱的情况；其二，操作人员操作不当，在压力计减震装置精密部件装配时不慎造成元件损坏，这就需要在实际的装配过程中对操作人员的专业水平要有严格的要求。另外，超量程的测量使用也会导致压力计减震装置的失效。所以在使用电子压力计进行测量操作之前，应对被测地域的大概温度、压力值进行预估，选择合适量程的压力计，以免出现超量程状况导致压力计失效。

其次，存储空间占满。微处理器是电子压力计减震装置的核心工作元件，它带有一定的存储空间。对温度、压力等数据进行测量收集的应用程序已经占用了一定的空间，当剩余的空间被实时存储的数据占满后，再测量的数据就没有剩余的空间来存储，并且减震装置的缓冲压力也无法承载，这也是一种电子压力计减震装置的失效状况。高温锂电池是电子压力计的主要供电部件，其外围的环形橡胶皮套能起到电池外层的保护膜作用，来避免它的自然放电，但是同时也会造成锂电池在温度较低的条件下工作时输出不稳定电压，进而让收集存储的数据出现失真等情况。

4 减震失效的预防

电子压力计在使用之前，首先要对减震装置做好安置，之后再观察测井矿的具体情况来选用合适的压力计，例如精确度高、抗震性好的压力计适合对较深的矿井进行测量。对于测量原油密度相对较低的油井，在选用减震探头部位时，在底片压帽和中间底座之间留有1～2 cm的上下间隙。而对于气井的测量，因为所需要测量和收集的数据较多，因此就应选用量程较大的装置。在选用减震探头时，要使射孔瞬间传送的压力保持在一定的范围界限内，弹簧下压夹片要离开其上面的支撑环3 cm，使压力被支撑环的收压器削减。另外，为了减弱压力计受到震荡的强度，可在压力计外表面加装一套抗震缓冲装置，防止出现损坏等恶劣情况造成电子压力计的失效。

目前，在油气矿藏资源的勘察和开采工作中，对井下的实时温度、压力等数据的采集分析处理是非常重要的任务；同时依据这些数据，设计人员就可以制定准确的井下开采生产工作制度，并且能够获得矿井油气资源的储量与价值。温度计与压力计是测量的核心部件，要通过减震装置加以保护，而其精确度则直接影响测试工作最后的结果。早期的压力计减震装置在设计结构上十分简单，只在其表面加盖一层防护垫，现在已基本淘汰，换成了设计结构逐渐步入正规化的减震装置。进入二十一世纪以来，伴随着电工电子技术的高速发展，在减震装置的保护下，电子压力计的性能如精度、灵敏度也得到了巨大的提高。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.050