井下电子压力计标校系统的设计

杨　军，黄春玲，李乐中，黄太星，杨定宇

(1.成都海川高科科技有限公司，成都，610225；2.成都信息工程大学 光电技术学院，成都，610225)



井下电子压力计标校系统的设计

杨军1，黄春玲1，李乐中2，黄太星1，杨定宇2

(1.成都海川高科科技有限公司，成都，610225；2.成都信息工程大学 光电技术学院，成都，610225)

摘要温度漂移限制了高温压力计的精度等级。为此，该文搭建了一套由活塞压力计、高低温箱以及压力传递装置构成的高温高压标校系统。系统通过计算机实现压力计的数据采集，标定曲线的拟合，公式的自动计算，误差分析以及报表打印等功能。温漂校正方式的引入，大大提高了高温高压压力计的精度等级，为推进该类系统的广泛应用奠定了重要基础。

关键词温度漂移；标校系统；活塞压力计；多项式拟合

井下电子压力计分为直读式和存储式两种。下井过程中可完成油气水井探液面，测梯度，井温测试，压力降落测试，压力恢复测试，探边测试，干扰井测试等多种测试作业。压力计是油气田试井作业中的重要仪器之一，具有不可替代的作用[1]。目前，随着国内井下电子压力计技术的不断发展，部分厂家的压力计已能达到国际先进水平。但是，压力计的稳定性、准确度和漂移校正一直是用户最关心的问题[2]。这些参数除了和压力计本身的设计密切相关以外，还和压力计标校系统的设计、精度、算法、标校方法等密切相关。鉴于此，本文针对高温高压的井下压力计设计了一套标校系统，通过采用核心算法，再配合改进的标定校正方法，大大提高了压力计的准确度。

1系统结构与软件设计

标校系统的结构如图1所示。系统由电脑、高精度活塞压力计、传压装置以及烘箱组成。下面对系统的核心组成部分及软件控制系统作简要介绍。

图1　系统结构框图

1.1活塞压力计

高精度静态压力源是本标定系统的核心之一，它的准确度很大程度上决定了标定后压力计能达到的精度等级。鉴于此，本文选择了西安云仪的KY-250高精度活塞压力计，该款压力计的精度达到0.01级，压力量程为0～250MPa，其结构如图2所示。整个装置由挂篮、砝码、预压杆、打压连接头、截止阀、泄压阀、调压螺杆等部件组成。通过导压管，将压力连通到高低温箱内的传压装置中，给压力计提供稳定的压力。

图2　活塞压力计

1.2高低温箱

为了实现压力计系统的温漂校正功能，需要将压力计系统放入高低温箱中，恒温到不同的温度下进行标定，以获取相关数据，最终完成温漂校正。在本系统中，本文选择了伟煌科技的高低温箱，它具有恒温时间快，温度均匀性好及温度波动小等特点。采用温箱的具体情况如图3所示。传压装置固定到温箱中，通过导压管和活塞压力计连接。压力计固定在传压装置上，通信电缆通过测试孔穿出和电脑连接。温箱可以提供-40～200℃范围的恒温环境，以模拟井下的高温高压环境。

图3　高低温箱及传压装置

1.3软件设计

软件系统采用C#语言编程，主要实现数据的采集、标定过程的控制、标定公式的自动化分析、压力计的标定校正等功能，软件系统是标定系统的重点，整个系统的功能模块框图如图4所示。

图4　软件整体功能模块框图

通过系统设置模块正确配置连接设备的通信端口信息，启动巡检设备模块自动查询联机压力计的相关信息。正确联机后，用户即可启动标定模块对设备进行标定操作。如果设备之前标定过，中途异常退出，通过巡检过程，系统可以自动判断这种情况，此时用户可以选择追加标定，继续上次的标定状态标定。用户也可以选择全新标定重新开始标定。标定完成后，相关的标定数据会保存到数据库中，用户可以进入数据管理模块，对标定的数据进行处理，可以查看标定数据的曲线信息，可以计算标定的多项式公式，可以通过检测功能实时查看当前的标定效果，了解标定的精度信息。标定过程的控制界面如图5所示。

图5　标定过程控制界面

系统控制界面上实时显示当前标定点的温度和实际压力，实时给出检测到的压力A/D转换后的应变量值，同时给出应变量变化的波形，通过波形可以直观地了解当前应变量状态和变化趋势，有助于准确判断压力的稳定情况。

2数据分析

用该标定系统对CHC型井下电子压力计进行了标定，该压力计的量程为0～60MPa，温漂校正和压力标定公式均采用了多项式拟合的方式进行[3-5]。因此，本文选择10MPa的步长进行标定。温度量程为-20～150℃，综合考虑温度多项式拟合的幂次数，选择了7个温度点分别进行了标定，具体标定数据如表1所示。

压力计标定完成后，合成生产计算公式，并将公式数据下发到压力计中保存；然后利用实时检测功能，对该压力计按照国家数字压力计鉴定规程进行鉴定[6]，鉴定数据如表2所示。标定后的压力计，经过鉴定测试，压力计的准确度能达到0.02级的要求，整个标校系统工作稳定，标校过程在控制软件控制下进行，操作简单。本文设计并研制的基于活塞压力计的高精度井下数字压力计标校系统实物图，如图6所示。

表1　压力计标定数据

表2压力计鉴定数据表

图6　系统实物图

3结束语

本文设计并研制了一种基于活塞压力计的高精度井下数字压力计标校系统，通过标定测试表明，本标校系统实现了压力计的标校工作，标定精度高，温漂校正效果好，操作简单，可以完成全新压力计的标定和老旧压力计的校正。

参 考 文 献

[1]朱红，李昂，张际兵.我国井下电子压力计的现 状和应用探析[J].中国化工贸易，2015(8):116-116.

[2]孟令洋.温度对电子压力计误差的影响[J].中国石油化工标准与质量，2014(24) : 119-119.

[3]张海荣.井下压力计自动标定系统研究[J].中国科技信息，2011(16):115-117.

[4]郭继周，刘渭锋.温度压力计的标定算法及软件实现[J].油气井测试，2009，18(6):30-33.

[5]权开波，贾宁，杜培寿.基于最小二乘法的曲线拟合[J].商，2015(3):296-296.

[6]李祖斌，郭春山，张首君，JJG875-2005数字压力计检定规程[S].北京：国家质量监督检验检疫总局，2005.

Design of Downhole Electronic Manometer Calibration System

YANG Jun，HUANG Chunling，LI Lezhong，HUANG Taixing，YANG Dingyu

(1.ChengduHaichuanGaokeTechnologyCo.，Ltd，Chengdu610225，China；2.CollegeofOptoelectronicTechnology，ChengduUniversityofInformationTechnology，Chengdu610225，China)

AbstractIt is well known that the temperature drifts limit the accuracy of the high temperature and pressure gauge (HTPG). In this paper，a high temperature and pressure calibration system was designed which is consist of piston manometer，high and low temperature box and pressure transmitting devices. The data collection of pressure gauge，calibration curve fitting，automatic calculation，error analysis and report printing can be accomplished by the system computer. The introduction of temperature drift correction has greatly improved the accuracy of the HTPG，which is an important basis for promoting the wide application of this kind of system.

Key wordstemperature drifts; calibration system; piston manometer; polynomial fitting

收稿日期:2015-10-09；修改日期: 2015-10-23

作者简介：杨军(1977-)，男，硕士，讲师，主要从事仪器仪表及自动控制系统方面的研究。

中图分类号TD326

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.025