李麗娜

吉林化工學(xué)院航空工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

井下存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)以操作靈活為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，同時(shí)在存儲(chǔ)空間的設(shè)計(jì)上進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)寬，將有效存儲(chǔ)空間增加到500 G，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的可能性。同樣，在硬件材料上也有進(jìn)一步的選擇，對(duì)管道內(nèi)溫度的測(cè)定范圍可達(dá)到－40~150℃，對(duì)管道內(nèi)壁的壓力也能進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定。

在軟件設(shè)計(jì)中主要對(duì)操作編程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，使之能夠兼容多種操作系統(tǒng)，防止傳統(tǒng)壓力傳感器在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)因操作系統(tǒng)不兼容造成有效性數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象發(fā)生。在數(shù)據(jù)處理速度上也有進(jìn)一步的提升，系統(tǒng)軟件處理器采用的是i7處理程序，每秒的運(yùn)算速度達(dá)20多萬(wàn)次，有效保證壓力計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)處理。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電子壓力計(jì)主要由運(yùn)行處理器、集成電路板、壓力傳感器、通信接收器、接地外殼、帶通濾波器、感應(yīng)觸頭以及信源編碼器等組成。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作靈活，可用于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)定油井管道內(nèi)壓力及溫度。測(cè)量技術(shù)指標(biāo)中感應(yīng)溫度的誤差允許在±0.01℃范圍內(nèi)，測(cè)定周圍壓力的范圍值為0~80 MPa，測(cè)量精確誤差為±10 Pa，測(cè)量的溫度范圍為－40~150℃。

2 工作原理

壓力計(jì)運(yùn)行系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：一部分是地下工作環(huán)境的組成部分，包括壓力傳感器、通信接收器、帶通濾波器、感應(yīng)觸頭以及信源編碼器；另一部分是地面工作環(huán)境的組成部分，包括集成電路板、運(yùn)行處理器、接地外殼。在地下工作環(huán)境中，壓力計(jì)運(yùn)行時(shí)首先通過(guò)感應(yīng)觸頭采集周圍油井管道內(nèi)的信息，再將采集到的信息傳至通信接收器，接收器將收集到的信息進(jìn)行匯總分析，然后啟動(dòng)壓力傳感器測(cè)量液體對(duì)壓力計(jì)的沖擊力和石油原液對(duì)管道內(nèi)壁的壓力。測(cè)量完畢整合傳輸信號(hào)再進(jìn)行信號(hào)的輸出，帶通濾波器分為正弦波和余弦波兩類，正弦波允許測(cè)定的幅值為±0.8，周期頻率為6 400 Hz；余弦波允許測(cè)定的幅值為±0.6，周期頻率為4000 Hz。信號(hào)波形的輸出由信號(hào)接收器發(fā)出，傳輸至信源編碼器，信源編碼器根據(jù)傳輸波形序列的不同，在后期編程順序中輸出的碼型也不一致。最終將傳輸?shù)拇a型信號(hào)傳至地面終端設(shè)備，在計(jì)算機(jī)中完成對(duì)碼型數(shù)據(jù)譯碼的過(guò)程。

3 壓力計(jì)系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

壓力計(jì)系統(tǒng)軟件分為地下軟件程序設(shè)計(jì)和地面軟件程序設(shè)計(jì)兩部分：地下部分主要完成數(shù)據(jù)信息的采集與運(yùn)算；地面部分則主要完成數(shù)據(jù)信息的集成與處理。

井下工作的軟件使用的是單片機(jī)操作運(yùn)行程序，在地下完成對(duì)石油管道內(nèi)數(shù)據(jù)的采集與運(yùn)算處理。在軟件程序啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)調(diào)整A/O模式的轉(zhuǎn)換，適應(yīng)工作環(huán)境的運(yùn)行條件。在模式板塊中顯示的運(yùn)行程序包括夜間模式、數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)模式、壓力調(diào)整模式和數(shù)據(jù)傳輸模式。在運(yùn)行數(shù)據(jù)模式操作過(guò)程中也會(huì)完成相應(yīng)的初始化程序，包括SPI初始化、功能設(shè)置初始化、位置定位初始化和預(yù)警報(bào)告初始化。系統(tǒng)通過(guò)模式轉(zhuǎn)換和初始化程序的設(shè)定來(lái)判斷設(shè)備的工作運(yùn)行環(huán)境，操作系統(tǒng)處理包括運(yùn)行環(huán)境溫度參數(shù)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的調(diào)整、外圍環(huán)境感知的靈敏度以及串行接口傳輸?shù)男诺勒{(diào)整。

在溫度兼容系統(tǒng)中設(shè)定了相應(yīng)的溫度梯度表，在對(duì)外圍環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)不同的溫度運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)。油田生產(chǎn)系統(tǒng)屬于高溫運(yùn)行環(huán)境，在溫度操作系統(tǒng)中，溫度傳感器在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)運(yùn)行，一旦超過(guò)溫度值的限定界限便會(huì)自行切換到斷電模式。當(dāng)管道內(nèi)溫度達(dá)到100~150℃時(shí)，溫度傳感器會(huì)顯示黃色指示燈，運(yùn)行第三個(gè)操作系統(tǒng)。軟件程序可以根據(jù)溫度的變化范圍來(lái)測(cè)量周圍環(huán)境的運(yùn)行參數(shù)，運(yùn)行過(guò)程中若傳感器的發(fā)射功率沒(méi)有擊穿電離層，運(yùn)行程序便會(huì)采用第二個(gè)操作系統(tǒng)。每個(gè)操作系統(tǒng)的運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生一定的測(cè)量誤差，100~120℃測(cè)量的誤差為3%，120~140℃測(cè)量的誤差為3.5%，140~160℃測(cè)量的誤差為3.7%，160~170℃測(cè)量的誤差為3.8%，170~180℃測(cè)量的誤差為4.0%。

溫度傳感器將收集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)傳輸信道傳輸至終端設(shè)備，且數(shù)據(jù)信息在傳輸過(guò)程中就完成了碼型之間的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)行程序添加了C語(yǔ)言的邏輯順序，當(dāng)數(shù)據(jù)信息傳輸至交換設(shè)備的時(shí)候就可以在信道之間完成代碼的解密。傳輸數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)空間在此也有所提升，傳輸信道達(dá)到了32個(gè)，包括16個(gè)上行傳輸信道和16個(gè)下行傳輸信道，每個(gè)傳輸信道空間的冗余度為2 G，在進(jìn)行數(shù)據(jù)代碼壓縮過(guò)程中可以剩余32 G的存儲(chǔ)空間，保證了后期數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算效率。

4 結(jié)語(yǔ)

井下存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)的設(shè)計(jì)主要包括軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，在硬件設(shè)計(jì)中加大了傳輸信道的帶寬，減緩延時(shí)效應(yīng)，同時(shí)采用具有耐高溫的數(shù)字化電池和測(cè)井傳感器。系統(tǒng)軟件分為地下軟件程序設(shè)計(jì)和地面軟件程序設(shè)計(jì)兩部分，地下部分主要完成數(shù)據(jù)信息的采集與運(yùn)算，地面部分則主要完成數(shù)據(jù)信息的集成與處理。在軟件方面進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)化集成處理可提高壓力計(jì)測(cè)量的精準(zhǔn)度。