基于MSP430的石油井下压力测试系统的设计

　　1 引言

　　压力数据在油田开采过程中是一项极重要的资料。而这其中的射孔工艺是关键环节，其对高质量打开油气层，提高油气井产能都有重要影响。射孔是打开油气层让地层流体流入井内的主要完井工序。测取射孔瞬间动态压力参数具有重要意义;确定每次射孔的施工效果;结合其他测试参数评价地质效果：研究射孔工艺机理，为我国射孔理论水平的发展创造有利条件。该参数的测取也是研究油气层特征，掌握油气层动态。检查地面采油工艺流程的重要手段。为此，必须借助于各种精密的压力测量仪表。以获得精确的压力数据。

　　2 测试系统设计

　　2.1 存储测试原理简介

　　存储测试系统是用以完成存储测试的物理系统，可工作在高温、高压、强冲击振动、高过载等恶劣环境下，自动完成被测信息的实时采集与存储记忆。它将传感器、适配电路、数字化存储记录电路、通讯接口、控制指示单元和电源集成为一体，构成一个小型化的、可安装在被测体内(相对)独立丁作的测试系统。由于存储测试系统具有体积小、功耗低、可重复使用、抗干扰性好及能适应特殊环境等特点，所以对于工程测试，特别是在野外恶劣的环境下，存储测试系统提供了一个很好的解决方案。

　　这里设计的仪器必须能够在高温、高压、高冲击的油井中安全、可靠的取得射孔压裂数据，且能保持数据长时间不丢失，可顺利回收被测信息。因此该系统除需能耐高温、高压、高冲击振动的电路外，还必须对其保护，防止仪器损坏。

　　2.2 系统工作原理

　　系统原理框图如图1所示。

　　石油井下射孔压力测试系统选用编程自适应分段均匀采样策略，即通过事先编程确定记录过程分为若干个均匀采样阶段，每一阶段的开始时间、采样频率、存储点数是根据被测信号的变化自适应调整的。此系统在单片机程序的控制下，上电延时50 s后，在触发信号到来之前，以1 Hz的采样频率进行低频采样A/D转换，并将MD转换输出的数据存人存储器。触发信号到来后，开始以100 kHz的采样频率采样，连续采样满128 K字数据，再以500 Hz采样，至采满256 K字，数据停止采样。当电路回收后，可通过RS232接口将存储器中的数据读至计算机.以便后续处理。

　　2.3 MSP430单片机低功耗的设计

　　MSP430系列单片机具有独特的时钟系统设计，包括两个不同的时钟系统：基本时钟系统和锁频环(FLL和FLL+)时钟系统或数字振荡器(DCO)时钟系统。由时钟系统产生CPU和各功能模块所需时钟，这些时钟可在指令的控制下打开或关闭，从而控制总体功耗。由于系统运行时所使用的功能模块不同，即采用不同的工作模式，器件的功耗有明显区别。系统具有1种活动模式(AM)和5种低功耗模式(LPM0～LPM4)。MSP430系列单片机各个模块运行完全独立，定时器、输入/输出端口、A/D转换、看门狗等都可在主CPU休眠的状态下独立运行。当需要主CPU工作时，任何一个模块都可以通过中断唤醒 CPU，从而使系统以最低功耗运行。这是MSP430系列单片机最突出的优点。