高温存储式油井压力计

　　油田测井技术在油田的勘探和开发中是一门不可缺少的技术手段,对于油田的早期评价和动态变化监测具有重要意义,射孔工艺、高能气体压裂工艺或射孔压裂复合工艺是石油开采的一个重要环节,在射孔、压裂或射孔压裂复合施工时,会产生巨大的压力,这常常造成射孔枪、仪器或井筒的损坏,我们根据油井高温、高压的恶劣环境特点研制了一种抗高温、耐高压的存储式油井压力计。

　　1　系统组成与工作原理

　　油井压力计是由电路模块、传感器、电池模块和抗冲击的高强度壳体组成,其原理框图如图1所示:

　　1·1　电路模块设计

　　油井压力计的电路模块由电荷放大器、电源控制器和高温稳定瞬态波形记录仪组成。

　　电荷放大器模块包括电荷放大器、触发比较器及基准电源电路,电荷放大器的主要功能是将压电式压力传感器输出的微弱电荷信号放大变换成为低阻抗输出的电压信号。为了保证油井压力计在温度为0℃~150℃的范围内正常工作,设计电荷放大器时选用高输入阻抗、耐高温的军品级集成运放组成电荷放大器,根据测试要求所设计的电荷放大器的理想有效带宽为:量程150MPa时为0·03Hz~751kHz,量程300MPa时为0·015Hz~300kHz,电荷放大器后端加低通滤波器滤除干扰信号,截止频率为497kHz。触发比较器的主要功能是实现测试系统的内触发,系统上电后即进入待触发态,不断自动测量循环记录,以便记录触发点之前的信号(负延迟),当油井射孔、压裂压力信号达到油井测压器触发电平相应压力时,触发电路触发,进入触发态,使延时计数器在触发点以后再进行记录。基准电源的作用是为电荷放大器提供偏置基准及为A/D变换器提供基准。其精度影响整个电路的精度,故选用温漂系数为3ppm的基准电源。

　　高温稳定瞬态波形记录仪的功能主要是记录所采信号的波形,包括时基电路、负延迟计数逻辑电路、A/D变换器、存储器及地址发生器电路,A/D变换器是高温稳定瞬态波形记录仪中必不可少的重要组成部分,由它完成将电荷放大器输出的模拟电压信号转化成12bit的数字信号,以便存储记录。在本设计中由于油井环境的特殊性,因此要求A/D变换器最高采样频率≥250kHz、单电源、低电压、低功耗、抗冲击、耐高温,经多次筛选实验,本设计选用12bit A/D变换器AD7472,其工作电压2·7V~5·25V,最高采样频率1·5MHz具有采样保持功能。存储器选用静态随机存储器EM256JQ16,其存储容量为256K×16。当采样频率为250kSa/s时记录时间为1048ms,大于油井射孔、压裂压力信号的持续时间。时基电路只要有晶振构成,它将晶振的高频信号分频产生A/D和存储器需要的定时信号。负延迟计数逻辑电路和触发比较器共同实现系统的负延时记录功能,当延时计数器计满预定的点数,立即停止采样记录过程,进入待读出状态,同时关断电荷放大器和晶振电路,使整个系统处于低功耗状态。