摘 要：電子壓力計是廣泛應用于測量和記錄油氣田地層中的油、氣、水等介質的壓力及溫度值的電子設備，也是一種具有高實時性，高精確度、高分辨率“三高”特征的井場壓力及溫度測試裝置。本文從電子壓力計的原理和應用現狀入手，闡述了壓力計在井下測試過程中經常出現的失效形式，同時簡單的分析了導致電子壓力計失效的原因和主要影響因素，并進行了系統的總結，提出了具有針對性的改進方法和失效預防措施。文章發表在《無線電工程》上，是電子論文投稿發表范文，供同行參考。
關鍵詞：電子壓力計;原理;應用現狀;失效形式;影響因素;預防措施
1、 前言
在油田勘探和開發過程中，油氣田地層的壓力及溫度的測試和監控是試油、試采工作的重要任務，也是制定井場生產制度、確定井場產量及標定完井情況的數據基石，因此為了正確評價礦藏地層的油氣當量，及時精確地測量含油、含氣層的壓力及溫度值具有非常重要的現實意義。壓力計和溫度計是測試過程使用的主要儀器設備，而其發展也經歷了從最初的低精度、單一品種的純機械式結構到復雜的電子式結構的變革。隨著電子電工技術的迅猛發展，具有高精度、高靈敏度、高集成性能的電子壓力計如雨后春筍。目前，全國各大油田應用較為廣泛的電子壓力計多達數十種，而由于壓力計的生產廠家眾多、型號繁雜、儀器電池檢測、識別和操作方式的不同，在使用過程中很容易造成混淆。另外，在礦藏層油氣的勘探和開發生產過程中，由于電子壓力計長期工作在惡劣環境之中，再加之儀器的選型不當、部件的性能不可靠及人為的操作失誤都能造成電子壓力計使用過程中的失效，甚至導致試采工藝的失敗。因此對影響井下電子壓力計失效的主要因素進行分析和預防具有非常重要的現實意義。
2、工作原理及性能指標
2.1、工作原理
電子壓力計是一種主要用于油氣田礦層壓力和溫度值測量的高精密的電子儀器。其核心部件是壓力傳感器和溫度傳感器，由于壓力計的工作環境惡劣多變，因此感應元件的制作需要選用符合深層井下作業的耐高溫、高壓的特殊材料以確保電子電壓計的精確度和可靠性。根據壓力傳感器和溫度傳感器的應變電橋原理，壓力計的振蕩電路在井下地層壓力和溫度的共同影響作用下，將被測礦層的壓力值、溫度值轉化為電路系統識別電阻值及電壓值，并由振蕩電路整頻轉換為計算機識別的電流頻率值信號，再經軟件校正處理，折算成測試人員需要的井下壓力和溫度數據。從以上的構成原理可見，電子壓力計的核心回路共包含兩個測量電路：壓力測量電路和溫度測量電路。
2.2、性能技術指標
電子壓力計具有高靈敏度、高精確度、高可靠性的特點，其性能技術指標如下：
2.2.1、精確度
在壓力計無誤差時的理想狀態下，壓力計標準曲線應為一次曲線，但是由于受到地層中諸多因素的影響，壓力計的實際圖譜走線為二次或三次曲線。正常工作狀態下，壓力計測量允許的精確度誤差為±4psi。
2.2.2、遲滯性
遲滯性指的是壓力計在測量過程中從正反兩個方向接近同一目標測量值時所顯示數據的最大差值，遲滯性誤差與壓力計傳感器使用的材料、制造安裝水平及使用環境有很大關系。正常工作狀態下，壓力計允許的遲滯性測量誤差為±2psi。
2.2.3、重復性
重復性誤差是指壓力計在全測量范圍內和同一工作條件下,同一操作者從同方向對同一輸入壓力值進行多次連續測量所獲得的隨機誤差，重復性誤差與壓力計使用的地層環境及傳感器材料有關。正常工作狀態下，壓力計允許的重復性測量誤差為±3psi。
2.2.4、分辨率
分辨率指的是當測量的目標壓力值變化時，壓力計所能識別的最小輸入量的變化值。正常工作狀態下，壓力計分辨率為0.02psi。
3、 電子壓力計的應用現狀
3.1、電子壓力計的分類
電子壓力計按照試井、測井工藝可分為地面直讀式電子壓力計、井下存儲式電子壓力計及新型直讀式電子壓力計。
3.1.1、地面直讀式電子壓力計
地面直讀式壓力計是指采用地面直讀測試技術將電子壓力計隨同測井工具一共投入被測井中，之后從井口下入信號電纜進行對接，電子壓力計將被測礦層的壓力及溫度的變化通過信號電纜傳輸到地面的計算機系統，在計算機上通過操作軟件顯示、讀出并實時的對被測礦層的數據進行處理和分析。
3.1.2、井下存儲式電子壓力計
井下存儲式壓力計是指采用井下存儲測試技術將由單片機系統組成的存儲記錄儀及供電電池與電子壓力計進行捆綁集成，并隨同測試工具投入被測井，存儲記錄儀的單片機系統按照預先設定的采集存儲程序將電子壓力計感應到的礦層中壓力及溫度的變化存儲在存儲器中，測試任務結束后，將電子壓力計從井口取出，并與計算機相連，系統將按照預定的操作程序將記錄儀中存儲的壓力及溫度數據進行回放。
3.2、電子壓力計的失效
由于電子壓力計需要長期在高壓、高溫等惡劣的地質工況下使用，加之其組成部件本身容易老化，這些外部因素及內部因素都可以導致壓力計的測量誤差。而試油、試采工藝對壓力計的精度、分辨率及穩定性等技術參數都有較高的要求，因此使用過程中較大的測量誤差就會使壓力計的測量值嚴重的偏離實際值，從而導致了電子壓力計的失效。壓力計在使用過程中導致失效的原因主要有以下幾種：
(1)、性能不穩定
電子壓力計的核心部件是壓力傳感器、溫度傳感器、微處理器、存儲器;主要構成電路為：信號放大電路、數據轉換電路、振蕩電路。這些電子元件及電路都會在劇烈震動的情況下導致電子壓力計的失效。
(2) 、測量數據紊亂
電子壓力計數據接口操作軟件的不成熟及電路的內置電池能量不足都會導致壓力計采集的壓力及溫度數據與測試時間的非對應性關系，這種況且稱之為電子壓力計的數據紊亂。
(3) 、非點
電子壓力計的另外一種失效形式是非點，指的是壓力計所采集的數據即溫度值、壓力值嚴重失真，大幅度偏離正常值，導致壓力計測量曲線的扭曲變形。在實際測試過程中，共有2種非點形式：一種是可以通過修正、刪除部分失真點而獲得正常測試曲線的少數非點;另一種是無法通過修改、刪點等技術手段祛除影響而恢復正常測試曲線的非點。前一種非點我們可以稱之為采點偏差，而后一種情況我們稱之為電子壓力計的非點失效。
(4) 、數據未寫入或未采全
支配電子壓力計數據處理的核心部件是帶有固定儲存容量的的微處理器，因而在對壓力計的硬件進行編程時，必須合理的設置計數器的時序，并要綜合考慮寄存器的儲存容量，使系統在計劃的采集時間內能夠按序的讀寫，同時要確保數據的存入數量，防止溢出，避免造成測試的失敗。
(5) 、超量程
超量程使用是導致電子壓力計失效的又一原因，如果在測試前沒有選擇好適合被測井段工況的壓力計，有可能在測試深井的過程中造成傳感器的損壞而導致電子壓力計的失效。
(6) 、電池鈍化
電子壓力計的供電裝置通常為高溫鋰電池，而在出廠前為了防止電池的自然放電要在其特性表面形成一層鈍化保護膜，而鋰電池的這種特性會導致其在低溫段電壓不穩定，測量井下數據時容易造成采點異常，甚至會出現不可修復的非點失效和數據紊亂。
(7) 、泄露
從技術上分析，泄露是導致電子壓力計失效的主要因素。實際應用過程中井下壓力計有三處容易出現泄露現象：首先是傳感器的導壓點附近;其次是密封核心電路板的密封倉;第三處是儀器與測井鋼纜連接的部分。導壓點附近的密封主要由制造工藝來保證，通常在高精度的機床加工中心，通過精心設計結構參數，能保證在導壓點附近承受井下的高壓而不漏水;密封倉采用的是O型圈密封技術，同樣高精度的機械加工，能夠保證壓力計的深井耐壓能力;儀器與鋼纜連接部分是最容易引起泄露的地方。在安裝過程中儀器與鋼纜的連接，我們通常稱之為“鎧裝”。這一工藝過程必須保證以下幾點：
a、鋼纜與儀器的信號連接必須是柔性連接，不承受軸向拉力。
b、鋼纜與儀器之間有抗法向轉動的裝置，避免信號連接被扭斷。
c、鋼纜與儀器連接點應沉沒在絕緣填充材料中，外部壓力只能作用到填充材料上，確保電信號與外部的絕緣。
(8) 人為因素
人為因素對電子壓力計的影響主要有兩個方面：一是新手操作導致在壓力計裝配過程出現部件的損壞，由于電子壓力計屬于精密儀器，因此對于測試人員的操作水平及專業知識要求相對較高。二是運輸過程中因保管不善，造成儀器內部電路的損壞而導致的數據紊亂及數據未采全現象。
4、失效預防措施
4.1、由于電子壓力計對于地層中的高溫、高壓及劇烈震動較為敏感，因此為了減輕傳感器瞬間受力強度，設計者應在硬件電路或軟件系統方面設置一套壓力緩沖裝置。另外對于高溫、含硫的地層應改變壓力計的密封結構，防止泄露造成的電纜、電路及傳感器等部件的腐蝕和損壞。
4.2、按照優選搭配及壓力計的性能特征選用適當量程，適當存儲容量的壓力計。由于壓力計的性能不穩定性，選型時應綜合對產品在使用過程中所能出現的問題及可靠性進行分析，達到互補性的組合。例如，對于采點密度相對較稀的井區，一般選用低存儲量的壓力計，而測氣及壓裂井廠由于采點較多，一般選用大量程，高存儲量的壓力計。另外對于深井及采用深井壓裂工藝的特殊井型一般選用精度高、抗震性能好的SPAR壓力計，而測氣井、聯作井則應選用DDI、SEI新型電子壓力計。
5、 結語:
掌握和分析電子壓力計的工作原理、性能指標及失效形式，合理進行壓力計的選型與搭配，確保儀器的維護與標定到位，對于提高電子壓力計下井測試的成功率，在實際試采過程中已經取得了明顯成效。同時，針對電子壓力計的各種失效形式，做好配套工藝的設計與革新，也是不斷挖掘測試儀器在油氣試采工作中發揮最大潛能的有效方式。目前，由于適用于復雜地質巖層的電子壓力計測試技術和工藝還不甚全面，因而我們在今后的工作和學習中仍要加強理論學習，不斷的積累經驗和優化設計方案，為油田的勘探和開發提供更有力的技術支持。
電子論文投稿須知：《無線電工程》(月刊)創刊于1971年，是由工業和信息化部主管、中國電子科技集團公司第五十四研究所主辦的學術性電子科技期刊。
