随钻压力测量仪的开发与应用

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随着测井技术的不断进步,国内大部分随钻压力测量仪较存储式测压工具实现了实时数据传输的功能,但普遍存在可靠性、稳定性、测量精度较差的情况,以致于在国内实际应用的较少。针对存在的问题,本论文基于某油服公司的随钻测压模块重新设计了一套测压系统,并完成了现场作业。本文主要的研究内容有:(1)可靠性方面。鉴于某油服公司的测压模块元器件的尺寸偏大、性能偏低、功耗和温度系数偏高以及压力传感器灵敏度、耐温值和量程偏低的问题,本设计首先从器件选型上进行可靠性优化,选择功耗、噪声和温度系数更低、性能更强、体积更小的贴片式集成芯片和灵敏度、耐温值和量程更高的压力传感器。在软件程序上设计了一套带参数的命令+数据回复的固定通讯协议,使得测压系统与主控电路的通讯更稳定可靠。(2)稳定性方面。基于UART接口数据传输慢、抗噪声干扰弱等问题。在硬件电路中设计了一套RS485通信接口电路,能更有效抑制共模噪声干扰和实现快速的数据传输,并在RS485的A、B两端加入保护芯片CDSOT23,以减少RS485的故障率。考虑到传感器输出信号在井下环境的噪声干扰,设计了滤波电路、差分放大以及电桥电路,让ADC采集电路获得低噪声、更稳定的压力数据。(3)精度方面。基于某油服公司的压力测量仪ADC采集电路精度的问题。在硬件电路中设计了24位分辨率的ADC数据采集电路,能获取精度更高的数字信号;软件程序上设计了对采集错误数据进行去除,和有效数据的均值处理,以得到更精确的压力数据。针对常用的最小二乘法拟合精度较差等问题,本文采用基于最小二乘法的对零位和灵敏度的方法,对标定实验数据进行温漂补偿处理,达到了提高传感器测量精度的目的。(4)现场数据分析与应用。为了验证系统的可靠性、稳定性和测量精度,对仪器进行了新疆现场作业。并给出井下压力工况、环空压力数据对比的现场数据分析和指令下传确认、井下工况实时监测的工程应用,结果表明系统满足各项设计指标,从而实现了安全、高效的测井目的。
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