一种井下压力监测系统的设计和实现＊

田文鹤 周 静

(西安石油大学井下测控研究所 陕西西安)

一种井下压力监测系统的设计和实现＊

田文鹤 周 静

(西安石油大学井下测控研究所 陕西西安)

为了对钻杆在井下工作时的液体压力变化进行实时监测,设计实现了一套压力监测系统,它可实时监测出液压的变化情况,并将压力数据传输到地面显示系统,从而对井下系统失压、系统压力波动与不稳等与压力相关的故障进行相应的处理。

可控偏心器;监测;液压;系统失压;压力波动

0 引 言

在油田勘探、开发过程中,常常需要对温度,压力等参数进行连续的、动态的监测,以便及时准确地掌握井下液压系统的变化状况,同时把测量数据实时准确地传送到地面,以实施人工监控[1]。这样就需要把采集温度、压力信息的传感器安装在井下工作的钻柱上,使其获得准确、及时的数据信息。这些传感器随着钻机的钻进在井下进行测量,同时传感器采集到的数据实时传输到地面,使工程技术人员可以及时了解导向工具的液压变化状况。

1 压力检测系统设计

1.1 可控偏心器结构

本设计方案以可控偏心器为通道研究其内部液体的压力变化,压力检测系统与可控偏心器的连接结构图如图1所示。

图1 可控偏心器与传感器连接简图

1.2 压力检测系统的结构

该压力数据采集系统主要由四部分组成:压力传感器、信号调理电路、下位机数据采集板、上位机显示界面。系统的结构框图如图2所示。

图2 压力检测系统原理框图

1)压力传感器:采用美国Honeywell公司生产的S型压力传感器,它内部采用电桥式结构,可以提高输出灵敏度。通过连接可控偏心器来监测其中的压力变化,并将压力信号转换为电信号后送到信号调理电路;

2)信号调理电路:该信号调理电路采用自动稳零功能的AD8230[2]取代分立器件构成的运算放大器,具有线性度好、稳定性高、体积小、可靠性高等特点。由于压力传感器送到调理电路的电信号非常微弱,所以需要经过调理电路放大处理和滤波后送入到数据采集板;

3)数据采集板:采用C8051F060单片机[3]作为下位机主控芯片,它含有一个16路的模拟数据选通开关,上位机程序中设定有一路用于采集压力信号。一个公用的12位A/D转换器和一个采样保持电路,它可在程序控制下对采集到的压力信号进行瞬时采样而后进行A/D转换,由下位机采集到的数据通过串行通信口传输至上位机(PC机)进行信号处理与分析;

下位机程序主要包括:下位机数据采集子程序、数据发送与接收子程序。采集框图如图3所示。

4)上位机软件结构

图3 压力采集框图

上位机应用程序运用VB语言开发,通过串口程序接收采集到的数据[4]。相关的程序如下:

Dim x As Long

Dim y As Long

Dim z As Long

Dim s As Single

Dim s0 As Single

Dim wendu As Single

Dim ss As Single

Dim xx As Integer

Static a As Single

Dim Buffer()As Byte

Select Case MSComm1.CommEvent

Case comEvReceive

Buffer=MSComm1.Input

x=Buffer(0)

y=Buffer(1)

z=x＊256+y

s0=-5.18221+0.000154544＊z %电路板采集电路系数

s=-0.13179+15.94229＊s0 %传感器与调理板的系数

ss=s

程序运行后,数据采集与存储的操作界面如图4所示:根据实际情况对操作界面上的各个参数进行设定,对不同的压力值进行采集与存储,再结合Origin7.5对数据进行处理与分析。

图4 压力采集系统上位机界面

2 系统测试

2.1 通道板精度标定

为了提高该系统的精度,所以对数据采集板的AD重新做了标定,标定曲线如图5所示。

图5 AD标定曲线

由图5可以看出,AD标定曲线图线性非常好,这样采集出来电压的量化台阶数就会很精确,从而可以提高压力检测系统的工作性能[2]。

2.2 压力检测系统精度测试

1)检测方法

将压力传感器接在活塞式压力计上,以10 MPa为单位加压,同时利用压力检测系统来采集并存储压力传感器输出的敏感信号,并将上位机程序中采集出来的量化台阶数转换为压力值,来校验压力检测系统的精度。数据记录见表1。

表1 压力检测系统测试数据

2)精度计算

S=(最大偏差/压力传感器量程)×1000‰

=(0.2896/69)×1000‰=4.2‰

3 结束语

该压力检测系统检测出的压力变化偏差较小,系统精度为4.2‰,该指标可以满足液压系统的检测要求,可靠性较高,有利于检测井下液压系统各部位的压力变化情况及工作状况,从而便于故障的查找分析及排除。

[1] 范大勇.井下状态监测与信号传输技术研究[D].中国学位论文分类号:TE357.8,2009

[2] 陈淑芳.一种高精度数据采集系统模拟信号调理电路的设计[J].长沙铁道学院学报,2008,9(1)

[3] 潘琢金,施国君.C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002

[4] 李念强,魏长智,潘建军,等.数据采集技术与系统设计[M].北京:机械工业出版,2009

[5] 张华礼,谢南星.气井永置式井下压力温度监测技术及其应用展望[J].钻采工艺,2005,28(1),24(6):7～8

In order to achieve real-time monitoring of the liquid pressure changes in the underground work of drill pipe,we design and implement a pressure monitoring system.It can monitor fluid pressure changes in real time,and transfer pressure data to the surface display system,and successfully treatment stress faults such as system pressure loss,system pressure fluctuation and instability in downhole.

Key words:XTCS;monitor;liquid pressure;pressure loss;pressure fluctuation

Design and implementation of a downhole pressure monitoring system.

Tian Wenhe and Zhou Jing.

TE271

B

1004-9134(2010)06-0007-02

国家高科技研究发展计划(国家863项目)重大课题:旋转导向可控偏心器工程化技术研究

田文鹤,男,1986年生,目前就读于西安石油大学井下测控研究室信号与信息处理专业。邮编:710065

2010-04-09编辑:姜 婷)