注汽井高温度压力测量系统设计.docx

注汽井高温度压力测量系统设计【摘要】本文为测量注汽井下温度、压力参数系统采用铂电阻和蓝宝石硅晶体作为前端传感。系统在井下直接测量避免通过中间介质进行信号传输可实现较小误差及噪声。恒流源驱动方式使前端采集的信号工作稳定采用时间同步的方式将采集的信号与深度关联数据分析时能够绘出温度压强随油井深度变化的曲线实现精确测量掌握地层分布规律。【关键词】PT1000；高温度；压力测量；恒流源；数据存储在注汽井石油开采的过程中需要根据井下的蒸汽温度、压力等参数进行适当调节所以井下温度、压力分布的测量就显得十分重要对井下的油层状况、合理开采及采油率和节能都有着重大的意义。本设计的难度在于井下温度很高测量环境比较恶劣。在传统的测量井温过程中使用过温度传感器阵列、红外测温仪、红外热成像仪等但由于注气井下环境恶劣会对测试仪器产生较大的影响容易造成测量误差并且对于温度场的测量会体现出很多不足之处[2]。在本设计中温度传感器采用铂热电阻铂热电阻在现代工业生产过程中应用十分广泛具有非常好的线性、高温稳定性和复现性。在-200～+650度高精度测温范围应用广泛。压强的测量采用蓝宝石压力传感器。系统外壳耐温耐压保证了它在恶劣环境中各个传感器也能正常工作并且高稳定、线性度佳、结构简单。本设计在一次下井的过程中就可以完成对不同深度温度和压强的测量、存储和滤波等处理而且在保证测量精度的前提下尽量简化了方法。仪器直接进入注汽井下油层中进行测量省去了中间的传输介质仿真造成不必要的噪声和失真。井上控制部分和手持终端则实现了信息的对接、处理及存储能够精确地对温度与压强的分布进行测量。1.硬件系统构成1.1系统组成系统由微控制器、温度传感器、压强传感器、模数转换器、时钟、存储器、电源以及耐压耐高温外壳等部分组成。油井温度在150摄氏度范围内选用铂热电阻PT1000做为温度传感器是用高纯度铂做电阻导体它耐高温、线性度好、灵敏度高、寿命长[3-4]并且具有高温稳定性和复现性。本设计的传感器采用恒流源驱动的测量方式这样可以实现线性并且具有稳定度高、灵敏度高、精度高等优点。压强传感器采用蓝宝石压力传感器压强在30兆帕以下。温度信号与压力信号经过放大电路和滤波电路由微处理器片内两路10位精度A/D转换器转换为数字数据进行存储和处理。MCU微处理器选用的是PIC16F876单片机将所需数据以及当前时刻一并传送到存储器保存。该单片机体积小、功耗低、耐高温IO口驱动能力强并且指令精简、工作过程极其稳定。系统总体结构框图如图1所示。1.2恒流源驱动由于温度对集成运放参数影响比对晶体管或场效应管参数影响小由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点尤其在负载一端需要接地的情况[5]。采用多运放恒流源驱动PT1000铂电阻电路图如图2所示。其中放大器AR1构成加法器AR2、AR3构成跟随器他们均选用低噪声、低失调、高开环增益双极性运算放大器OP07。设图2中参考可变电阻R5上下两端的电位分别Va和VbVa即为同相加法器AR1的输出当取电阻R1=R?4R2=R3时则Va=Vi+Vb故恒流源的输出电流为：该运放恒流源具有负载可接地当运放为双电源供电时输出电流为双极性恒定电流大小通过改变输入参考基准Vi或调整参考电阻R5的大小来实现很容易得到稳定的小电流和补偿校准。由于电阻的失配参考电阻R5的两端电压将会受到其驱动负载的端电压的影响。从而就会影响恒流源的稳定性。显然这对高精度的恒流源是不能接受的。所以R1R2R3R4这4个电阻的选取原则是失配要尽量的小且每对电阻的失配大小方向要一致。采用精密电阻进行筛选选出其中阻值最接近的4个电阻。1.3信号采集本系统中所需恒流源要具有输出电流恒定温度稳定性好输出电阻很大输出电流小于0.5mA负载一端接地输出电流极性可改变。选用仪表芯片AD620进行信号两级放大、滤波最后送入片内10位AD转换器温度放大电路如图3所示。压力信号采集采用蓝宝石硅晶体电路如图4所示选用AD623进行进放大信号经过放大后也进入PIC单片机内部10位AD。1.4数据存储为了使测量温度、压力分布的数据传到井上方便上位机的数据分析本设计使用了有掉电保护功能的E2PROM存储芯片24C02。我们可以方便地对它进行读写数据。它具有工作电压范围广、可靠性高等特点。电路图如图5所示。2.系统软件处理2.1软件补偿本设计所采用的温度、压力传感器都因其独特的优点而获得了广泛的应用但由于本设计的环境比较恶劣其热灵敏度漂移的存在降低了其精度影响了它在温度变化较大情况下的使用。对以上传感器热灵敏度漂移的补偿方