测量仪器仪表的基本知识和压力的测量.ppt

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1、油气井生产测试,第一章 测量仪器仪表的基本知识,一、测量仪器的基本结构1敏感元件2放大元件3指示和记录元件4信号传输,第一章 测量仪器仪表的基本知识,气压记录仪结构图,第一章 测量仪器仪表的基本知识,二、测量仪器的性能指标1准确度（1）准确度等级（2）测量仪器的（示值）误差（3）测量仪器的最大允许误差绝对误差相对误差（真值百分率）最大引用误差,第一章 测量仪器仪表的基本知识,（4）测量仪器的引用误差2精度3分辨力或鉴别率4灵敏度5价格6环境,第一章 测量仪器仪表的基本知识,三、误差的分类1系统误差2随机误差3粗大误差,第一章 测量仪器仪表的基本知识,四、测量系统中的误差来源1测量设备误差2测量

2、方法误差3测量环境误差4测量人员误差五、测量仪器的校准,第二章 压力的测量第一节 概述,一压力在油气田开发中的重要性“压力是油藏的灵魂”，这个灵魂体现在哪儿呢？油层能量大小的主要标志是压力的大小；根据油层能量的变化可以确定油气藏的驱动方式；油层能量的大小也决定了油井所采用的采油方法。不管是油藏的驱动方式还是所采用的采油方法，都跟油层压力的变化是密切联系的。所以在油气的勘探、开发过程当中，要不断的测取油藏压力的变化。,一压力在油气田开发中的重要性,油气井的产量大小与井底、井口压力密切相关，是不能缺少的数据；油层原油、天然气的性质也与压力密切相关；原油、天然气的地面计量当中也必须得到压力数据。因此

3、在石油天然气的开发、生产中，测取最多的物理量就是压力。在油气井生产测试中，压力测试（包括地面测量和井下测量）也是最重要的测试。,二压力的定义及表示,在物理学中，将液体、气体或蒸汽（统称流体）垂直作用在单位面积上的力称为“压强”，在工程技术上一般称它为“压力”。这种压力是由介质的分子运动对容器壁的作用而产生的。压力通常用绝对压力和表压力来表示。绝对压力是指液体、气体或蒸汽垂直作用在单位面积上的全部压力，其中包括流体本身的压力和大气压力。表压力等于绝对压力与大气压力之差，是相对压力。,二压力的定义及表示,由于生产中使用的压力测量仪表，一般都是处于大气压力之中，所以它的指示值总是指出被测介质压力超出

4、大气压力的数值，即表压力。绝对压力低于大气压力时，用真空度来表示，也可用负压力来表示。测量大气压的仪表叫气压表，测量表压力的仪表叫压力表或压力计，测量负压力的仪表叫真空表。有时为了测量两个压力之差，使用差压力计。,三压力的单位,根据压力的定义，它的大小等于单位面积上的作用力，所以它的单位是力和长度的导出单位。在物理学和工程上应用各种不同单位制，下面介绍几种目前经常采用的压力单位。,三压力的单位,1 物理大气压，定义为在温度为0和标准重力加速度（980.665 cm/s2）下，760mm的水银柱作用于底部水平面上的压力，即为一个物理大气压或称标准大气压。通常1个大气压等于0.101325 MPa

5、。,三压力的单位,2、工程大气压(kg/cm2）：这是工程技术中应用广泛的一种压力单位，也就是指每一平方厘米的面积上有一公斤力的压力。1公斤力/厘米2=0.9678物理大气压3、lb/in2（psi）：这是英、美等国家常用的一种压力单位。相当于在每一平方英寸的面积上有一磅力的压力。1 kg/cm2=14.223 b/in2,三压力的单位,4 SI公制压力单位(唯一法定单位）；帕斯卡(Pa），相当于每一平方米的面积上有1牛顿力的压力。1Pa=1N/m2 1MPa=106 Pa=10.197kg/cm2=145.05 psi,四、压力计的分类,压力计的种类很多，根据工作原理可分为 液柱压力计 弹性

6、式压力计 电气式压力计 活塞式压力计,四、压力计的分类,在油气井生产测试中，按用途分为 地面测量压力计 井下测量压力计,第二节 地面压力测量,一弹簧管压力表弹簧管压力表是地面流体压力测量中使用最多的一种压力表，它是弹性压力计的一个类型。弹性压力计中常用的弹性元件有弹簧管、膜盒、波纹管等，它们分别构成了弹簧管压力表、膜片压力计、膜盒压力计、波纹管压力计等。,第二节 地面压力测量,以弹簧秤为例来说明弹性压力计的设计原理；弹性压力计是利用各种形式的弹性元件作为敏感元件来感受压力，并使弹性元件受压后变形产生的反作用力与被测压力平衡，此时弹性元件的变形就是压力的函数，这样就可以用测量弹性元件的变形（位移

7、）的方法来测量压力的大小。,第二节 地面压力测量,1仪器结构 弹簧管压力表主要由弹簧管（又叫波登管、包式管），齿轮传动结构，示数装置（分针和刻度盘）以及外壳几个部分组成。其结构如图2-1和图2-2所示。,2-1弹簧管压力表结构图,弹簧管是一根弯成圆弧形的横截面为椭圆的空心管子。弹簧管的自由端是封闭的，它借助于拉杆和扇形齿块以铰链的方式相连，扇形齿块和小齿轮啮合，在小齿轮轴心上装着指针，为了消除扇形齿块和小齿轮之间的间隙活动，在小齿轮的轮轴上安装了螺旋形的游丝。弹簧管的另一端焊在仪表的壳体上，并与管接头相通，管接头用来把压力计与需要测量压力的空间相连。,图2-2 压力表齿轮传动结构,第二节 地面

8、压力测量,2工作原理测量介质由所测空间通过细管进入弹簧管的内腔中，在介质压力的作用下，弹簧管内部压力的作用使其极力倾向变为圆形，迫使弹簧管的自由端产生移动；这一移动距离（通常称为管端位移量）借助连接杆，带动齿轮传动机构，使固定在小齿轮上的指针相对于刻度盘旋转，指针旋转角的大小正比于弹簧管自由端的位移，亦正比于所测压力的大小，因此可借指针在刻度盘上的位置指示出待测压力值。,第二节 地面压力测量,3技术性能 制造弹簧的材料要求具有较高的弹性极限、抗疲劳极限和良好的耐腐蚀性、易焊接加工性能好，其化学成分和机械性能均匀一致。,第二节 地面压力测量,为了保证弹簧管压力表正确指示和长期使用，使用时应注意下

9、列各项规定：仪表应在正常允许的压力范围内工作，在静压力下一般不应超过测量上限值的70%，在波动压力时，不应超过测量上限的60%。工业用压力表应在环境温度-40+60，相对湿度不大于80%的条件下使用。仪表安装处与测定点间的距离应尽量短，以免指示缓慢。在振动情况下使用仪表时要装减振装置。仪表必须铅直安装，无泄露现象。,第二节 地面压力测量,仪表的测定点与仪表的安装处应处于同一水平位置，否则将产生附加高度误差，必要时需加修正值。测量有爆炸、腐蚀、有毒气体的压力时，应使用特殊的仪表。氧气压力表严禁接触油类，以免爆炸。测量结晶或粘度较大的介质时，要加装隔离器。仪表必须定期校验，合格的才能使用。,第二节

10、 地面压力测量,单圈弹簧管压力表在受压力时，由于自由端的位移和转动力矩小，只能作指示仪表用，为了使弹簧管压力表成为压力记录仪表，为了能带动记录机构运动，就需要弹簧管自由端有较大位移和转动力矩，因此常把弹簧管转上数圈，成了多圈弹簧管压力计。,这种压力计也叫螺线管压力计，弹簧管的圈数一般有2圈，5圈至9圈，根据需要而定，管端的转角一般在54左右。,弹簧管3一端固定在支架上和管2相连，另一端则和连接片4相连，连接片又连接着杠杆6，当弹簧管中承受压力后，其自由端转动，带动轴5转动，通过滑架7，拉杆8等一套传动机构而使指针9转动，指针端部装有记录笔头，用来在记录纸上记录下压力变化的曲线。,二YDS型远传

11、压力表,YDS型远传压力表是用于自动测量各种无腐蚀性气体和液体压力的仪表。此仪表有就地指示装置，也有将压力转换为电信号进行远传的装置；它属于电气压力仪表。,二YDS型远传压力表,图2-4 YDS-型仪表结构图1-一次表；2-电器箱；3-二次表,1.仪器结构,二YDS型远传压力表,震荡器作用：产生一个频率为1200周/秒，幅度为3-4伏的高频电源供给差动变压器工作,放大器将差动变压器的输出信号加以放大送到二次表进行显示。,2.工作原理,二YDS型远传压力表,当压力进入弹簧管后，变送器开始工作，弹簧管自由端A将产生一个位移，这个位移经传动机构转变为角位移，带动指针将压力就地指示在刻度盘上；,二YD

12、S型远传压力表,另一方面，差动变压器的铁芯F在杆B的带动下偏离了原来的中间位置，而向上产生一个垂直位移，这样就破坏了差动变压器次级的电磁平衡，从而在次级输出端产生一个不平衡电动势E，这个E经放大整流后，输出一个我们所需的直流电信号；在控制室的二次表将接受到的直流电信号指示出来。这样就完成了压力的遥测。,三活塞式压力校验器,活塞式压力计又称静重压力计、活塞式压力校验器。结构,压力发生系统,压力测量系统,底座,气泡水准器,三活塞式压力校验器,压力发生系统：包括手摇泵11油杯7及两个阀6、10。在阀上装M201.5的螺母，作用是连接被校验的压力计。,三活塞式压力校验器,压力测量系统包括：活塞、活塞上

13、面的托盘16以及砝码等。,这两部分均安装在同一底座3上，借导管5相连。底座由三只可调滚花螺钉4支撑，底座上面还装有气泡水准器，以观察校验器是否放成水平。,三活塞式压力校验器,活塞式压力计的原理当油（变压器油和蓖麻油）注入校验器内，将油杯阀8关紧，顺时针旋转手轮，由于活塞的移动使油产生一定的压力。当作用在活塞下端的油压与活塞、托盘和砝码的重力以及摩擦力相平衡时，活塞就被托起并稳定在一定位置上，因此根据所加砝码与活塞、托盘的重力以及活塞承压的有效面积就可确定被测压力的数值。,三活塞式压力校验器,活塞式压力计的工作原理是活塞、托盘和专用砝码的重力之和作用在活塞面积上所产生的压力与液压容器内所产生的压

14、力相平衡。被测压力的大小用下式表示：,其中，m0-活塞和托盘的质量（kg）；m-砝码质量（kg）；A-活塞承压的有效面积（米2）；p：工作液压力，Pa。,三活塞式压力校验器,注意：活塞和缸经过很好的表面加工和配合，故摩擦阻力减至最小。由于活塞、油和缸间存在粘滞现象，在加取砝码时，要求转动砝码盘，故起作用的是动摩擦而不是静摩擦。由于活塞的面积和活塞本身的重力固定不变，所以专用砝码的重力和液压所产生的压力具有简单的比例关系。一般生产厂家在出厂前已将砝码校好，并标上相应的压力值，因此校验压力计只要在静压平衡时直接读取砝码数即可。活塞式压力计由制造厂按一给定的g值进行修正，通常g的标准是9.86066

15、5米/秒2，如果有必要，用户还应按当地g的变化进行修正。,三活塞式压力校验器,3压力计校验压力计在制造装配完成后，必须进行校验，以鉴定其技术指标是否符合规定的精度；仪表使用过一段时间后，也需进行校验，看是否符合原来的精度，如果误差超过规定的数值，就应对压力计进行检修，检修后的仪表，还得经校验后才能使用。,三活塞式压力校验器,校验的方法 对压力计进行校验，分为静态校验和动态校验。静态校验主要是测定静态精度，确定仪表的等级，它有两种方法：一种叫“砝码校验法”（使用活塞式压力计进行校验），一种叫“标准表比较法”。,三活塞式压力校验器,标准表比较法是将被测的压力计与一只标准压力计进行比较的方法。选用的

16、标准压力计的精度应该比被校的压力计精度高两极，校验时被较的压力计的读数与标准压力计的数值越接近越好。标准表比较法需要的设备有压力泵（或称压力表校验器）和标准压力计。动态校验主要是测定压力计的动态特性（高频瞬变压力和冲击压力），常用的方法是“激波管法”。,三活塞式压力校验器,砝码校验法是应用静压平衡原理。这种校验方法的基本设备是活塞式压力校验器（或称活塞式压力计）。下面介绍砝码校验的静态校验法 校验压力计以前，将活塞压力计放到便于操作、无震动的工作台上。然后调节支撑螺钉，观察水准器将活塞压力计调至水平。调平 把传压介质（变压器油或蓖麻油）灌入油杯内，反复旋转手摇泵手轮，以排除测量系统内腔中的空气

17、。排空气,三活塞式压力校验器,关死油杯阀8，缓慢地旋转手轮，检查油路是否畅通，若无问题，即可装上被校验的压力计。试压打开油杯阀8，反时针旋转手摇泵手轮，使手摇泵将油吸入气缸内。关死油杯阀，拧开阀6、10、13，顺时针旋转手轮产生初压使活塞盘升起，并旋转活塞盘，直到与定位指示板的刻度线相齐为止。调零,三活塞式压力校验器,把砝码加到活塞盘上，并使砝码和活塞盘处于旋转状态，所加砝码重力应与所校验的压力值相对应。再旋转手轮加压使活塞盘升起，并与定位指示板刻度线相齐。同时，为了减少活塞内的摩擦阻力，应使活塞以不小于30转/分的角速度向顺时针方向旋转。,三活塞式压力校验器,依次增加或减少砝码，校验各需要校

18、验的点。校验完毕后，反时针旋转手轮逐步卸下砝码，最后打开油杯阀8，将砝码全部取下。,三活塞式压力校验器,4压力计的保养 活塞式压力计具有0.2或0.05级的精度。为了确保这样高的精度和延长压力计使用寿命，使用中应注意下列几点：（1）为避免损坏测量系统，在活塞盘上的砝码要轻拿轻放。（2）传压介质必须经过过滤，才可使用，不准混有杂质，并应定期更换。（3）活塞杆和活塞筒不得轻易拆卸，其他部分须定期清洗，清洗和安装时都必须谨慎小心，防止赃物或擦布纤维混入。（4）使用后，将活塞式压力计和砝码擦干净，仪器用罩或塑料布盖好，砝码应放在无腐蚀性的地方，以免生锈或腐蚀而影响精确性。（5）每年应送计量单位或有关部

19、门鉴定一次。,第三节 井下压力测量,井下压力测量的重要性井下压力测试工作所取得的压力资料是油气田开发中的一项重要参数：通过分析井下压力的变化可以研究油气层特性，了解油气田在不同开发阶段的变化，掌握油气田的动态。井下压力也是电缆地层测试、中途测试、试油、试井、生产测井主要测取的参数。,第三节 井下压力测量,测压环境与地面压力测量的不同欲测试压力值的地层在井下数千米，与地面测压最大的区别是压力高，环境温度高。环境温度高会使测压元件受到温度的影响而产生热膨胀，指示和记录发生非线性漂移。所以井下压力计的最大难点在于克服高温的影响而保持较高的精度，设计制造工艺的要求很高。,一CY613-A型井下压力计,

20、根据感压元件和记录方式的不同，机械式井下压力计可分为三种：弹簧管式井下压力计弹簧式井下压力计其它型式机械压力计。,一CY613-A型井下压力计,CY613-A型井下压力计属于弹簧管式井下压力计。国内各油田使用的弹簧管式井下压力计有许多种型号，但其工作原理基本相同，仪表结构大同小异。以CY613-A型井下压力计为例介绍弹簧管式井下压力计的结构和工作原理。,一CY613-A型井下压力计,1仪器结构,弹簧管部分,钟机部分,最高温度计部分,绳帽部分,1-绳帽；2-钟机压紧接头；3-钟机；4-钟筒；5-摩擦轮；6-螺杆上支承；7-记录装置外壳；8-记录筒固定套；9-螺杆；10-支承螺丝；11-记录筒；1

21、2-记录笔；13-固定螺钉；14-记录笔杆；15-记录笔杆承套；16-螺旋弹簧管；17-外壳；18-心脏主体；19-褶皱盒；20-滤网；21-最高温度计；22-温度计外壳；23-金属护套；24-底堵/尾锥；25-毛细钢管,25-毛细钢管,一CY613-A型井下压力计,绳帽部分：作用：用于穿引钢丝、吊挂仪器下井测试。在其端部车有沟槽，以备钢丝被拔断造成仪器落井时进行打捞。钟机部分：它由钟机、摩擦轮、压紧装置、橡胶垫圈及铜垫圈组成。钟机是动力源？,钟机压紧接头,钟机,钟筒,摩擦轮,一CY613-A型井下压力计,弹簧管部分：由压力传递系统和压力记录系统组成；压力传递系统：由褶皱盒、心脏主体，螺旋弹簧

22、管及毛细管等组成记录系统：由记录笔杆，记录筒、螺杆、摩擦轮等组成。由摩擦轮将记录系统与钟机联机起来。,压力传递系统,压力记录系统,一CY613-A型井下压力计,最高温度计部分：由最高温度计室里的温度计和尾锥组成。作用：记录测压过程中仪器所遇到的最高温度。高温温度计装在金属护套内，金属护套装在仪器外壳中。最高温度计的两端有橡胶垫圈及弹簧减震装置。,21-最高温度计；22-温度计外壳；23-金属护套；24-底堵/尾锥；,一CY613-A型井下压力计,2.工作原理仪器采用多圈式弹簧管作为压力测量元件，用毛细钢管来连通褶皱盒（封包）和弹簧管。褶皱盒相当于一个隔离器，以避免毛细管和弹簧管内腔被污物堵塞。

23、褶皱盒、毛细钢管和弹簧管内腔中充满传压介质（通常为邻苯二甲酸二丁脂、乙醚、甲苯、乙基苯等液体）。,一CY613-A型井下压力计,被测压力作用于褶皱盒上，由于传压介质不可压缩，此压力经毛细管传递给弹簧管，使弹簧管随压力的变化而成比例地伸展，当仪器承受测量范围内的最高压力值时，其伸展的角度为240280。弹簧管伸展时带动装在其自由端的记录笔在与弹簧管轴向垂直的平面内旋转，在记录筒内的记录卡片上划出印痕（此印痕的高度与被测压力成正比），同时，记录筒在钟机带动下向下匀速移动。这样就构成了时间压力坐标系统的记录图（记录卡片）。测量卡片上记录的位移（自基线至各记录点的垂直距离），借助校验曲线就可算出各记录

24、点所代表的压力值。,一CY613-A型井下压力计,注意：基线是在仪器下井前人工划出的零位线。当仪器承受测量范围内的最高压力值时，弹簧管伸展的角度为2402800；考虑温度对压力值的影响，在计算压力时还应作温度校正。,3 技术特性及规格参数,表2-1 CY613-A型井下压力计技术特性及规格参数,一CY613-A型井下压力计,4仪器的校验（1）准备 仪器在校验前，必须对传压系统（毛细管、折皱盒、多圈弹簧管）进行抽空灌液，保证整个系统内充满传压介质，否则在系统内会存在一定数量的气体，这些气体的存在使封包感压时首先压缩这部分气体，当气体被压缩到一定程度后，弹簧管才开始动作。这样，就大大降低了仪器的灵

25、敏度和线性度。,抽空灌液的步骤如下：将真空泵、真空计及井下压力计连接好；开动真空泵并随时注意观察真空计读数；当抽成真空后，关闭玻璃阀门I，观察十分钟，以真空计的示值不降为合格；若示值下降，说明真空系统或仪器传压系统有漏气之处，必须细心查找并处理后再抽成真空。当确认仪器充填传压介质的空间为真空后，关闭阀门I，并打开阀门III，让液体自动进入仪器空间。灌注时可用手扭动多圈弹簧管数次，以便尽快使其充满液体。,抽空灌液示意图1-传压介质；2-井下压力计；3-真空计；4-真空泵,一CY613-A型井下压力计,（2）校验 由于弹簧管式井下压力计在测量时记录的曲线不能直接表示压力，要确定实际被测压力还要预先

26、确定记录笔位移与所对应压力的关系，这一关系是压力计在使用前进行校验时确定的。校验时仪器应垂直放置。确定要校验的压力：一般要求从起始压力值起按一定的压力间隔加压至测量仪器上限的80%，选择510个校验压力。确定校验用压力计：井下压力计通常用比被校仪器精度高两极的活塞式压力计进行校验。校验内容：包括室温校验、高温校验、灵敏限测定和校验资料的整理。,一CY613-A型井下压力计,A 室温校验用连接管线和接头将仪器与活塞式压力计连接起来；装好记录卡片，使记录笔在记录卡片上画出基线；用活塞式压力计的油杯、活塞筒把油灌满仪器空腔；在活塞式压力计的底盘上依次安放砝码，使之等于选定压力间隔范围的各个校验点的压

27、力值；,一CY613-A型井下压力计,转动活塞式压力计的手轮，平衡砝码，使活塞压力计的底盘处于工作位置；转动底盘，打开通往仪器的进压闸门；每改变一次校验压力，按照正反正的方向转动划线指示器，使被校压力计画出一个记录“台阶”，依次在卡片上记录下各校验压力下的位移值；记录下最大校验压力后将压力逐次降到零值，然后再重复校验两次，得出室温下校验的校验记录卡片，如图2-17。,一CY613-A型井下压力计,B：高温校验 为了求得温度校正值，可将仪器置于恒温油浴中，将油浴升温到仪器使用中可能遇到的最高温度，恒温4045分钟后进行校验，方法同室温校验，也可以得到形状如图2-12的校验记录卡片。,一CY613

28、-A型井下压力计,C：测定灵敏限先给仪器加上等于测量上限20%的检查压力P，然后再依次把等于测量上限的1%、0.5%、0.3%、和0.2%的压力附加于仪器上，每一附加压力连续做两次。此后在仪器承受测量上限的50%和80%的检查压力的情况下给予同样大小的附加压力进行重复测定。仪器灵敏限测定记录图形如图所示：,一CY613-A型井下压力计,检查结束后在记录图上找出三个检查压力中最明显的最小压力增量台阶（P）。依下面关系式计算灵敏限S：D：校验资料的整理根据所记录的校验曲线，进行校验资料整理，确定压力计最大测量误差和变差，其计算步骤如下：,一CY613-A型井下压力计,当被校验压力计在所有校验压力下

29、的最大绝对误差均小于压力计允许的最大绝对误差时，压力计即为合格。将表2-1的校验数据在直角坐标系中，以平均值为纵坐标，以校验压力为横坐标绘出校验曲线，作为以后压力计实测压力时的标准使用。,二应变压力计,特点：应变压力计可以连续测量管线中的压力，并且将信号传输到地面。结构应变压力计由一个圆柱体构成（图2-7）；圆柱体的上部是实心的，上面绕有参考线圈；圆柱体的下部是一个空腔，上面绕有应变线圈；圆柱体的外部处于大气压下，所要测量的压力由管线引入内部空腔。,二应变压力计,工作原理当空腔内的压力与圆柱体外部的压力不同时，空腔受到压力，空腔的外部筒体产生弹性形变，这一形变传递至应变线圈，使线圈的直流电阻发

30、生改变，电阻的变化用惠斯登电桥进行测量。应变线圈和参考线圈都是镍铬合金材料制成的，其电阻变化很小，输出信号在毫伏数量级，最大输出电压为26mV。为了保持工作的稳定性，应变压力计封闭于一个充满干氦的容器中。,二应变压力计,2影响应变压力计精度的因素应变压力计主要受温度和滞后的影响。温度影响是由于温度的变化，镍铬合金线的电阻率变化引起的。滞后影响是由于测量压力总要滞后于真实压力引起的。滞后引起的误差要大于温度引起的误差。,二应变压力计,滞后影响由于应变压力计结构特点，应变压力计测量的压力变化率要小于实际压力的变化率。或者说，在压力增加时，测量压力低于实际压力；在压力减小时，测量压力高于实际压力。滞

31、后影响由测量之前上升和下降的最大和最小压力值决定。,对滞后影响的研究结果表明，用压力增加方式施加压力的滞后校正量比用压力减小的方式要小。按照这个结论，由于地层压力和钻井液柱压力随着深度的增加而增加，所以为了使滞后影响最小，在压力测量时应该采用下放测量，即从井口到井底的测量方式。滞后影响与仪器测量的重复性无关。如果用两次测量过程和条件完全相同的测量结果进行对比，压力的重复性误差是6.895kPa（1psi）。,二应变压力计,温度影响镍铬合金线的电阻率随温度变化而变化，当在圆柱体两端的温度相同时，参考线圈与应变线圈受到的温度影响是一样的，这时应变压力计不受温度的影响。但是在井下仪器中，液压部分的机

32、械运动和供电电源都要产生热量，它们产生的温度变化不可避免地影响应变压力计的测量。,根据实验结果，压力计在下放测量时需要5min温度达到平衡，在提升测量时需要稳定的时间要长得多。在下放过程中，钻井液的温度受地层温度的影响越来越高，所以下放是个增温过程。反之，提升过程是个降温过程。因此，压力计的温度平衡在增温过程中受温度影响小。由上可知，仪器在下放测量的方式中受滞后影响与温度影响最小。因此，建议尽量采用下放测量方式。,三石英晶体压力计,1.优缺点优点：与应变压力计相比，石英压力计有很高的分辨率和很好的重复性，测量精度比较高，现在越来越多地代替了弹簧管压力计，用在新一代的电缆地层测试器中，从而使测量

33、精度大大提高。缺点：唯一缺点是对温度的变化敏感，在测量地层压力以前需要几分钟时间，使压力计的温度稳定平衡。,三石英晶体压力计,2.结构由外壳、单片石英晶体、导热板和压力缓冲管组成。石英晶体是压力传感器，呈圆筒状，石英晶体的上端与下端用垫圈密封，晶体中间抽成真空形成谐振腔，通过缓冲管与井管相连。,三石英晶体压力计,3.原理温度恒定时，谐振腔的谐振频率只与压力大小有关。当从缓冲管引入的测试压力改变时，谐振腔的频率将发生变化。在大气压与室温下，其谐振频率大约为4MHz；当压力改变1psi时，谐振频率改变1.5Hz。在确定压力和频率的关系以后，就可以从测出的谐振频率换算出压力值。,三石英晶体压力计,注

34、意：测试时为了检测温度的变化，在石英压力计的外部有一个与仪器内晶体完全相同的参考石英晶体。参考晶体与测试环境接触，但与压力绝缘，它可以显示出石英晶体谐振频率随温度的变化。用测量晶体的信号与参考晶体的信号进行对比，对测量信号进行温度补偿，就得到了准确的测量结果。,三石英晶体压力计,4.HP石英晶体压力计是由惠普公司生产的压力计，主要用于井筒压力测量。Schlumberger公司的模块地层测试器（MDT）上采用了这一传感器。,三石英晶体压力计,结构特点 该仪器有两个石英传感器（晶体），参考晶体和测量晶体。参考晶体只受井眼温度影响而不受井眼压力影响，它的固有频率受温度影响用于监测井筒温度的变化；测量

35、晶体既受温度影响又受压力影响。,图2-9是用于生产测井的HP石英晶体压力计的结构示意图。,地面上数控压力控制面板的信号由两种频率构成：一种与所测温度成比例，另一种与所测压力成比例，计算机压力控制面板接收这两个信号并直接将其与所适合的函数对应。测量时，测压晶体被液体均匀包围着，它使井内压力能均匀的传到探头的晶体表面。,工作原理仪器上有一个测压孔，它使井内压力通过硅油传到测量晶体上；两个石英晶体（或振荡器）之间的频率差经频率倍增后其信号通过电缆输送到地面；,三石英晶体压力计,图2-10是石英晶体压力现场测井图。从图可以看出，2978m处为气水界面，压力曲线在该处发生了明显变化，这说明石英晶体压力计

36、的灵敏度很高。,温度对石英晶体压力计测量精度的影响 温度对石英晶体压力计有很大影响，它有两种来源：一种是测量时，要求测量晶体与参考晶体之间的温差不能大于0.1，否则就测量不到精确值。当两个晶体间的温差小于1时，精度为满刻度的0.025%；温差小于10时，精度为1%；温差在20内时，精度为2.5%。,三石英晶体压力计,三石英晶体压力计,另一种是被测的压力突然变化会引起测量晶体内部产生热量，热量使晶体的温度升高产生温差。为了得到准确的测量结果，必须等到温度达到平衡。根据实验结果，等待的时间大约需要几十分钟。例如当某种型号的石英压力计从空气中浸入水中，水中的压力比空气中大得多，使测量晶体发热，根据实

37、验测量需要29min达到温度平衡。,三石英晶体压力计,压力计的性能特点HP石英晶体压力计仪器外径为36.5mm，长度为100cm，最大工作压力12000psi，压力测量范围为20011000psi，温度测量范围为32300，测量时间为1s时分辨率为0.01psi，测量时间为10s时分辨率为0.001psi。若压力计缓冲管或测量晶体外壳中圈闭有一些气体将会给测量带来误差。,三石英晶体压力计,仪器标定分两个步骤：一是采集连续的压力数据；二是用计算机处理这些数据。,三石英晶体压力计,标定的具体方法和步骤：在当地压力条件下，给出压力标定值200、1000、2000、4000、6000、8000、100

38、00和11000psi；分别在温度为25、50、75、100和150时记录各压力下的刻度测量值，在每个温度下要测取一个升压过程和一个降压过程中的压力（两个压力值），其目的用于确定迟滞性。测量完后，就可以计算出刻度系数。注意：压力标定通常在室内完成，一年刻度一次。如果压力计在不超过技术要求的范围内使用，所测结果通常被认为是可靠的。,数据记录格式表,四毛细管测压技术,1.测压计算的发展为了准确测取井下压力数据的变化，已经由使用机械式井下压力计发展到利用高精度石英晶体电子压力计实施井下压力监测。由于石英晶体电子压力计耐高温性能差，即在高温井中容易失去控制和损坏器件，同时无法对生产井进行长期、随时的井

39、下监测等缺陷，已无法满足高温井、生产井、已下入电潜泵或螺杆泵井对井下压力监测的要求。,毛细钢管测压装置比较好地解决了这些矛盾。该技术从80年代起已经在美国、加拿大、日本和菲律宾等许多国家的油气井压力监测中得到了广泛应用。1994年该装置首次在中国新疆塔里木油田投入使用，取得了良好的使用效果，获得准确的井下压力监测数据。,四毛细管测压技术,2.设备组成 毛细管测压设备主要由地面部分(氮气源、氮气压缩机、压力变送器、计算机、数据采集器)和井下部分(毛细钢管、氮气桶)组成。,地面部分,井下部分,3.该系统的工作原理是,毛细管测压技术的基本原理是帕斯卡定律：利用密闭式氮气筒同毛细钢管相连接，氮气筒和毛

40、细钢管内充满氮气，氮气筒同毛细钢管一同下入井下被测位置；,氮气桶底端开孔与井筒连通，根据帕斯卡定律，井下测压点处的压力与传压筒内的气体压力相等，由毛细钢管内的氮气将传压筒内的压力传递到井口；,变送器测出地面一端毛细钢管中的氮气压力后，将信号传送到数据采集器；数据采集器根据测压深度和温度值完成井下氮气柱压力的计算及井下压力的校正，并将校正好的井下压力数据显示并储存起来；记录下来的井下实测压力数据由计算机回放后处理分析。,四毛细管测压技术,注意：毛细钢管和氮气桶中均充满氮气，氮气气源由在井口的普通工业氮气瓶提供，必要时使用高压氮气压缩机将氮气吹扫至毛细钢管及井下氮气桶中。氮气桶的内容积比毛细钢管内

41、容积大几十倍，作用是为系统提供驱气容积，使之在井下压力变化时，保持氮气桶内气一液两相界面深度的基本稳定。为保证井筒内液体不会充满传压筒而进入毛细钢管，传压筒内的惰性气体要定期进行补充，以维持井液与高压气体接触的气液面平衡。,四毛细管测压技术,4.井下压力计算 由于在毛细管测压系统中，氮气处于高温高压环境，属非理想气体，这里采用真实气体的范德瓦尔特方程。,四毛细管测压技术,求氮气的摩尔体积。当气体温度和压力一定时，可以用范德瓦尔特方程求出操作状态下氮气的摩尔体积。,四毛细管测压技术,求氮气的密度，g/m3；氮气的摩尔质量，M=28.013g/mol,四毛细管测压技术,井下毛细管内氮气的温度和压力

42、自上而下是不断增加的，应分段计算。假定井筒温度变化是连续的，毛细管内氮气密度变化也是连续的，将氮气柱平均分为n段，则第i段的密度为,四毛细管测压技术,井下压力计算。当氮气与井内液体压力达到平衡后，有：,四毛细管测压技术,5主要技术参数毛细钢管：外径3.175mm，内径1.371 mm。氮气筒：内容积由测压深度和井内压力决定，测压点越深，压力越高，其内容积越大；长度和外径由内容积和井的套管内径决定。氮气：工业等级，纯度大于99.9%。压力变送器：量程040MPa（也可根据实际需要改变量程），相对精度0.02%。分辨率0.000689 MPa。氮气压缩机：额定排气压力70 MPa。数据采集器：数据

43、采集间隔1s，存储4000个数据。,四毛细管测压技术,6影响测试精度的因素平均井筒温度（根据地层温度和井口温度推算）对测试精度有影响。改善测试精度的途径是：及时输入比较准确的平均井筒温度；随毛细钢管下入测温装置。甲烷气体对测试精度有影响。井下原油中含有大量甲烷气体，其分子量只有氮气的55.9%，当甲烷气体从原油中脱出与氮气混合后，就会降低氮气密度，使测试结果较真实值偏大。改善测试精度的途径是定期向井下毛细钢管内注入氮气。,五、普鲁特（PRUETT）7000型毛细钢管试井测压装置,1工作原理自学装置类型活动式装置，这种安装方式的设备在实施井下压力监测时，用毛细钢管通过滚筒将传压筒下至预定深度，压

44、力监测完毕，上提毛细钢管即可将传压筒起出井口，然后即可移至下一口井实施压力监测。固定安装式，该种安装方式的设备是作为生产管柱的一部分与生产管柱一同下入井内，长期监测井下压力使用的。,3.组成以固定安装式设备为例，介绍主要设施：井下传压筒：容纳一定体积的氦或氮气，当井下压力增大时，其中一部分气体被压入与之相连的毛细钢管内，提供一定驱气容积，以防止井内介质进入毛细钢管；当井内压力减小时，内部气体膨胀，部分气体可由下部的引压孔排出。毛细钢管：承装氦或氮气，连接传压筒及地面压力传感器，将传压筒内的压力传递到地面。,毛细钢管绑扎带：用以将毛细钢管夹紧固定在每根油管上。传感器：为充液式石英晶体传感器，用以

45、测量毛细钢管末端的压力。MicroMax数据采集器：储存井下压力数据，并带有即时液晶显示。BlueMax，Ms-1数据处理装置：可与压力传感器直接通讯、显示、记录、打印数据，亦可与MicroMax直接通讯，对MicroMax进行编程设定。回放数据及输出、打印，也可以通过硬接线，遥测或调制解调器链路发送给用户。,4用途,（1）长期监测产层压力。（2）压力恢复测试。（3）压降测试。（4）挤注压力测试。（5）流动台阶状产量试井。（6）干扰试井。,（7）多层垂直干扰试井。（8）地面直读井下压力数据（9）重复回放压力数据。（10）实时记录和存储井下压力数据。（11）高温试井(+371）。（12）可进行时

46、间间隔压力记录选择。（13）压裂效果测试。（14）监测气举阀筒工作效率。（15）监测电潜泵上方流体液面。（16）监测电潜泵泵效。,5使用范围,（1）单或多层生产监测井下压力单或多层生产监测井下压力装置是一种在同一口井中，利用同一组生产管串进行分层开采，测取相应生产层压力数据的半永久性固定式毛细钢管测压装置。它适用于各种类型油、气生产井的长期压力监测，为及时调整油、气井产量，分析油、气层生产状况，提供直接精确的压力参数。(见图2-12、2-13）,图2-12 单层生产测压管串 图2-13 多层生产测压管串,（2）在电潜泵和气举管柱井中监测压力 电潜泵和气举管柱测压装置是一种随电潜泵或气举完井管柱下井，长期监测井下压力的半永久性固定式毛细钢管测压装置。若使用电潜泵，毛细钢管可附在电缆旁一起固定到管柱外侧。该装置可为油田长期监测井下液面变化，及时调整油、气井产量，提供直接和精确的压力参数，同时可为电潜泵欠载实施报警。（见图2-14、2-15）,图2-14 电潜泵测压管串 图2-15 气举测压管串,