基于PIC16F877單片機(jī)的井下壓力測(cè)量技術(shù)研究

摘要：描述了以PIC16F877單片機(jī)為主控制器的壓力檢測(cè)系統(tǒng)，它主要以惰性氣體作為壓力傳遞介質(zhì)，在地面完成井口氣體壓力的測(cè)量，然后通過(guò)井口壓力的大小推算井下測(cè)壓深度處壓力大小。詳細(xì)敘述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法，整個(gè)系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)顯示等。經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，這種壓力檢測(cè)系統(tǒng)具有精度高、穩(wěn)定性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可滿足測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求。
關(guān)鍵詞：PIC16F877；測(cè)壓；數(shù)據(jù)采集；實(shí)時(shí)顯示

目前，我國(guó)油井主要采用的是電子式井下壓力測(cè)量系統(tǒng)，由于電子壓力傳感器長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境中，所以存在漂移問(wèn)題，而且可靠性不高。同時(shí)這種儀器大多數(shù)將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，缺乏實(shí)時(shí)性測(cè)量的要求。而本文所介紹的井下壓力采集系統(tǒng)是一種新型的壓力測(cè)量系統(tǒng)，其主要是以惰性氣體作為壓力傳遞介質(zhì)，在地面完成對(duì)井口氣體壓力的測(cè)量，然后通過(guò)井口壓力的大小推算井下測(cè)壓點(diǎn)處壓力大小。其主要特點(diǎn)是所有的測(cè)量都在地面上進(jìn)行，避免了井下復(fù)雜環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響，同時(shí)也滿足了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

1 井下壓力測(cè)量系統(tǒng)工作原理
井下測(cè)壓系統(tǒng)的基本原理是帕斯卡定理。整個(gè)套管設(shè)備在測(cè)壓時(shí)被下放到井下測(cè)壓點(diǎn)處，地面可以通過(guò)壓力泵向傳壓筒內(nèi)充放氣體，為維持井液與高壓氣體接觸的氣液面平衡，傳壓筒里面的氣體要定期進(jìn)行補(bǔ)充。根據(jù)帕斯卡定理，傳壓筒內(nèi)氣體的壓力等于井液的壓力，將信號(hào)采集到PIC16F877中，在PIC16F877中根據(jù)相應(yīng)的算法計(jì)算出井內(nèi)的壓力值，并進(jìn)行存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)回放。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
壓力檢測(cè)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、數(shù)據(jù)顯示以及數(shù)據(jù)回放。數(shù)據(jù)采集電路主要使用PIC16F 877單片機(jī)對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)電路使用型號(hào)FLASH存儲(chǔ)芯片；數(shù)據(jù)顯示使用的是智能顯示器；數(shù)據(jù)回放采用RS-232串行接口，將存儲(chǔ)在flash芯片中的數(shù)據(jù)回放到計(jì)算機(jī)中。圖1為壓力檢測(cè)硬件電路的設(shè)計(jì)框圖。

2．1 壓力傳感器的選取
壓力的測(cè)量一直以來(lái)受到壓力傳感器技術(shù)的制約，其測(cè)量的準(zhǔn)確程度取決于壓力傳感器的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，最后決定選用德國(guó)HeLM公司生產(chǎn)的HM10高精度壓阻式壓力傳感器，此傳感器采用了最堅(jiān)固可靠的壓力敏感元件，特別適合于野外的壓力測(cè)量。 HM10主要的性能指標(biāo)如下：
1)工作溫度：-40～85℃
2)沖 擊：100 g，11 ms
3)振 動(dòng)：10 gRMS．20～2 000 Hz條件下無(wú)變化
4)壓力量程：-0．1 MPa～0～10 kPa…70 MPa