基于PIC16F877單片機(jī)的井下壓力測量技術(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量，然后通過井口壓力的大小推算井下測壓深度處壓力大小。詳細(xì)敘述了系統(tǒng)設(shè)計原理與軟硬件的實現(xiàn)方法，整個系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)顯示等。經(jīng)過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗驗證，這種壓力檢測系統(tǒng)具有精度高、穩(wěn)定性好、實時性強(qiáng)等優(yōu)點，可滿足測量現(xiàn)場環(huán)境的要求。
關(guān)鍵詞：PIC16F877；測壓；數(shù)據(jù)采集；實時顯示

目前，我國油井主要采用的是電子式井下壓力測量系統(tǒng)，由于電子壓力傳感器長期工作在高溫環(huán)境中，所以存在漂移問題，而且可靠性不高。同時這種儀器大多數(shù)將采集的數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，缺乏實時性測量的要求。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)，在地面完成對井口氣體壓力的測量，然后通過井口壓力的大小推算井下測壓點處壓力大小。其主要特點是所有的測量都在地面上進(jìn)行，避免了井下復(fù)雜環(huán)境對測量結(jié)果造成的影響，同時也滿足了系統(tǒng)的實時性要求。

1 井下壓力測量系統(tǒng)工作原理
井下測壓系統(tǒng)的基本原理是帕斯卡定理。整個套管設(shè)備在測壓時被下放到井下測壓點處，地面可以通過壓力泵向傳壓筒內(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，將信號采集到PIC16F877中，在PIC16F877中根據(jù)相應(yīng)的算法計算出井內(nèi)的壓力值，并進(jìn)行存儲、實時顯示和數(shù)據(jù)回放。

2 硬件電路設(shè)計
壓力檢測系統(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)對壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集數(shù)據(jù)，存儲電路使用型號FLASH存儲芯片；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，將存儲在flash芯片中的數(shù)據(jù)回放到計算機(jī)中。圖1為壓力檢測硬件電路的設(shè)計框圖。

2．1 壓力傳感器的選取
壓力的測量一直以來受到壓力傳感器技術(shù)的制約，其測量的準(zhǔn)確程度取決于壓力傳感器的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)壓力檢測系統(tǒng)的設(shè)計要求，最后決定選用德國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固可靠的壓力敏感元件，特別適合于野外的壓力測量。 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：10 gRMS．20～2 000 Hz條件下無變化
4)壓力量程：-0．1 MPa～0～10 kPa…70 MPa