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地下石油和天然氣行業對高溫壓力傳感器設計和可靠性帶來挑戰

發布時間:2014-10-4      發布人:向日葵破解版ioses公司      點擊:

許多行業都需要能夠在極端高溫等惡劣環境下能可靠工作的電子傳感設備。依照傳統做法,在設計需要在常溫範圍之外工作的電子設備時,工程師必須采用主動或被動冷卻技術,但某些應用可能無法進行冷卻,或是電子設備在高溫下工作時更為有利,可提升係統可靠性或降低成本。目前最大的高溫電子設備(>150°C)應用領域是地下石油和天然氣行業。在該應用中,工作溫度和地下井深成函數關係。全球地熱梯度一般為25°C/km深度,某些地區更大。

油田高溫壓力傳感器

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過去,鑽探作業最高在150°C至175°C的溫度範圍內進行,然而,由於地下易鑽探自然資源儲備的減少和技術進步,行業的鑽探深度開始加深,同時也開始在地熱梯度較高的地區進行鑽探。這些惡劣的地下井溫度超過200°C,壓力超過25 kPSI。主動冷卻技術在這種惡劣環境下不太現實,被動冷卻技術在發熱不限於電子設備時也不太有效。

地下鑽探行業中高溫電子設備的應用十分複雜。首先,在鑽探作業過程中,電子設備和傳感器會引導鑽探設備並監控其狀態是否正常。隨著定向鑽探技術的出現,高溫地質導向儀器必須將鑽孔位置精確引導至地質目標。

鑽孔時或鑽孔剛結束時,精密的井下儀器會收集周圍的地質構造數據。這種做法稱為測井可以測量電阻率、放射性、聲音傳播時間、磁共振和其他屬性,以便確定地質構造特性,如岩性、孔隙度、滲透率,以及水/烴飽和度。通過這些數據,地質學家可以從構造上對岩石類型進行判斷,還可以判斷存在的流體類型及其位置,以及含流體區域能否提取出足夠數量的碳氫化合物。

最後,在完成和生產階段,電子係統會監控壓力、溫度、振動和多相位流動,並主動控製閥門。要滿足這些需求,需要有一個完整的高性能元件信號鏈。係統可靠性是最重要的因素,因為設備故障會造成極高的停機成本。在地下數英裏作業的鑽柱如果出現電子組件故障,需要一天以上的時間來檢修及更換,操作複雜深水海上鑽井平台每天大約需要花費上100萬美元!

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