石油井下测量压力传感器设计及制造

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随着石油开采液面不断的深入,对井下石油采集压力监测用传感器的耐压能力和正常工作温度范围提出了更高的要求。当石油开采界面深入地平线5000m以上时,石油开采页面的压力会达到40MPa~50MPa,温度会达到130℃~150℃。为保证深井石油开采工作的安全稳定,需要对石油开采液面的压力进行长期监测。当前石油开采过程中主要的监测手段就是在井下石油开采设备中内置压力传感器,使其与井下采油管路相连通,通过监测管路中的压力来控制整体采油设备的运行。作为压力监控的核心器件,目前市场上国产的商用或工业用压力传感器工作温度大都在125℃以下,无法满足日益复杂的井下石油开采恶劣环境。因此研制一款工作温度可达到150℃,可耐受40MPa~50MPa压力的石油井下测量用传感器,有效解决髙井深环境下高温、高压测量这一技术难题,提升国产商用石油井下测量压力类传感器的技术水平,解决石油井下采油压力监测的关键技术和特种压力传感器制造问题,具有重要的实践意义。本文从压力传感器最基础的芯片设计制作出发,针对石油井下测量所需要的耐高温高压等具体需求,结合现有技术平台与多年传感器研制经验,重新设计及优化压力敏感芯片的研制方案及工艺流程,通过结构设计与仿真拓展芯片的压力测量范围,开展芯片钝化层制作技术、耐高温电极制作技术、芯片静电键合技术等技术瓶颈的攻关,有效提升了压力敏感芯片的工作温度范围,针对井下石油开采界面复杂恶劣的环境条件开展耐腐蚀芯片封装技术研究,并设计了专用的配套调理电路进行信号的调理与转换,实现了环境压力信号到标准电信号的转换,并用标准压力计量设备对传感器进行检测和验证,获取产品的最终性能指标。除此之外本文还模拟井下实际采油设备的运行情况搭建了一个测试系统,将研制的压力传感器连入系统进行测试,从实际使用的层面对研制的压力传感器进行验证考核,通过实际的测试结果证明本文研制的传感器性能指标合格的同时具备良好的实用性。有效保障研制的压力传感器满足井下石油开采液面长期稳定工作要求。通过完成石油井下测量压力传感器的设计及制造,现已成功突破压力敏感芯片长期稳定性和压力敏感器件的恶劣环境适应性两项关键技术,使现有压力传感器测量范围及工作温度提升到符合深井石油井下开采的实际需求,可以有效的填补国产商用压力传感器在石油井下压力测量领域中的缺失。后续工作将以石油井下测量压力传感器研制过程中积累经验为基础,对现有同类型传感器设计生产及制造流程进行改进和完善,将研制的传感器从实验室的样品阶段进一步推进到可以市场化推广的成熟产品。
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