[主题词] 测试测井；仪器；高温；高压；半导体；电路
前 言
目前，油井随着深度的增加，相应深度的温度呈上升趋势，不同的油藏(温度/深度)梯度存在差异，但总体温度趋势随深度增加而增加。产液井产出部位一般均呈现温度高于井筒平均温度的现象，通过判断温度曲线，可以确定射孔各层位产业量相对大小；对于注水井来说，吸水层位呈现温度低于井筒平均温度的现象，通过判断温度曲线，可以确定吸收层位吸水量相对大小；所以确定相应深度的温度很重要，要确定此项参数，仪器串就得耐得住高温，才能取准温度值。同时随着深度的增加，相应深度的压力呈上升趋势，对于低渗透的井，加上注水压力，相应深度的压力将高于静液柱压力，在高压状态下将考量仪器串的密封性能，电路板一旦进液轻则损坏功能部分，或者短路造成仪器的测量部分将失效，重则损坏整块电路板，造成测试测井任务失败。
1、高温对测试井仪器的影响
1.1 温度对半导体元器件的影响
进入21世纪，半导体的应用，直至超大规模集成电路的应用，使电子产品以及机电一体化产品日益走向小型化、智能化的时代，人类文明也因此被推向了一个新的高度。但半导体存在一个致命弱点，就是对温度很敏感，随着温度的增加，它的各项参数会随之改变，主要是本征载流子密度随温度增加而增加，使PN 结反向电流明显增加，进而导致工作点漂移，漏电流增加，功耗增加，元器件温度急剧升高，最终导致元器件老化甚至击穿短路直接烧毁，这就是温度对半导体器件的直接影响。
某厂陀螺组合测井仪下井施工，其中伽玛井温磁定位测井仪，地面配接正常，上井下测一直正常，下井4000m后，测得井温120℃，井温开始跳尖。将有问题的伽玛井温磁定位测井仪返厂，进行检测，厂家提供的检测记录如下：
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检测记录显示仪器工作正常，仪器返回后，配接原温度探头，下井施工发现原先问题仍然存在；对原温度探头进行检测发现，在100℃条件下，连续工作超过10min，温度值跳，判断原温度探头损坏；更换温度探头后，下井施工，初期正常，随着使用时间增加后，又出现高温温度跳的问题；后要求厂家进行改造设计，采用耐高温元件，包裹绝热材料，并在高温时对温度探头进行自动降压，修正所测流体温度与实际温度偏差，最终成功解决问题，完成正常测井任务，可见温度对测试井仪器的影响是很直接的。
1.2 密闭容器对电子仪器的影响
目前，石油行业使用的测试测井仪器，均包含金属外壳和电路板、传感器、机械执行部分组成，其中电路板及半导体元件被装在金属外管内，密封的金属外壳使电子仪器有了很好的电磁屏蔽效果，接头部分通过密封圈进行密封，电子电路被密封在密闭容器内，防止外界流体渗入电路部分，造成仪器损坏，测试井仪器就是密闭容器内的电子仪器。这就产生了一个问题，密闭容器内不可避免的进入空气，电子仪器与金属外管之间空间狭小，有限的空气是不良热导体，密封电子仪器的热流密度以指数比例迅速增长，大量热量聚集在密封电子仪器内部直接影响了电路及半导体元器件的工作状况，造成工作效能下降或失效，内部高温无法散去，半导体元件会出现老化甚至损坏。据不完全统计，由于散热不良导致仪器设备损坏的比率占仪器设备总损坏率的55%，甚至更高；著名的“10℃法则”⑴称，电子器件环境温度每升高10℃，其失效率就会增加一个数量级，密闭容器内的电子仪器在工作时，由于电子仪器产生的热量较难散去，此时环境温度较难影响电子仪器内温的不断升高，长期通电情况下，上述情况将往复循环下去，高温将使电子仪器失效或损坏。
密闭金属容器内的电子仪器，在油水井内碰触高温流体时，工作状况将更加恶化。测试井仪器在下井施工过程中，接触井内流体后，随着深度的增加，井内流体温度逐渐升高，金属是热良导体，此时高温井内流体的热量传导至测试井仪器金属外壳，电路板及半导体元器件在外部及内部的双重高温作用下，测试井仪器将出现迅速失效或损坏的状况。
另一个在高温高压油水井中容易出现故障的就是电缆，在高温高压井中，温度的增加会导致电缆电阻的增加，使电缆传输的信号产生较大的衰减，测出的数值会大幅失真甚至无值；高温还会在电缆缆芯中产生铜损，日积月累，缆芯在不确定处会比其余处直径小，加上电流的热效应、电缆的起下遇到较高的表面张力、自重增加的多重作用，缆芯在此处会发生断裂，造成仪器不工作，在地面设备上显示的结果是无值。
2、高压对测试井仪器的影响
部分油水井内存在腐蚀性气体，会对测试井仪器的○型密封圈造成侵蚀，使密封失效，腐蚀性气体和水的进入，都会对测试井仪器的电路绝缘造成损坏，出现测试井仪器工作过程中，地面设备显示仪器工作电流异常，仪器内部出现电路短路现象。
在日常使用过程中，随着拆卸和保养频次增加，螺纹扣的配合公差变大，间隙变大，在井内高温高压的情况下，地层矿化水容易进入，造成电路故障或电路短路；测试测井仪器的传感器部分，由于封装工艺的问题，在高压环境下，也会出现进液，如图(压力探头)造成传感器部分内部短路，或是液体通过探头进入仪器其余部分，致使整个仪器串工作失效，或部分功能失效，造成测试井施工失败。
电缆在使用过程中，如若绝缘层出现破损，井内高矿化度流体在高压作用下会进入电缆，造成电缆短路，地面设备显示为仪器工作电流异常升高，为判断仪器故障还是电缆故障带来困难。
3、结论
1、在测试测井仪器下井施工过程中，高温主要影响仪器、电缆的可靠性和稳定性，高压的影响次之，主要取决于封装工艺及密封圈材质的选取。
2、实际测试井施工时，高温和高压往往同时出现，它的存在为测试井仪器的整体设计提出了更高的要求。
参考文献
[1] 孙怀义 智能仪表的可靠性设计与评估技术 〖期刊论文〗 工业控制计算机 2001(9)
[2] 姜国 井下仪器高温电路设计方法研究 〖期刊论文〗石油仪器 2005(6)
作者简介：
谢碧波（1978-）；男；常州大学（石油工程）专业；机械助理工程师；设备管理研究；青海油田测试公司。
论文作者:谢碧波
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/29
标签：仪器论文; 温度论文; 测试论文; 高温论文; 电子仪器论文; 高压论文; 工作论文; 《科学与技术》2019年19期论文;