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，鞠晓东1，陈福利2，张淑品21中国石油大学（北京）资源信息学院2中国地质大学（北京）能源学院摘要:通过对压力仪器刻度数据的处理分析，能够提高对测井压力仪器性能状况的认识。为最大限度的提高压力刻度数据的应用效果，减少压力温度补偿过程的计算误差，提高压力测量精度，通过几种计算方法对压力刻度数据进行温度补偿处理，以二维、三维图形方式直观显示了温度-压力-频率三种数据之间的关系，对比结果分析表明：利用最小二乘法处理结果得到的压力温度补偿系数对压力测井进行温度补偿结果最好。关键词：测井，压力仪器，刻度，温度补偿，误差分析，应用0引言在石油勘探开发中，压力参数是油藏监测和评价的重要参数，压力信息通常由压力仪器测量得到。对于大多数压力参数使用者而言，往往关心的只是压力计（仪器）的准确度，也就是我们平常所说的精度等级；而对于压力计检定部门而言，由于检测的过程基本是在环境条件很好的实验室里进行的，检测的依据是压力计检定规程，一般都是通过判断当时检测结果的极限误差来确定其准确度等级，而往往忽略了压力计由于使用的环境的不同，出厂时的一些相关指标的不同，其使用中的不确定因素不同。另外，按照现在的压力计国家检定规程，压力计的检定周期一般都为一年，对于那些稳定性比较差的低精度的压力计而言，其在周期内的使用就可能产生许多不可预知的误差结果。为了提高压力测井的精度和可靠性，在测井压力计使用过程中必须加强压力计的刻度检定和管理工作，即加强压力仪器的“三性一化”（即稳定性、重复性、一致性、标准化）工作，压力参数测试单位对压力计的刻度检定和管理工作重点放在压力仪器的定期检定和刻度过程上，压力测量和资料评价工作中容易忽视对压力刻度参数的处理分析和应用这一重要环节。1压力仪器检定与刻度测试压力仪器的测试与检定工作是保持压力参数测量精度的基础性工作，一般由仪器计量检定部门组织完成，主要方式是对仪器进行定期刻度。对于压力计而言，长期稳定性应该是最重要的指标之一，极限误差不好的压力计，如果具有良好的长期稳定性的话，还可以进行定点修正使用，如果仪器长期稳定性差，仪器就基本不能正常使用了，所以稳定性指标是压力计测量的重要指标，在压力计定期检定中要记录并保存好刻度台帐，分析仪器的长期稳定性指标。对于压力计而言，由于温度的变化往往对传感器的性能造成很大的影响，所以压力计一定要有温度影响的指标，目前大多数厂家都已经对压力计的温度影响进行了温度补偿，以便在特定的温度范围内使温度影响产生的不确定度最小，对于国外进口的压力计而言，其都会给出一个工作温度范围，在这个工作温度范围内，压力计的温度影响产生的不确定度是可以忽略的，这个温度范围在定型鉴定时已经进行验证的。对于超出此温度范围的温度影响造成的测量不确定度，厂家应该给出具体的指标。1）刻度的基本条件根据压力仪器刻度的国家标准，标准压力源需要根据压力传感器综合精度进行选择，例如，0.05%FS精度的压力传感器，标准压力源选择的最低标准是精度为0.02%FS。室内温度条件应保持(20±1)℃。恒温系统的温度波动应小于0.5℃，测温精度小于1.0℃，测温探头接近被刻度压力传感器,温度指示分辨率最小位可达0.1℃。数据采集系统的精度不超过传感器基本误差的10%～20%[2]。2）刻度方法刻度前首先要进行传感器状态调整,以便获得相对稳定的零点和灵敏度，状态调整是保证刻度成功和有效的关键一步，经过充分老化和状态调整的传感器在采集系统预热稳定后便可进行刻度过程。由于高精度的压力是用多项式最小二乘法拟合方法来求得的，为了求解方程的需要，对刻度点数有一个最低要求，如温度用三阶方程拟合，则每一温度值压力刻度点至少有4点，一般采用5点;压力又是用三阶拟合，则每一温度值压力刻度点至少有4点，一般采用5点，以保证更好拟合。在进行压力刻度时，可以预定4个温度点，在每一温度点恒温条件下，从量程起始点到满量程由标准压力计产生5个压力，然后同时读下压力、温度、压力晶振频率和测温晶振频率，刻度顺序应从最高温度点开始，一般从状态调整后即转入高温点刻度过程，同一温度点的压力刻度从高压到低压然后又回高压完成一次循环，每一压力点应稳定10min后读数，一次循环后若发现刻度数据有问题应在同一温度点下进行第二次循环测试。3）刻度记录根据压力测井仪器的计量检定规程和仪器刻度规程要求，进行刻度并记录刻度所需要记录的所有信息，为压力仪器的刻度和分析提供必要的信息资源。表1是对9804#、DDL063#压力仪器进行刻度检定的部分纪录。表19804#、DDL063#压力仪器刻度数据表检定条件刻度仪器、日期、计数率9804#9804#DDL063#温度oC压力(psi)2003年1月2003年8月2003年8月压力刻度数据的处理和分析压力刻度数据的处理主要包括压力仪器的温度补偿系数计算、误差分析、当前稳定性和长期稳定性分析、重复性分析、同类型仪器的一致性分析等。压力测量的环境温度补偿是通过压力计标准刻度器的刻度建立起来的，通过压力仪器的温度刻度并对刻度参数处理即可获得压力仪器的温度补偿系数。根据HewlettPackard所建立的数学模型，在一定的温度下，压力工程值可看成仪器计数率的四次多项式，压力计的压力传感器在环境温度ti下输出的频率与压力之间的关系为432FKFJFIFHGP•+•+•+•+=（1）式中P为工作温度为ti时压力计工作量程内的压力值，单位MPa或PSI；F为压力P作用下压力传感器的频率输出，单位Hz；该值与压力计环境温度和压力有关。G、H、I、J、K为测试环境温度ti下的压力校准系数,据此可通过不同的频率响应，求得不同温度下的压力-频率系数。G、H、I、J、K系数分别是温度的三次多项式响应，可用下列方程组计算,⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧•+•+•+=•+•+•+=•+•+•+=•+•+•+=•+•+•+=323232323232103210321032103210TKTKTKKKTJTJTJJJTITITIIITHTHTHHHTGTGTGGG（2）式中G0,G1,G2,G3为压力校准系数G在温度ti的温度修正系数;H0,H1,H2,H3为压力校准系数H在温度ti的温度修正系数;I0,I1,I2,I3为压力校准系数I在温度ti的温度修正系数;J0,J1,J2,J3为压力校准系数J在温度ti的温度修正系数。求解压力温度补偿系数的计算方法很多[3]，可以通过刻度数据，将已知的温度频率代入得到不同压力下的由上述系数构成的线性代数方程组，解此方程组从而得到压力温度补偿系数，解方程组可以利用高斯消元法，正交分解法,直接三角分解法，迭代法等。也可以利用最小二乘法拟合等方法来处理刻度数据，求解压力温度补偿系数。表2是以DDL063#仪器的2003年8月刻度数据为例，通过最小二乘法求解压力仪器温度补偿系数结果。表2DDL063#压力计刻度计算的温度补偿系数项目GHIJK01.230982504580120E+05-6.252710939363430E+041.163200935898040E+04-9.268343008929220E+022.714126166701030E+011-4.413391914509870E+032.210673040002170E+03-4.056274647037130E+023.237453149455340E+01-9.493904134671130E-0124.822853076876020E+01-2.418995551642070E+014.443667988266210E+00-3.550101329873550E-011.041948483293950E-023-1.664928972669090E-018.358480373108530E-02-1.536654645579850E-021.228458043178920E-03-3.607511104862370E-05对各种计算方法的优劣进行评价，要进行误差分析。分别利用高斯消元法、正交变化法、最小二乘法温度补偿系数计算结果，回代得到压力工程值，将工程值刻度值与计算的回代值之差的绝对值作为该压力点处的绝对误差，见表3。绝对误差分析表明，在同一压力下，温度逐渐升高，通过高斯消元法和最小二乘法求解计算出的误差逐渐增大，且不同的计算方法所得到的误差相差很大，其中用高斯消元法所得的误差最大，正交分解解法精度居中，而用最小二乘法计算的误差最小，因此效果最好。由于刻度数据存在系统误差和偶然误差，利用实验室刻度数据解方程组的方法计算的温度补偿系数有局限性。当刻度数据点较多时，涉及到数据点的最优选取问题，优选出符合仪器响应规律的刻度数据是需要经验和试验的。大多数压力仪器存在非线性误差，用最小二乘法进行刻度数据拟合，可以在保证刻度数据充分反映仪器响应的基础上充分使用刻度数据，提高温度补偿系数的计算精度，并利于提高压力测量结果的精确性。表3温度补偿系数刻度三种处理方法绝对误差对比分析表检定测试条件绝对误差结果压力温度高斯消元法正交分解法最小二乘法(psi)(℃)503.758557340916E-071.525904735900E-091.432454155292E-11805.381900791690E-074.192315827822E-091.391526893713E-101106.625202786381E-071.032276486512E-102.391971065663E-1015001407.485427886422E-072.903789209086E-095.497895472217E-10505.013002919441E-071.005446392810E-097.730704965070E-11807.069102139212E-079.094947017729E-111.818989403546E-101108.710026122571E-075.002220859751E-103.833520167973E-1030001409.811019481276E-072.429715095786E-098.030838216655E-10506.318205123534E-071.155058271252E-101.400621840730E-10808.887882358977E-076.093614501879E-102.273736754432E-101101.089780198527E-064.774847184308E-105.838955985382E-1045001401.232727299794E-062.903107088059E-091.105945557356E-09507.752514648018E-077.585185812786E-102.237356966361E-10801.082