油气田监测高性能微传感器及数字化系统

赵玉龙，牛 喆，周冠武，赵立波，蒋庄德

（1.西安交通大学机械工程学院，西安 710049；2.西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049）

（1.School of Mechanical Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China；2.State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China）

1 前言

随着石化工业的不断发展，传感器在高温高压环境下应用的要求也在不断增加，为适应不同的高温高压环境，其种类需求也在不断增大。目前，我国高性能传感器主要依赖进口，严重制约了许多领域的发展。石油行业对传感器需求巨大，数字化油气田是国内石化工业的重要发展目标，传感器是整个系统的基础。研究低成本、高稳定性油井监测微传感器及系统是油气田数字化系统高效平稳运行的需要，同时可带动行业技术水平的提升，意义重大[1]。为了适应油气田管理要求，确保其生产的高效运行和有效控制，克服传统现场控制系统存在布线困难、移动不便、数据处理能力差、实时性差和远程控制难度大等缺点，设计了一套油气井生产监测系统，以实现实时现场控制和远程控制。

2 油气田监测高温高压压力传感器研究

2.1 高温高压传感器芯片设计原理

压阻式压力传感器是一种基于压阻效应原理，将物理信号转化成可测得的电信号的传感方式。压阻效应是指材料受到应力作用时，其电阻或电阻率发生明显变化的现象。压阻效应是在1856年由英国物理学家Thomson首先发现的，并在1923年由Bridgemen通过实验进行了验证。在高温高压传感器芯片的设计中，主要利用了单晶硅的压阻效 应[2，3]。

硅的压阻效应是在1954年由Smith发现的[4]。……