עיצוב Robust Adcs עבור הסביבה האפרית ב חקר הנפט והגז

עיצוב Robust ADCs עבור הסביבה Harsh במחקרי נפט וגז

בתעשיית הנפט והגז, החיפוש מתרחש לעתים קרובות בחלק מהסביבות הקיצוניות ביותר על פני כדור הארץ.מהקפי הקפאה של הארקטי למדברים המתפתלים של המזרח התיכון והמעמקים המדכאים ביותר של בארות עמוקים-ים, קידוח וציוד מדידה חייבים לסבול תנאים שיהרוסו במהירות אלקטרוניקה סטנדרטית.בלב מערכות רכישה רבות של נתונים הוא האנליסט-ל-ד-הניתוח הדיגיטלי, כלומר, לא רק, אלא של תהליכים קריטיים, אלא של שליטה פיזית, לא-זמנית, אלא של לחץ פיזי, אלא של תהליכים, אלא של חומרים, אלא של תהליכים חיוניים, אלא של חומרים, אלא של חומרים חיוניים, כלומר, לא-קריטציה, אלא של חומרים, כלומר, כלומר, כלומר, לא רק על בסיס-זמנית, לחץ פיזי, לחץ פיזי, הוא לחץ פיזי, הוא לחץ פיזיקלימיים, לא-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אווירי-אוויריים, הוא רק על בסיס-אוויר-אוויר-אווירי-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אין-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-אוויר-

הסכומים גבוהים.כשל ADC יחיד יכול לעצור את פעילות הקידוח, לפגוע בכלים יקרים, ואפילו ליצור סכנות בטיחות. להיפך, ADC מעוצב היטב, מחוספס מבטיח קריאה מדויקת לאורך תקופות ארוכות, מקטין את עלויות התחזוקה, ומאפשר קבלת החלטות בזמן אמת. מאמר זה חוקר את האתגרים המרכזיים, שיקולים מתקדמים, וטכנולוגיות מתפתחות המאפשרות ADC לבצע פעולות ללא ספק בעולם של חקר גז.

הבנת האתגרים הסביבתיים החרשים

סביבות מחקר נפט וגז כפופות לאלקטרוניקה לשילוב ייחודי של מתחים שלעתים נדירות מתרחשים יחד בתעשיות אחרות.הלחצים האלה מדגימים רכיבים דרך כישלון קטסטרופלי מיידי ולבוש ארוך טווח.

טמפרטורה קיצונית

פעולות פני השטח באזורים הצפוניים יכולות לחוות טמפרטורות נמוכות כמו -50 מעלות צלזיוס, בעוד תנאי הנפילה ליד תרגיל bit ובאזורים גיאותרמיים בטמפרטורה גבוהה עולים באופן שגרתי על 175 מעלות צלזיוס, אפילו באקלים בינוני, האופניים התרמיים בין יום ולילה או במהלך התערבות טובה יכולים לגרום להתרחבות וההתכווצות של מפרקים מוכרים וממשקים חומריים.

לחץ גבוה ולחצים הידרוסטטיים

לחץ על השבר בארות עמוקות יכול לעלות על 20,000 psi (1380 בר) לחצים אלה לא רק לדחוס את החבילה ADC אלא גם לכפות נוזלים וגזים לתוך פערים מיקרוסקופיים, המוביל מעגלים קצרים או התקפה כימית.האריזות ADC חייב להיות מתוכנן לעמוד בלחץ הידרוסטטי ללא סדקים או מחיקה.יתר על כן, לחץ על אופניים במהלך השלמת ייצור יכול להיות חיתולים להוביל לכישלון.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

פעולות קידוח לייצר רטט מכני אינטנסיבי, לעתים קרובות בתדרים מרובים בו זמנית.מחרוזת התרגיל יכול לחוות עומסי הלם מ bitcape או היווצרות מעברים. ציוד Surface ליד משאבות ומנועי גם לראות רטט נמוך מתמשך. ADCs רכוב על פלטפורמות אלה חייב לסבול האצות עד 20 גרם RMS על טווח תדר רחב (10 הרץ עד 2 k) ללא סיבוכים אותות או גרימת שגיאות bit.

סוכנים קורוזיים וקונסולים

אתרי מחקר חושפים אלקטרוניקה לסולפיד מימן (HFLT:0rea2FLT:1S), פחמן דו חמצני, chlorine, גז sour, אשר יכול לשחיקה מובילי מתכת ועמודות חיבור. מלח מסביבות ימיות מאיץ את קורוזיון, אך נוזלים משתנים מכילים לעתים קרובות חלקיקים מחוסנים, פחמימנים, מים וכל אשר ניתן לבודדים של ה-APTD2Fate משותף, אך הם כוללים ציפויים חשמליים.

רעש חשמל והפרעות כוח

ציוד כוח גבוה על הובלת חומרים - מנועים, משאבות, גנרטורים - יוצר הפרעה אלקטרומגנטית משמעותית (EMI) ארוך כבל פועל בין החיישן ו- ADC יכול להרים רעש משותף.בנוסף, אספקת חשמל במקומות מרוחקים הם לעתים קרובות בלתי יציבים, עם דיסלקציות גדולות, גלידות וספיקים.

שיקולים עיצוביים קריטיים עבור Downhole ו- Surface ADCs

עיצוב ADC מחוספס דורש גישה הוליסטית המתייחסת לכל שכבה מהתהליך המוליכים למחצה לשילוב ברמת המערכת.הסעיפים הבאים מפורטים את גורמי העיצוב החשובים ביותר.

טווח טמפרטורה רחב

(החלת ADC שיכולה לפעול בטווח הטמפרטורה המלא המיועד הוא הצעד הראשון.עם זאת, הטמפרטורה משפיעה גם על הפרמטרים של ADC: סחף התחלה, סחף, חוסר לינאריות בלתי-מילולית (INL), ויחסי אות לגוון (SNR) למנתגות דיוק, מהנדסים חייבים לבחור סימנים של דירוג גבוה של ALTFLT1 ו-Flowb:

לחץ עם Packaging

חבילת ADC חייבת למנוע לחץ להגיע לסיליקון עדין למות.פתרונות כוללים:0hermetic קרמיקה חבילות FLT:1 עם מתכת לחמי מתכת, אשר יכול לעמוד בלחץ הידרוסטטי גבוה.עבור יישומים קיצוניים למטה, מהנדסים עשויים להשתמש 385:2oil-Ricated או דחוס שלה מ-FLT 3, כדי לספק לעתים קרובות לחץ שווה על פני ימות בעוד שמירה על קושחיתים חיצוני של LT5 ל-FD.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

(הופנה מהדף [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

קורוזיה והגנה על זיהום

(הופנה מהדף ⁇ ) "הגנה על קורוזיה" היא בעיקר חומרים ובעיית ציפויים (בדרך כלל קרמיקה או פולימידית לסביבות קיצוניות) שנבחרה להתנגדות הכימית שלה, כל משטחים החיצוניים של החבילה צריכים להיות מצופים עם AFLT:0parylene או Polyurethane convenion 1 לאחר ההטלה, תוך טיפול כדי למנוע אזורים שצריכים להיחשף חשמלית (כמו מחסנים)

כוח אספקת יציבות וחידוש רעש

(ו) כי לפלטפורמות הנפט והגז יש כוח בלתי מבוקר, ADCs חייב להיות רחב יותר סובלנות למתח (למשל, 3.3V ל-5V) ויחס דחיית כוח גבוה (PSRR) שנבנה-inFLT:0LDO הרגולטורים ל-ALT 1 או FLT:2switching הרגולטורים עם תוספת של 2 מדבקת לאחר LTFLT3 יכול להשתלב ב-ADCD.

ADC אדריכלות עבור יישומים מוגזמים

לא כל התנצלויות ADC מתאימים באותה מידה לסביבות קשות.בחירה של אדריכלות תלויה ברזולוציה הנדרשת, קצב הדגימה, ואת אופי האות הפיזי נמדד.

Sigma-Delta ( ⁇ - ⁇ ) ADCs

(ההגירים של Sigma-delta משמשים נרחב בשמן וגז עבור קידוד נמוך, מדידות ברזולוציה גבוהה כגון לחץ, טמפרטורה, אותות גיאופוניים שלהם, תכונות oversampling ורעש, מספקים חסינות מצוינת לרעש בפס 3, אשר יתרון בטמפרטורות קידוח רועשות של ADC) ו-ADCsto ADCs מציעים גם חסינות מעולה ל-FLT:0digitalischesuals (Falisches) אשר ניתן לנסחפוחיות חום נמוך של 242 (Ficicials) ל-HD) ל-Ficicials) ל-F {CDC (למשל, 000) ל-Fictei) כדי ל-Ficicte CDC) כדי לפשט את ה-Ficteto ADC) להגדרה של 2, 000.

נספח (SAR) ADCs

(ADCs העדיפו את שיעורי הדגימה הגבוהים יותר (hundreds of kHz למספר MHz) תוך שמירה על החלטה סבירה (12-18 ביטים) הם משמשים לעתים קרובות בכלי אחסון (LWD) אשר צריכים ללכוד נתונים מרובים ערוצים מחיישנים אקוסטיים או גרעיניים.

פלאש ו-Pipelined ADCs (עבור High-Speed Acoustic / Rdar)

במחקר סיסמי ובטלמטריות אקוסטיות, יש צורך בשיעורי מדגם גבוהים מאוד (עשרות מ"הרץ) בפלאש ובצנרת ADCs לספק את המהירויות האלה, אך לצרוך יותר כוח ויש להם טביעות רגל גדולות יותר, אשר מסבך ניהול תרמי.עבור סביבות קשות, ה- ADCs פחות נפוץ והם בדרך כלל מוגבלים בציוד משטח או מבהרות היטב בתנאי חור עם התקדמות פעילה ב-FLT:0-temptures עדיין שיפור תהליכים אלה, אך עדיין יש יותר, אך עדיין שיפור תהליכי הגמישות, אך עדיין יש יותר, אך עדיין יותר, אך ורק יותר, אך ורק יותר, אך ורק יותר, אך ורק יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, שיפור תהליכי ה-FCMVatervatervatervatervatervatervatervaterupating יותר, אך עדיין יש יותר, אך ורק על פני השטח שלהם, יש שיפור יעיל יותר, אך עדיין יש יותר, אך ורק יותר, אך עדיין יש יותר, אך ורק יותר, לעומת זאת, יש שיפור תהליכי ה-R.

קרינה - ADCs

עבור פלטפורמות offshore ליד כלי אחסון גרעיני או בתנאים עמוקים דמויי שטח, אפקטים קרינה כגון מנה הכוללת של יון (TID) וטרעים חד-קרקעי (SEU) יכול להשחית ADC קוראים. קרינה-Hard ADCs מוטבע עם sulating שכבות (למשל, SOI) וקשוח על ידי עיצוב (למשל, שגיאות תיקון, בעוד ש- ADCsquaremeds יקרים אלה הם מציעים 1DS) רכיבים קריטיים עבור תכונות קריטיות (DS) 1DS) ו-DS) ו-DS) ו-DS (DDDDS) ו-DDR.

אסטרטגיות ניהוליות חריפות ל-ADC

גם עם ה- ADCs המהיר ביותר, ניהול החום בתוך כלי נפילה מוגבל או ארון פני השטח הוא חיוני. ADC עצמו מתפזר כוח, ורכיבים סמוכים (מיקרומעבדים, מגבר, אספקת חשמל) להוסיף חום יותר.אם חום זה לא יכול לברוח, הטמפרטורה הפנימית של ADC עצמה עשויה לעלות על גבול התפעול הבטוח שלה, מה שגורם לסחף או להיכשל.

(ב) [ה]הטבעת ההטבעה:0] היא מאתגרת בבדיקות קטנות של סנטימטר בלבד, לעתים קרובות גוף הכלים עצמו משמש כטביעה חום; חבילת ADC חייבת להיות מוליכות תרמית טובה לכלי המחוספס באמצעות משקעים תרמיים, כריות או הפחתה ישירה של אמצעי שינה (FLT:2 קירור:2 מחץ 3) באמצעות תרמואלקטריקציה נמוכה (C) או מנקה, אך ורק למקסימום של אור חום (DV) או לדרגה נמוכה (DV) או לצמצום של אורו-DVal) או לצמצום של אור.

(במדברים בעידן גבוה או ליד שרידים, ⁇ :0) אלקטרוניקה מחוספסת אוויר קירור אווירי (FLT:1) היא נפוצה.

בחירת חומרים ואריזות טכנולוגיות

בחירת החומרים לחבילת ADC, תת-קרקעית, וחיבור ישיר משפיע ישירות על האמינות.השולחן מתחת לסכמת אפשרויות חומריות אופייניות:

Component	Materials	Key Properties
Package base	Alumina (Al₂O₃), Aluminum Nitride (AlN), Kovar	High thermal conductivity, low CTE mismatch with silicon
Sealing lid	Kovar, Alloy 42, Stainless steel with gold plating	Hermetic, corrosion-resistant, matched CTE
Die attach	Epoxy (filled), eutectic AuSi, Ag sintering	High shear strength, stable up to 200°C, low stress
Wire bonds	Gold (99.99%)	Low resistivity, corrosion resistance, fatigue life
Conformal coating	Parylene-C, Polyurethane, Silicone	Moisture barrier, chemical resistance, dielectric

(ה) לאמינות הגבוהה ביותר, (FLT:0) להקות שטוחות (CQFP) ⁇ FLT:1 או FLT:2ceramic pins (CPGA) vedph 3) מועדות על אריזה פלסטית.חבילות אלה מציעות צמחי מרפאה ועלולים לעמוד >175 מעלות צלזיוס ברציפות, הם יקרים יותר ויש להם טביעות רגל גדולות יותר עבור עלויות בינוניות / ביצועים מתקדמים (F) עם כמה LT5 מעלות צלזיוס, עם כמה מחסנים, 000 מעלות צלזיוס, עם LT.

פרוטוקולי בדיקה ואימות

לפני הפריסה, ADCs לסביבות קשות חייב לעבור בדיקות הסמכה קפדניות כדי להבטיח שהם עומדים באמינות המפורטת.

(FLT:0) חיים של הפעלה בזמן גבוה (HTOLrea): FLT 1 1000+ שעות בטמפרטורה מקסימלית מדורג עם פעולה רציפה, מדידה של סחף בתחילת, רווח ורעש.
(FLT:0) הרכיבה של טמפרל: 1FLT בדרך כלל 500 מחזורים מ -55 מעלות C ל +175 ° C (או כפי שצוין) עם זמן מגורים של 15 דקות וקצב המעבר של 15 מעלות צלזיוס /מין, לבדוק עבור סדקים החבילה וכשלונות האג"ח.
(FLT:0) Pressure רכיבה על אופניים: 1FLT: לחץ הידרוסטטי מ 0 ללחץ מלא (למשל, 20,000 psi) עבור 1000 מחזורים, ולא אימות דליפה או השפלה בביצועים.
(FLT:0) זעזועים מכניים: 1FLT:1 חצי-סין הדופק של 1500 גרם שיא, 0.5 מ' אורך, 3 גרזן, 5 פעימות לכל ציר.
(FLT:0)Vibration:FLT:1 Sinusoidal גורף מ 10 הרץ עד 2 kHz ב 20 g שיא, 4 גורים לכל ציר.דוטה אקראית עם צפיפות ספקטרלית של 0.01 גרם 2 /Hz במשך 5 שעות בציר.
(FLT:0) תרסיס וחשיפה H2S: ההרחבה 1 (H2S): חשיפה של 96 שעות ל-5% נקל ריסס או 10 ppm H2S עם 95% RH ב 30°C, בדיקת קורוזיה.
(FLT:0ESD ו- latch-up Testing:03: ההרחבה האנושית של מודל גוף האדם (HBM) 2 kV ומודל ההתקן המופקד (CDM) 500 V, יחד עם בדיקות latchup ב-125°C.

(הופנה מהדף ADCs לעתים קרובות לעמוד בסטנדרטים כגון:0.10.8833 ⁇ FLT 1 או FLT:2 ISO 151363FLT 3 (עבור ציוד להורדת נפט) מעבדות בדיקה מוסמך כמו FLT:4Element Materials TechnologyFLT:5 לספק שירותים אלה עבור ADCs המשמש שמן וגז.

מחקר מקרה: ⁇ הארקטית של ADCs

חברת מחקר נפט מובילה לאחרונה צי של ADCs מחוספס בחצי האי ים, סיביר, שבו טמפרטורות החורף יכולות לרדת ל -50 מעלות צלזיוס.הכלי הכלים כללו מספר רב של לחץ וחיישנים טמפרטורה, כל אחד מהם עם sigma-delta ADC תוכנן עבור ADC-55 מעלות C ל +150 C. ה- ADCs הוכנו בדלקים עם חום-שלפוחית חום עם 3 סיביות (או-C) שנותרה בטווח של אלקטרוניקה נמוך יותר מגובה (או-APTMA) ו-C) למשך זמן קצר לפני זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר לאחר זמן קצר (ADC-ADC-41 עד בינונית (כולל קומפקטי) היה מוגבל).

מגמות מתפתחות בעיצוב ADC עבור נפט וגז

Silicon Carbide (SiC) ו- Wide-Bandgap Semiconductors

חומרים רחבים פסים כמו SiC יכול לפעול בטמפרטורות צומת מעל 600 מעלות צלזיוס, הרבה מעבר לגבולות הסיליקון. SiC ADCs עדיין ניסיוניים, אך מבטיחים לחסל את הצורך קירור פעיל בכלים הנפילה.מחקר עדכני באוניברסיטאות כגון FLT:0 Carnegie Mellon UniversityFLT:1 הוכיח פונקציות ADC בסיסיות בסיינטק ב 400 מעלות צלזיוס.

שילוב עם חיישנים MEMS

חיישנים רבים של חרות (מדכאים, מאידרמונים, גריסקופים) הם Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) המייצרים פלטים אנלוגיים. integrating the ADC ו- MEMS על אותו ימות או באותה חבילה מפחיתה את קצב הטפילים ומשפרת את ביצועי הרעש.

הסתגלות והגשמה עצמית

(ה-ADCs) עתיד לכלול אלגוריתמים מתאימים (FLT:0) אלגוריתמים מתאימים לאלגוריתמים (FLT:0) 1 (התיקים) אשר יכולים להאריך את החיים השימושיים של ADC ללא צורך בשיקום בשדה, חלק מהמחקר הוא חקר FLT:2undredir) ניתן להאריך את החיים השימושיים של ADC ללא צורך בהגדרה ביקורתית (ADC) כאשר הוא יכול להיות מחלף ניתוח קריטי של מבנה (ADC).

Wireless ו- Battery-Powered ADCs

עבור ניטור מרחוק ורגישות זמנית, כוח נמוך ADCs עם ממשק אלחוטי משולב הם צובר מתח. מרכיבים אלה צריכים להיות חזקים מאוד כי הם עשויים להיות פרוס במשך שנים ללא תחזוקה.ההה של FLT:0ultra-low-low-Power sigma-delta ADCsFLT:1 צריכת פחות מ μW מאפשר סוללות או אנרגיה-harsings, הם ללא ספק, אבל טיפול אלחוטי הוא מאתגר.

מסקנה

תכנון ADCs חזקים לסביבות קשות בחקר הנפט והגז דורש תשומת לב קפדנית לקיצוניות הטמפרטורה, לחץ גבוה, רטט, קורוזיה, ורעש חשמלי.העיצובים המצליחים ביותר משלבים מבחר ארכיטקטורת זהירות (sigma-delta) לדיוק, SAR למהירויות), טכנולוגיות סוללות מתקדמות (הקרמיקה הרמטית, ציפויים תואמים), ובדיקות יסודיות יותר (HTOL, לחץ על אופניים, וכו ') כמו גם כדי לקדם את האזורים המתקדמים יותר ויותר יעילים יותר, כמו גם אינטגרציה בטוחה יותר, כמו גם אזורי רכישה גיאוריד, , , מחסנים, מחסנים, , סוללת אחסון, מחסנים מדויקים יותר, מחסנים מדויקים יותר, , , סוללת אבטחה גבוהה יותר, , מחסנים בטוחים יותר, מחסנים, קרמיקה, סוללת אבטחה גבוהה יותר, , , מחסנים, , , , מחסנים, מחסנים, קרמיקה, מחסנים מאובטחים יותר, קרמיקה, קרמיקה, סוללת אבטחה גבוהה יותר, קרמיקה, קרמיקה, קרמיקה, קרמיקה מהירה יותר, סוללת אבטחה מהירה יותר, סוללת אבטחה גבוהה יותר, סוללת