Tasarım Robust Harsh Ortaları için Adcs Petrol ve Gaz Keşfeti

Robust ADCs for Harsh Environments in Oil and Gas Exploration

Petrol ve gaz endüstrisinde, araştırma sıklıkla Dünyadaki en aşırı ortamlarda gerçekleşir. Kuzey Doğu'nun ürpertici çölleri ve derin deniz kuyularının yüksek basınçlı derinlikleri, sondaj ve ölçüm ekipmanlarının çoğu, standart elektronikleri hızla yok edecek bir şekilde tahrip edilir. Birçok veri toplama sistemleri, Analog- Dijital dağıtım (ADC) için analitik bir gerekliliktir, fiziksel sinyalleri çeviren kritik bir bileşendir - sıcaklık, basınç, vibrasyon, akış - analiz ve kontrol için sağlam bir şekilde dijital veriye sahip olmalıdır.

Borçlar yüksek. Tek ADC başarısızlığı, sondaj operasyonlarını durdurabilir, pahalı düşüş aletlerini durdurabilir ve hatta ADC'nin petrol ve gaz aramalarında güvenilir bir şekilde gerçekleştirmesini sağlar.

Harsh Çevre Meydanlarını Anlamak

Petrol ve gaz arama ortamları, diğer endüstrilerde nadiren birlikte meydana gelen streslerin eşsiz bir kombinasyonunun ele geçirilmesine tabi elektroniktir. Bu stresler hem acil felaket başarısızlığı hem de uzun vadeli aşınma yoluyla parçalara ayrılır. birincil çevresel zorluklar şunlardır:

Aşırı Sıcaklık Değerleri

Kuzey bölgelerindeki yüzey işlemleri, gün ve gece arasındaki ısınmış hava sıcaklıklarını düşük bir şekilde deneyimleyebilir -50°C, standart olarak yüksek sıcaklık jeotermal bölgelerin yakınında yer alır ve bunları aşırı derecede yüksek oranda geri döndürür.

Yüksek Basınç ve Hidrostatik Stres

Derin kuyularda yer alan düşüşler 20.000 psi (1380 bar) aşabilir, ancak ADC paketini baskıya sokuyor ve ayrıca kısa devrelere veya kimyasal saldırıya yol açıyor. ADC ambalajı çatlakları veya kırılma olmadan hidrostatik baskıya dayanmalıdır. Ayrıca, bisiklet tamamlanma ve üretim sırasında baskı sadece yorgunluk ve gazlar da olaysal başarısızlıklara yol açabilir.

Titreşim ve Şok

Sondaj işlemleri yoğun mekanik titreşim yaratır, çoğu zaman birden fazla frekansta hızlanır veya form geçişleri azaltır. Yüzey ekipmanı pompalar ve motorlar yakınında sürekli düşük frekanslı titreşimler görür. Bu platformlarda monte edilen ADCs, 20 g RMS'ye geniş frekans aralığına kadar hız verir (10 Hz to 2 kHz) sinyal bütünlüğünden veya biraz hataya neden olabilir.

Corrosive ve Contated Agents

Keşif siteleri, hidrojen sulfidye (H[DÜDÜ:0)2) ile karbon dioksit, klor ve sour gazı, ki bu da metaller ve peçetler ile donduruyor.(Dört) Deniz ortamlarından kaynaklanan tuz spreyi genellikle yumuşak partiküller, hidrokarbonlar ve su içerler, tüm bunlar kötü mühürlenmiş konutlar olmadan uygulanmalıdır.

Elektrik Gürültü ve Güç Disturbances

Bir sondaj rig üzerinde yüksek güç ekipmanı - motorlar, pompalar, jeneratörler - önemli elektromanyetik müdahale (EMI) sensör ve ADC arasında uzun kablo, ortak mod gürültüsünü alabilir.Ayrıca, uzaktan konumlarda güç malzemeleri genellikle büyük ölçüde dengesizdir, büyük ölçüde artışlar ve artışlar ile Robust ADCs şunları içermelidir:0 Güç kaynağı reddetme[D) ve DDC ile çalışır farklı giriş üst düzey girişler

ADC paketi, hassas silikonun ölümüne ulaşmasından baskıyı önlemeli. Ortak çözümler şunlardır:0)Templeik seramik paketler , metal kapaklarla birlikte yüksek hidrostatik baskıya dayanabilecektir. Aşırı delik uygulamaları için mühendisler, sık sık sık dış sistemle dolu veya sıkıştırılabilir mühürler[Döneticiler için baskılar için 5 ).

Titreşim ve Şok Mession

Titreşim toleransı hem ambalaj hem de devre tasarımı ile elde edilir. Mekanik olarak, ADC ölmesi ile eklenmelidir:0)epoxy veya eutectic satılanlar). yüksek heFLT: 4,00 bileşikler altında yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (Dönetici)[Düzücükler, elektriksel olarak, ADC)

Korozyon ve Contaminant Koruma

Korozyon koruması öncelikle bir malzeme ve kaplama problemidir. ADC substratı (genellikle seramik veya poliimide aşırı ortamlar için seçilir) kimyasal direniş için seçilir. paketin tüm dış yüzeyleri bir şekilde dekore edilmelidir:0)paryle veya poliurethane uygun kaplama).

Güç Tedariki Stability ve Gürültü Rejeksiyon

Petrol ve gaz platformları genellikle rekreasyonsız güce sahip olduğundan, ADC'ler (Dönetici) veya yüksek güç tedarik oranı (PSR) ile yüksek çözünürlükte (C) ile ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı

Almış Uygulama için ADC Architectures for Ruggedized Applications

Tüm ADC topolojileri sert ortamlara eşit derecede uygun değildir. Mimarlık seçimi gerekli karara, örnekleme oranına ve fiziksel sinyalin doğasını ölçmektedir.

Sigma-Delta ( ⁇ -345) ADCs

Sigma-delta dönüştürücüler, düşük frekanslı yüzeyler için petrol ve gazda yaygın olarak kullanılır, basınç, sıcaklık ve geophone sinyalleri gibi yüksek çözünürlüklü ölçümler sunar. Aşırı gürültü ve gürültüyü azaltmak için özellikleri, elektriksel olarak gürültülü delme ortamlarında avantajlıdır.Modern sigma-delta ADCs ayrıca yüksek çözünürlükte bulunur:0).

Başarılı Approximation Register (SAR) ADCs

SAR ADCs daha yüksek örnekleme oranları için tercih edilir (birkaç milimetreye kadar kHz'nin birkaç milimetreye kadar) makul bir karar verirken (örneğin, yüksek çözünürlükte) genellikle geçiş yaparken daha hassastır (LWD) aranır ve filtrelemeye ihtiyaç duyan araçlar gereklidir. Bazı yeni SAR ADCs, hız gecikmesi için önemli değildir (yönetici).

Flash ve Borulu ADCs (Yüksek Hızlı Akustik / Radar)

sismik keşif ve akustik telemetri, çok yüksek örnek oranları (örneğin, s.) ihtiyaç vardır. Flash ve boru hatları ADC'ler bu hızları verir, ancak daha fazla güç harcar ve daha büyük bir ölüm ayak izi vardır, ki bu ADCs daha az yaygındır ve genellikle yüzey ekipmanı veya iyi düşünülmüş durumdadır.

Radyasyonu Zorladı ADCs

Nükleer kayıt aletlerine veya derin uzay benzeri koşullarda, toplam iyonize doz (TID) ve tek-event üzgünleri (SEUs) gibi radyasyon etkileri ADC okumaları yozlaşmış olabilir.Profesyonel veri alımı için kritiktir.TheFLT:0Consing katmanları (e.g., SOI) ve diğer satıcılar Bay ADC'ye göre sertleştirilmişlerdir.

Güvenilir ADC Operasyonları için Termal Yönetim Stratejileri

En iyi geniş sıcaklık ADC'ler ile bile, ısıyı sınırlı bir alt delik aracı veya yüzey dolabı içinde yönetmek önemlidir. ADC'nin kendisi güç ve bitişik bileşenler (mikroişlemciler, yükselteçler, güç malzemeleri) daha fazla ısıyı eklerse, ADC'nin iç sıcaklığı güvenli işletim limitini geçebilir, sürüklenebilir veya başarısızlıklara neden olabilir.

[FONT:0]Heat lavabo tasarımı[[Dönetici:0) Küçük hacimli problarda meydan okumalıdır. genellikle araç gövdesinin kendisi ısı batağı olarak hizmet eder; ADC paketi, termal yağlar, pedler veya doğrudan monte yoluyla şapel için iyi ısı iletkenliği olmalıdır. aşırı durumlarda, ).

Yüksek sıcaklık çöllerinde veya fırınların yakınında yüzey elektronikleri için, [[Düzük:0) Hava soğutması) yaygındır, ancak, eğer ortam hava toz veya kororatif gazlar taşırsa, ADC filtreli veya mühürlenmiş bir dolapta kapalı olmalıdır. Bazı tasarımları kullanımlıdır.

Malzeme Seçimi ve Ambalaj Teknolojileri

ADC paketi, substrat ve interconnect için malzeme seçimi doğrudan güvenilirlik etkiler. Aşağıdaki tablo tipik malzeme seçenekleri özetliyor:

En yüksek güvenilirlik için, [[0)ceramic kud düz paketler (CQFP)) veya Konseramik pin ızgara dizileri (CPGA)[DDDDD)[DDDDD)[Dörtün üzerinde tercih edilir ve QFP’ye sürekli olarak dayanabilirler. ancak daha pahalı ve daha büyük ayak izi var.

• [FONT:0) Yüksek sıcaklık işletim hayatı (HTOL): ), sürekli işlemle maksimum derece yüksek oranda yüksek oranda sıcaklık, dengede ölçül, kazan ve gürültü.
• [FONT:0]Temperature Bisikleti:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)Temperyature Bisikleti:[Dönemli: 0 °C - 55 °C'den +175°C'ye kadar (veya belirtilenler) paket çatlakları ve tahvil başarısızlıklarını kontrol etmek.
• [FONT:0)Basın Bisikleti: [Dönetici: [Dönetici: 0'dan tam olarak baskıya kadar 0'dan 0'a kadar psi) 1000 döngü için, sızıntı veya performans bozulmamasını doğrulama.
• [FONT:0]Mechanical şok:[Dönetici:[Dönemli 1] Half-sine şok pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pul pulları 1500 g zirveye, 0,5 ms süresine, 3 axes, 5 puls per eksene.
• [FONT:0]Vibration:[Dönetici:[Dönetici: 0,2|Dönder: 0) Sinusoidal, 20 g zirvede 2 kHz'den 20 g zirveye kadar süpürücükürücük, 4 eksenli yüksek çözünürlükte siyonlu amplitülü titreşimler.
• [FONT:0]Salt sprey ve H2S maruz kalma: 96 saatlik maruz kalma% 5 NaCl sprey veya 10 ppm H2S'ye 30°C'de% 95 R ile, korozyon kontrol.
• [FONTD ve latch-up testi: İnsan vücut modeli (HBM) 2 kV ve şarj cihazı modeli (CDM) 500 V, 125°C'de latch-up testi ile birlikte.

Qualified ADCs genellikle Standartlar ile buluşuyor:0)MIL-STD-883) veya )ISO 15136) (belirsiz yıkama ekipmanı için) sertifikalı test laboratuarları [DDD-883][/FONT) petrol ve gazda kullanılan ADC'ler için bu hizmetleri sağlıyor.

Vaka Çalışması: Kuzeyde çalışan bir çalışma

Bir lider petrol arama şirketi yakın zamanda Yamal Yarımadası'nda bir ADC filosunu kurdu, kışın sıcaklıkları -50°C'ye düşebilir. Aracın birden fazla basınç ve sıcaklık sensörleri, her bir arayüze sahip bir 24bit sigma-delta ADC'nin üzerinde tasarlandı - 55 °C'ye kadar, ADC'nin altındaki ısıtılmış bir sıcaklık ölçümünde (PTFE) yer alan yüksek çözünürlükte kaldı.

ADC Design for Oil and Gas

Silikonlo (SiC) ve Wide-Bandgap yarı iletkenleri

SiC gibi geniş bantlı malzemeler, 600 °C'nin üzerindeki kavim sıcaklıklarında çalışabilir, 400 °C ADC'nin ötesindeki temel ADC işlevleri hala deneyseldir, ancak on yıl içinde aktif soğutma ihtiyacını ortadan kaldırmaya söz verir.

MEMS Sensörleri ile entegrasyon

Birçok alt delik sensörleri (basın, hız ölçerler, gyroskoplar) Mikro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) bir sensör üreten, ADC ve MEMS aynı pakette aynı şekilde azalır ve gürültü performansı azaltır. Bazı faktörler artık.

Adaptif Kalibrasyon ve Kendi kendini kınayan

Future ADCs, sıcaklık ve yaşlanma nedeniyle sürekli olarak ölçüldüğü gibi ADC'nin (kendi kendine özgü) bir bölümünü genişletebilir ve genişletilebilir.

Kablosuz ve Battery-Powered ADCs

Uzak izleme ve geçici algılama için, düşük güç ADCs entegre kablosuz arayüzler ile çekiş kazanıyor. Bu bileşenler aşırı sağlam bir sensör olmadan yıllarca dağıtılabilir, çünkü bakımsız bir ortamda iletişim zor ve dikkatli bir anten tasarımı ve sinyal yayılımı çalışmaları gereklidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Petrol ve gaz araştırmalarında sert ortamlar için sağlam ADC'ler, sıcaklık aşırılarına, yüksek basınç, vibrasyona ve elektrik gürültülerine dikkat etmeyi gerektirir.En başarılı tasarımlar dikkatli mimari seçimi (sigma-delta for sensitive, SAR for speed), gelişmiş paketleme teknolojileri (hermetic seramikler, konfor kaplamaları) ve detaylı bir şekilde optimize edilmiş bir süre boyunca, güvenli olmayan bir şekilde entegrasyon ve veri toplama sistemleri sunmaya devam eder.