TPC-300同心智能配水测调仪说明书

TPC-300同心智能配水测调仪说明书

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西安思坦仪器股份有限公司

1 TPC-300同心智能配水测调仪的构成 ....................................................................................................... - 3 -1.1电气组成 (3)

1.2机械构成 (3)

2 仪器说明和工作原理.................................................................................................................................. - 4 -2.1仪器说明 (4)

2.2工作原理 (4)

2.3技术指标 (5)

2.4仪器供电 (5)

3 TPC-300同心智能配水测调仪的组成 ....................................................................................................... - 6 -3.1流量计 . (6)

3.2电源电路 (6)

3.3单片机电路 (6)

3.4ST编码电路 (6)

3.5300HZ解码电路 (7)

3.6流量信号处理电路 (7)

3.7压力温度信号处理电路 (7)

3.8状态检测电路 (7)

3.9磁定位 (7)

3.10调节器部分 (8)

3.11附件 (8)

4 TPC-300同心智能配水测调仪的标检 ....................................................................................................... - 9 -4.1标定 .. (9)

4.1检定 (10)

5 TPC-300同心智能配水测调仪操作工艺 .................................................................................................. - 11 -5.1同心配水器的可靠对接和流量计测量位置的确定 (11)

5.2一、二层的测调 (12)

5.3更多层的测调 (12)

5.4支撑臂的收回 (12)

5.5克服层间影响 (12)

5.6流量验证和不同注水压力下的实测流量值 (13)

6 操作实例.................................................................................................................................................... - 14 -6.1测调准备 . (14)

6.1.1 TPC-300流量自动测调系统的连接 ........................................................................................... - 14 -

6.1.2 端口设置与仪器类型的选择...................................................................................................... - 15 -

6.1.3 参数设置...................................................................................................................................... - 15 -

6.1.4 通讯检查和装入刻度.................................................................................................................. - 16 -6.2仪器操作步骤 .. (17)

6.3操作说明 (18)

6.3.1 控制器供电方式选择及控制方式选择 ...................................................................................... - 18 -

6.3.2 支撑臂打开操作.......................................................................................................................... - 18 -

6.3.3 支撑臂收回操作.......................................................................................................................... - 19 -

6.3.4 配水器调节操作.......................................................................................................................... - 19 -

6.3.5 配水器的对接成功判断方法...................................................................................................... - 19 -

6.3.6 测调.............................................................................................................................................. - 19 -

6.3.7 不同压力下的流量实测.............................................................................................................. - 19 -

6.3.8 测调循环...................................................................................................................................... - 20 -6.4数据、报表分析及打印 . (20)

6.5验证 (20)

7注意事项及异常情况的处理 ..................................................................................................................... - 20 -7.1注意事项 . (20)

7.2异常情况的处理 (21)

7.2.1 同心配水器异常情况处理.......................................................................................................... - 21 -

7.2.2 支撑臂异常情况处理.................................................................................................................. - 21 -

7.2.3 支撑臂收不到位外翘.................................................................................................................. - 21 -

7.2.4 其他情况处理.............................................................................................................................. - 21 -

1 TPC-300同心智能配水测调仪的构成

1.1 电气组成

如下图1.1所示，TPC-300同心智能配水测调仪的电气部分主要由超声流量计数字板和超声流量计模拟板构成。数字板主要包括磁定位采集和和处理电路，电机控制电路，状态检测电路，发码电路和解码电路组成。模拟板主要由压力测量，温度测量和流量测量电路组成。

超声流量计数字板发码电路磁定位电机控制超声流量计模拟板

压力测量温度测量流量测量

状态检测解码电路

测调仪

图1.1 TPC-300同心测调仪电气组成框图

1.2 机械构成

如下图1.2所示, TPC-300同心智能配水测调仪的机械部分主要进水测量管，磁定位短节，电路骨架和对接定位调节部分组成。

图1.2 TPC-300同心测调仪机械组成

2 仪器说明和工作原理

2.1 仪器说明

TPC-300同心智能配水测调仪，采用单芯电缆下井结构，仪器在单芯电缆上采用单极性供电，实现双向ST 编码数据通信。测调仪通过单芯电缆给地面控制系统发送测量数据，同时地面控制器通过发送不同的控制命令来控制测调仪，测调仪通过其下端的调节头带动同心配水器的转动，从而调节配水器的开度大小，进而对不同层位的流量进行调节以达到配注要求。这种类型的测调仪采用了单电机工作，通过其独特机械结构设计，保证了调节臂的打开/收回、可调水嘴的正负调节采用了同一个电机进行控制。测调仪可以在油管内吊测，同时也可以在配水器内座测。在测量的过程中实时显示流量、压力、温度等参数。测调仪新增了状态检测功能。利用霍尔元件、磁钢以及相应的机械结构可以实时检测支撑臂的状态，对接状态，以及对接后流量调节过程中的配水器开度变化。还新增了磁定位功能，用来辅助寻找配水器和仪器坐层。通过相应的控制器、笔记本和上位机软件的配合，可以更加精确的了解测调仪井下工作状态使注水工作更加可视化，透明化。

2.2 工作原理

当需要对目标层注水调节时，首先系统将测调仪下放至到要注水的目标层上方10

米处，通过箱子上开臂按钮或者软件的开臂按钮打开调节臂，开臂到位后井下仪自动

进水测量管 磁定位短节 电路骨架 对接定位调节部分

停止，并给上位机开臂到位状态信息。上位机软件显示开臂到位。下放仪器，完成调节臂与井下的同心配水器的对接。对接后上位机软件状态显示对接成功。此时开收臂按钮不起作用。控制箱上的正负调按钮和上位机软件的正负调按键可以进行配水器的开度调节。进行流量调节时，上位机软件实时测量温度压力和流量，并且显示可调水嘴的开度变化。开度的变化步长为3%。调节流量至要求的值或者要求的开度值可利用停止按钮停止本层的流量调节。此时可上提仪器，使仪器脱离对接状态。然后利用控制箱上的收臂按钮或者上位机软件上的收臂按键收回调节臂，调节臂收臂到位后井下仪自动停止收臂动作并给上位机发送收臂到位的状态信息，上位机软件显示收臂到位。此层的注水调节完成后。这时可对另一目标层进行调节。

在整个控制过程中，地面控制器通过供电电流及时发现砂卡和正反向到位堵转等异常情况，并采取相应措施进行控制。测调仪在井下可反复上下工作，一次下井就可以完成全部的测量及注水调配工作，从而可缩短测成一口井的工作时间。

2.3 技术指标

仪器最大外径Φ42mm

仪器总长147cm(不含电缆头)

仪器工作温度范围-17~+150℃

仪器工作压力≤80MPa

仪器工作电压70~100VDC

仪器工作电流35~600mA

调节臂电机减速机输出转矩>12 Nm

调节臂打开/收回时间<3sec/单次

单层配水调整时间<4min

可调水嘴最小控制精度(水嘴的开度行程) 0.416μm

流量测量范围0~500方/天

流量测量精度2%

2.4 仪器供电

①仪器供电电流：+35～+600mA。

②仪器供电电压：70VDC~100VDC。

图2.1同心测调仪实物图

3 TPC-300同心智能配水测调仪的组成

3.1 流量计

流量计选用我公司的超声流量计。该部分与调节器部分配合使用，用于实时测量流量，检验配水器配水量的大小，方便实现注水井各层配注量的双向调节，该仪器采用单芯电缆供电，采用全双工的通讯方式，可同时测量流量、压力、温度三种参数。

本测调仪的流量测量采用超声波相位差测量流量原理。压力、温度传感器均采用恒流供电的方式，流量、压力、温度三种电量信号最终以直流电平方式分时进行A/D 转换，最终由流量计的数字电路部分将其转换为数字信号，得到测量数据，并通过ST 编码电路将数字信号编码并上传到地面控制器。

为满足控制及调节功能，地面控制器实时监测仪器的电压和电流值。测调仪实时的向上传所测得的三种测量数据。测调仪流量计部分由电源电路、单片机电路、ST编码电路、流量信号处理电路、压力、温度信号处理电路等几部分组成。

3.2 电源电路

包括+15V、-15V、+5V、及+2.5V基准电路，为仪器所有功能模块电路提供电源。+15V、-15V主要为ST编码电路提供电源；+5V为单片机及各参数信号处理电路提供电源；+2.5V基准电压主为A/D转换提供电压基准。

3.3 单片机电路

单片机电路包括A/D转换功能、串口发送，声波发送和接收、ST编码、300hz解码电路、PWM激励、信号处理控制、方式功能设置等功能模块。

3.4 ST编码电路

编码采用软件方式，电路采用正负15V供电，采用仿照曼码集成电路内部完全对

称的结构，并且精心选用互补型功率MOS管和双极型晶体管搭建而成。通过电容将差分形式的编码隔直后，耦合到缆头电压，通过直流载波的形式发给地面控制器。

3.5 300hz解码电路

TPC-300控制器对测调仪的控制是通过命令实现的。具体是采用300hz的正弦波，通过脉冲个数编码来实现的。测调仪通过对接收到得300hz的命令信号的处理和解析，获得正确的命令，进行相应的动作。300hz解码电路主要由放大电路，滤波电路，迟滞比较电路组成，最终处理完的信号送单片机进行处理。

3.6流量信号处理电路

每个流量的测量都需用由两个超声探头来完成，测量信分别放大、整形后、进行鉴相、滤波、然后送入专用的高精度A/D进行转换。转换完成后将数据传送给单片机进行数据处理。

3.7 压力温度信号处理电路

压力、温度传感器采用恒流供电方式，输出到精密放大器电路，最后送入A/D进行转换。

3.8 状态检测电路

状态检测电路，主要由霍尔元件，磁钢和相应的机械组件组成。主要包括开臂到位检测，收臂到位检测，对接检测，开度检测四部分。单片机通过采集霍尔元件检测到的状态信息，组织状态信息发送给控制器，控制器再将信息传送给笔记本上的上位机软件。通过上位机软件可以清晰的观察井下仪器的工作状态并进行相应的控制操作。

3.9磁定位

磁定位功能是为了指示仪器井下位置增加的新的功能。其主要原理是利用节箍改变原来的磁定位短节中通过磁定位线圈的磁通量，进而在磁定位线圈两端产生感应电动势。再利用压频转换芯片将电压转换为频率。最后用单片机对频率进行采集，并将采集数据传送给地面控制，由地面控制器将原始采集数据进行处理。

3.10调节器部分

为TPC-300流量自动测调系统装置的核心部件，电机控制单元，栅极门控电路，电机、减速机构、连杆机构、防撞块、支撑臂和调节头等组成。特殊的结构设计，保证了在仪器与配水器成功对接之后，对配水的调节不会引起支撑臂的开收。当对目标层注水量调节完毕后，必须上提仪器至仪器处于未对接的状态，才能对调节臂进行打开/收回操作。（调节臂的打开/收回只能在未对接状态下进行）

（1）单片机控制单元：负责判断地面控制器输出给测调仪的控制命令，根据命令输出输出两组控制信号，使门控电路作出相应的动作，电压和调节动作的具体对应关系如5.5节所述。

（2）栅极门控电路：根据单片机的控制信号来控制电机的正传或负转，从而实现调节臂的开收和配水的正负调节。

（3）支撑臂：实现与配水器的对接，确保调节头的位置处于同心配水器的可调节部分。

（4）防撞块：支撑臂对接成功后，防撞块处于防撞槽内，固定仪器，防止调节头在调节配水器时仪器跟着同时转动。

（5）调节头：对接成功的状态下，在电机带动下，调节配水器的开度，实现调节配注水量的大小。

3.11 附件

①加重杆

用于仪器正常下放及调节臂与配水器之间的可靠对接。测调仪的加重均为钨钢加重，按照长度分为500mm和1m加重两种。

②电缆头

用于仪器和测试车电缆的连接。

电缆头制作

TPC-300测调仪的电缆头采用最新的可抽头结构，可以通过控制钢丝条数来精确控制抽头的力量大小，具体的制作方法如下：

将单芯电缆按图3.6所示依次穿过绳帽、保护弹簧、外锥套、内锥套后，将单芯电缆的外层钢丝一根根剥开，均匀选择12根，反折传入内锥套的12个孔，穿过孔的钢丝留

上2个毫米，超过部分剪掉。穿过外锥套的外层剩余钢丝和内层钢丝均剪掉，将内锥套压入外锥套，并用工具砸紧，将电缆穿过锁紧螺帽，再将锁紧螺帽上到外锥套上，上到底压紧内锥套。从锁紧螺帽穿出的缆芯与电缆头另外部分的线连接到一起，并用高压胶带和电气胶带缠紧，之后按照装配要求将电缆头组装起来，用工具拧紧。组装完成后用万用表测量缆芯与外壳是否短路，未短路证明做得电缆头是好的。

保护弹簧内锥套

绳帽外锥套锁紧螺帽

图3.1电缆头制作示意图

4 TPC-300同心智能配水测调仪的标检

TPC-300同心智能配水测调仪在使用之前要进行流量温度压力的标定和检定。标定是指利用标定系统生成测调仪测量的原始值和工程值对应的刻度文件。检定是指检验生成刻度的准确性。

4.1 标定

进入标定界面可对仪器进行流量、压力和温度的标定。如图4.1所示。在流量标定时，当确认系统通信正常后，选择流量标定，选择测调方式（坐测或吊测），并对参数进行成功设置后，点开始即开始对仪器进行标定。需要设置的参数包括流量参数设置和采点范围设置。在曲线文件下拉菜单可打开和保存曲线。当标定完毕后，点结束按键，然后取点做刻度，最后需确认刻度和曲线的成功保存。

流量参数设置界面，可设置标定的层数及各层之间流量的间隔，层数的设置范围为0~20层，各层之间的流量间隔为0~100方/天，如图4.2所示。

在仪器标定完毕后，取点做刻度时需要在曲线上选点，为了消除干扰使得采点值更稳定和更有代表性，在所选点左右对称取点做平均，左右所取的对称点数

即为采点范围，在曲线平稳性较差时可适当加大采点范围，可设置范围为0~300点，界面如图4.3所示。

在曲线显示区内以不同的颜色显示上下流量曲线及温度压力曲线。在当前数据显示栏实时显示流量、温度和压力值。

4.1标定主界面

图4.2 流量参数设置图4.3 采点范围设置

注意：坐测和吊测应分别标定，数据曲线需分别保存，但刻度应该保存在一个文件中，系统会自动组织文件内容和格式。下次装入刻度时一次即可将坐测和吊测刻度全部调入系统。

4.1 检定

检定开始时必须先装入仪器刻度（未装入刻度时开始按键处于禁止状态），确认系统通信正常，选择测量方式并点开始按键，则开始检定。检定界面如图4.4所示。

图4.4 检定主界面

5 TPC-300同心智能配水测调仪操作工艺

TPC-300同心智能配水测调仪配合地面控制系统、地面辅助系统、同心配水器来配合实现同心注水工艺的顺利完成。

同心测调工艺要求在同一个井口注水压力下进行测调，而在其他压力下（2—3个压力下）分别进行流量的测量验证，其结果都应满足要求，和预期值保持一致，操作工艺如下详述。

5.1 同心配水器的可靠对接和流量计测量位置的确定

用电缆将测调仪下放到同心配水器上方5~10米处。然后下放测调仪，确定到层位后再继续下放至层位要求处-2米，这时支撑臂和井下的同心配水器方可进行可靠对接。有时和井下同心配水器对接可能一次不能成功，需多次方能可靠对接，其方法是重复相应的操作直至对接成功，这里要特别注意的是：只有在测调仪和配水器可靠对接后，

才能进行正负调操作。

5.2一、二层的测调

第一层的测调

第一层是指最底下一层，在确保了支撑臂和同心配水器可靠对接后，即可进行注水层的测调。

配水过程如下

a 读计流量显示值，如果和所期望的注水量不一致，这时可进行配水调节。

b 在软件的主界面下，选取合适的调控操作进行配水操作（程控），增加注水或减

少注水，则井下的配水器开度增大或减小相应的行程。

c 稳定2分钟，读上流量显示值，此值既是第一层的实际注水量，此值是否和所

期望的注水量一致（误差范围内），若一致，则第一层测调完成，若不一致，则需重复配水过程，至达到所需的注水量值为止。

第二层的测调

直接上提测调仪至上一层（第二层）的上方5-10米后，下放测调仪，确定到层位后再继续下放至层位要求处-2米，确保和同心配水器对接后，重复配水过程的操作，此时上流量计显示值为一、二层流量的总和（累计流量），该流量减去第一层的注水量即为第二层的实际注水量值。

5.3 更多层的测调

分别测调各层的注水量值。某层的流量计显示值为该层和下面各层流量的总和（累计流量），累积流量减去下面各层流量的总和，之差即为本层流量值。

5.4支撑臂的收回

当最上一层测调完成后，将测调仪上提层位以上5-6米处，在确认了支撑臂和同心配水器完全脱离后，方可将支撑臂收回。即告一次测调完成。

5.5克服层间影响

由于各注水层的相互影响，一次测调很难保证测调的一致性，需进行多次测调方可完成，测调方法同上，具体需几次测调视现场的情况而定。

5.6 流量验证和不同注水压力下的实测流量值

在不同的注水压力下测的流量值即为各层的实际流量值（压力对应下的流量值），一般设两个压力点(加压、降压)，其测量过程同5.1-5.2-5.3-5.4步骤，所不同的是：不需要对配水器进行操作。

6 操作实例

6.1 测调准备

在使用TPC-300流量自动测调系统之前，熟悉各参数的设置范围和注意事项。

6.1.1 TPC-300流量自动测调系统的连接

AC220V

电缆

电缆头TPC--300测调仪

图6.1 TPC-300测调仪连接图

控制器的的连线有三根，总电源线、仪器供电线和USB连接线。总电源线一端插控制器背后的总电源插孔，另一端插220V交流电。仪器供电线一端插控制器背后的供电线插孔，另一端红色夹子接电缆的缆芯，黑色夹子接电缆外皮即地线。USB连接线一端接控制器背后的数据口，另一端插笔记本的任意一个USB端口。

仪器与电缆是通过电缆头连接到一起的。根据井口压力的不同可以选择不加加重，加一节加重和加两节加重。在电缆头和仪器或者加重连接时注意一定要固定电缆头不动，转动仪器，防止电缆头内部的连线被拧断或者电缆打折，影响仪器的正常使用或者下井。

6.1.2 端口设置与仪器类型的选择

将笔记本控制器电缆仪器连接好后，打开控制器和笔记本电源，启动上位机软件，进行参数设置和仪器的地面联调。

首先进行端口设置和用户选择操作。查看通讯端口的步骤为：我的电脑—管理—设备管理—端口—Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge（COMX），端口为括号内的端口。

6.1.3 参数设置

在打开的上位机软件中选择参数设置菜单，弹出如下对话框:

图6.2 参数设置对话框

具体参数设置说明如下表：

参数说明

正常工作电压该电压是指仅流量计部分工作电压，70V-100V都可以，一般设为85V。

限流值此值为测调仪的保护电流，最大设为600mA。一般设为500mA。

解码极性此项是用来选择控制箱的解码极性，一般选择负码解码。

调节时间一般设为180s。

电缆电阻第一次下井前要测量所用电缆的直流电阻值，并将此值加50输入此参数中，当更换或截短电缆后，都需重新测量并输入。若测得电缆电

阻为150Ω，则输入值为150+50=200。

信号增益用来调节测调仪通信信号的强弱，保证和地面控制系统通信正常，一般设置：短缆增益2~14，长缆增益5~15，此值在现场应用根据通道

检测效果做相应调整。

电缆选择长缆（电缆直流电阻>200Ω）。

短缆（电缆直流电阻<200Ω）。

表6.3 参数说明

6.1.4 通讯检查和装入刻度

通过上位机软件的系统检查菜单可以进行仪器通讯的检查和刻度的装入。

图6.2 通道检查对话框

6.2 仪器操作步骤

在每次使用地面控制器时，要对控制器进行保护电流调整（600mA），以防上次使用后保护电流有变化，方法如下：

第一步：启动TPC_300_KZQ流量自动测调系统控制器，再启动TPC-300流量自动测调系统操作系统软件(TPC_300_KZQ)，进入主控界面，设置好端口后，

进入参数设置界面，检查和设置参数正确后，给测调仪供电，缆头电压

为：85VDC，电流：37-52mA。第一次或电缆长度有变化时，下井之前要

设置相应参数并调试测调仪。

第二步：系统功能的地面检查。

系统连接完成后，地面要进行功能的全面细致的检查，保证调测能够一次

成功。需要检查的功能如下：

①供电电压和电流。正常工作电压为85V情况下,电流为37-52mA。

②解码范围。保证长缆情况线4-8个增益能稳定解码。

③控制命令发送和接收稳定可靠，即开收臂命令，停止命令，正负调命令

发送和接收稳定可靠。

④检查开收臂电流。一般在80mA左右，瞬间可能达到100mA,如果电流持

续偏大，则需要检查支撑臂或者开收臂凸轮机械部分是否有地方卡，需要

处理。

⑤检查正负调电流。一般空转在80mA左右。如果偏大检查仪器机械部分。

第三步：收臂到位后供电下放测调仪。

第四步：在层位上方打开调节臂，按仪器号装入所用的测调仪的刻度，然再下放仪器对接配水器。

第五步：测调从最下层到最上层，依次坐层测调。

第六步：层位上方10米以上处收回调节臂。

第七步：测调循环。

第八步：不同压力下的流量值，根据用户的情况，选择几个增压、降压点验证流量。

第九步：数据、报表分析及打印，根据需要回放各层的测调数值或曲线，并可打印，以便分析和整理。

第十步：验证，测调好的一口井，需进一步验证，其方法是采用流量计测量各层实际流量值及全井流量值的方法来加以验证。也可用本系统提供的TPC-300

流量自动测调系统加以验证，也可以用其它流量计加以验证。

6.3操作说明

6.3.1 控制器供电方式选择及控制方式选择

1．控制器供电方式选择

本控制器可用车载12/24VDC蓄电瓶供电（需外接350W以上功率的车载逆变器），也可用市电AC220V供电，选项用何种供电方式，视现场情况而定。

2．控制方式选择

当上位机软件在程控界面时，控制箱的控制按键和上位机软件均可对仪器进行操作。在控制器面板的电压指示为75-100VDC之间时，方可给测调仪供电，进行操作，上位机软件按钮切换至调试档位时，软件主控界面上除调试电压设置外其他控制按钮和面板按键操作均无效，只能通过上位机软件的调试设置按钮设置控制器的供电电压来给测调仪供电，无法控制测调仪。观查面板电压指示是否为100VDC以下，如高于此值，则应调整电压在此值以下后，方才可给测调仪供电，否则会损坏仪器！调试控制方式一般不建议使用，或由专业人员来操作测调仪。

6.3.2 支撑臂打开操作

在水嘴未对接的情况下，支撑臂未开臂到位开臂动作才有效。

1．程控操作

将上位机软件的程控/调试按钮切换至程控档，在主控界面上点击开臂按钮即

可。

2．手动操作

将上位机软件的程控/调试按钮切换至程控档，点击面板左下方的开臂按钮即

可。

6.3.3 支撑臂收回操作

在未对接的情况下，支撑臂未收臂到位收臂动作才有效。

1．程控操作

将上位机软件的程控/调试按钮切换至程控档，在主控界面上点击收臂按钮即可。

2．手动操作

将上位机软件的程控/调试按钮切换至程控档，点击面板左下方的收臂按钮即

可。

6.3.4 配水器调节操作

1．程控操作

将调控操作选择为程控，点击水嘴增大、水嘴减小钮即可，参见说明书5.6节相应操作

2．手动操作

将调控操作选择为程控，利用控制箱面板上的按钮对仪器进行：

正调：对接成功后电机正转使配水器的开度变大按停止按钮停止。

负调：对接成功后电机反转使配水器的开度变小按停止按钮停止。

停止：使仪器切换至正常工作状态。

6.3.5 配水器的对接成功判断方法

参考第5.1节。

6.3.6 测调

参见5.2～5.5节。

6.3.7 不同压力下的流量实测

参见5.6 节。