同心测调仪.doc

浅析同心测调仪
中国石油测井有限公司生产测井中心 朱可可
摘要：注水二次采油是保障油气井增产、稳产的重要手段，由于井下不同层位构造，结构和层厚的不同，客观上吸水能力就不同，不加控制的注水是很危险的，注水可能在井下地层中形成窜流，不能达到有效驱油的目的，为此，有必要使用一种装置，在井下不同储层进行配水。所以注水井实行分层配注，是实现油田稳产、高产和提高油田无水采收率和最终采收率的有效措施。同心测调仪器及配套的可调式配水器正是在这一前提目的上发展起来的一种分层注水调节与控制设备。本文通过对同心测调仪工作原理、系统结构、各电路模块的介绍，使人们能更深的了解同心测调仪，以便更好地应用于测井中。
关键词： 二次采油 注水 可控注水 同心测调仪

0引言
随着油田开发的不断深入，老油井的产量逐步在下降，如何提高单井产量，提高整块区块的采收率，对上产稳产的技术要求越来越高。目前油井注水是长庆油田提高产量的主要手段，但过去的油井注水多采用囵吞注水，由于各油层的地层吸水情况不同，这样会造成个别油层出现水淹，现在油田普遍采用分层注水法，以提高油井的产量。中油测井生产测井中心根据油田公司“精细注水，强水拿油”确保上产稳产的战略方针，引进了流量自动测调仪系统进行油田注水井的调配工作。流量自动测调仪可以实时，快速，准确的完成注水井多层位的水量调节，是油田应用中的新技术。
1目的
注水采油的初期或中后期，由于一口井常常不止有一个产层，井眼经过的产层部位在构造上处于各自产层结构的不同部位，尤其是井眼附近的油层的厚度不同，所以对于同一口井的不同层位，不同井的同一层位的注水量要求就不一样，所以如果对单井的注水量不加控制，由于井眼通过的产层部位构造，岩性不同，容易造成注水在储层中窜流，这种情况对注水驱油的效果会产生很大的影响。为消除窜流需要对同一口井不同产层的注水量进行控制，也就是要进行可控注水，由于在同一注水管网中不同井口高程不同，只在每口注水井口进行可控注水就达不到预期目的。需要在注水井注水层注水口进行调控注水量。针对这一整体系统控制目前采用的方法是使用配水器配，并通过地面下放边测边调仪器在不同产层的配水器所在部位对可调式水嘴的配水量进行调节，从而达到地面人工可控注水，实现优化整个区块不同储层的注水效果。
目前全国各地注水开发中主要是应用偏心配水器来完成分层配注的需要。但是偏心配水器在油田实际应用过程中暴露出很多难以解决的问题。例如：井深、井斜、沾污结垢严重以及层间干扰严重等等井况时，往往很难真正实现精细化分层配水需要。为此，各地油田也在偏心配水工艺和配水方法上也进行了多年的研究和改进，但是收效甚微。为了可以在井下各种复杂环境下可靠而简单的实现精细化分层配水需要，生产测井中心引进同心测调仪，设计出了全新的水井分层配水技术：同心一体化配水器。其优点是配水工作筒和可调水嘴一体化设计，不在需要进行水嘴投捞工作；减少一次打捞死堵和投放水嘴的工作，施工劳动量和成本低。后期调配工作时不存在打捞和更换水嘴工作，进一步较少生产成本。彻底解决了原有偏心配水技术固有的缺点，可以适应各种井下复杂井况。
2系统构成
同心一体化配水技术主要由：地面控制器、笔记本电脑、井下测调仪、同心一体化配水器等组成。

TPC-300流量自动测调的机械部分由超声流量计探头、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） 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。
（2）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。
（3）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。
（4）配水器：同心一体化配水工作筒水流出口为两个对称的窄长形出口，内部中心的陶瓷芯体可通过井下测调仪器的调节动作实现上下移动，实现出水口面积大小的可调，从而实现细分精细化注水的目的。

3电路原理
3.1 电路原理框图

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。

TPC-300流量自动测调系统结构框图
3.2具体电路模块

3.2.1 电源电路

电源电路：L2防止信号进入电源电路，U1为低压电源开关模块，为整个电路提供+15V、-15V(ST编码电路)和+5V(单片机和各信号处理电路)供电。

3.2.2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。

3.2.3 解码电路

解码电路是将上位机下发的命令进行解码后送给单片机进行控制，解码信号经D2，D3组成的保护电路，将电压限制在15V以内，再经U7A，U7B放大后，进入RC带通滤波电路，滤波后的信号经U4B比较后转化为方波信号送入单片机。
3.2.4磁定位电路：

磁定位检测电路其功能是在测井时，磁定位线圈经过套管节箍时可产生感应电动势信号，该信号经由二极管D4、D5和RJ9组成的保护电路,将输入信号的幅值控制在0.7V以内.然后由反相放大电路U5B放大,其放大倍数为2.放大后的信号送入由U9构成的电压-频率转换电路,由于VFC电压-频转换器U9-6的输入信号必须工作在其输入电压范围内(0-Vref),所以U9的5脚提供一个2.5V的直流电压经电阻分压由经跟随器后给输入信号提供了一个1.25V的基准电压保证VFC电压-频转换器U9-6的输入信号工作在其输入电压范围内。最后产生与输入电压成正比的频率信号，然后送入单片机内部定时计数器进行计数。
3.2.5电机电路

仪器的开收臂是由上位机发送命令，由单片机解码，通过A2 A3高低电平来控制仪器开收臂和正转反转。当A2为低电平，A3为高电平时，Q7关断，Q8导通，此时仪器处于正转状态；当A2为高电平，A3为低电平时，Q7导通，Q8关断，此时仪器处于反转状态。

3.2.6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。
当仪器开臂过程中，处于中间状态时，ZHBH为3.5V,开臂到位时，ZHBH为2.5V。
当仪器收臂过程中，处于中间状态时，SHBH为3.5V,收臂到位时，SHBH为2.5V。
当仪器未对接时，DJ为5V，对接上时，DJ为0V。
当仪器未调节水嘴大小时，KD为5V，水嘴增大或减小时，KD为0V。

3.2.7温度电路 温度检测电路中该温度信号经 U10A及周围相关元件组成的电阻-电压转换电路将井温探头的电阻量转变为电压量后，该电压信号经U10B组成的差分放大电路放大后的输出电压为温度信号的电压信号，该直流电压最终送往单片机进行压频转换。

3.2.8压力电路

压力检测电路其功能是测量井下周围环境的压力。0.41V的电压经过U8B放大后给压力传感器供电，压力传感器输出的压力信号经过由U9A、U9B组成的仪表放大器放大，放大后的信号再经U8A差分放大电路放大后送给单片机进行压频转换为频率信号。

3.2.9超声流量电路
由单片机发出的PWM方波信号,经Q1、Q2放大后激励RLC谐振网络，产生正弦波激励信号，推动探头发出超声波。

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、鉴相、再进入二阶低通滤波和二阶低通RC滤波，将数据传送给单片机进行数据处理。

3.2.10 ST编码电路

ST编码电路其功能是将单片机U3发出的两路单极性曼码复合成双极性曼码，经信号放大和功率驱动发送到电缆上。
4仪器使用过程中的常见问题
1 开收臂不正常：仪器在下井过程中凸轮经常会被沙子卡死，导致凸轮不转，可将凸轮卸下清洗，如果凸轮坏了，更换新的。
2 大电流：仪器在下过多次井后，线经常会被磨破，导致与外壳短接，造成大电流，更换新线即可。
3 仪器通讯不上：使用过程中，仪器经常会与面板通讯不上，调设置里的信号增益，可解决。

参考文献：
(1) TPC-300流量自动测调系统说明书