CN104563979B - 一种编码起爆控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码起爆控制装置，包括地面系统和井下系统两部分，由电缆将两者连接。地面系统包括计算机和地面监控仪：地面监控仪是监控井下各级射孔器状态并实施选发射孔的专用硬件设备，在为井下系统提供工作电源的基础上建立可靠的通信，一方面将计算机发出的控制指令转换为编码信号加载到电源线上向井下系统发出，另一方面接收井下反馈的信息编码，编译后送计算机分析处理。井下系统由分别装在不同射孔器内的编码控制器组成。编码控制器接收分级射孔监控仪发出的指令信号，并执行相应的检测及点火等操作，同时对自身开关状态进行检测，并把检测结果经编码后发送回地面系统，且输出端能可靠起爆磁电雷管和EFI雷管。

Description

一种编码起爆控制装置

技术领域

本发明属于油井完井射孔领域，涉及一种编码起爆控制装置。

背景技术

石油作为重要的自然资源，在我国经济社会发展过程中占据着举足轻重的地位。改革开放以来，随着我国经济建设的快速发展，对自然资源特别是石油的依赖日益显现。我国是个石油匮乏的国家，每年一半以上的需求都需要进口，而与此相对应的是，我国的石油仪器研制在全世界范围内也处于比较落后的水平，加大先进石油仪器的研制，提高采油效率，获得更高的产量，是摆在我国石油仪器工作者面前非常迫切的问题。

由于我国总的石油分布的地质条件复杂，油层薄等原因，给射孔压裂工艺带来更多复杂和困难，也对射孔压裂工艺提出更高要求。采用电缆射孔的油井中绝大多数油井含有多个油层，传统的电缆射孔每次只能输送一支射孔器下井，每次下井只能射开一个油层，工作精力主要浪费在起下电缆上，效率较低，特别是油层多的油井这种情况更加明显。同时这对电缆的磨损也比较大，将显著影响其使用寿命。

因此多级射孔作业，保证每级射孔枪的可靠引爆，成为石油开采研究中的一个热门课题。

关于油气井电缆射孔用分级起爆系统，国外一些公司如斯伦贝谢、阿特拉斯有相关的产品，但价格过高。国外采用的是一种类似计算机指令进行选发射孔的系统，由地面的计算机发出不同进位的指令，通过电缆到达井下的处理中心，处理中心分出若干联线连接至各射孔弹，可进行多次射孔，但是造价昂贵。德国DYNA energetics公司研发的适用于油田的选发电子雷管，装配在多级连串的射孔枪内，通过地面控制面板来起爆，实现井下分级射孔。

国内目前已经具有自主研发的电子雷管，但是未曾出现适用于油田井下使用的耐高温、高压，抗震的电子选发射孔起爆装置。因此也就没有适用于该发射孔起爆装置的起爆控制装置，因此，就很难实现井下分级射孔的准确控制。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种安全性高、引爆准确的编码起爆控制装置，解决了起爆过程中出现的不耐高温、不耐高压、抗震等问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种编码起爆控制装置，包括地面系统和井下系统，所述的地面系统包括地面监控仪和含有分级射孔选发控制模块的计算机，井下系统包括多个装在不同射孔器内的编码控制器，所述的地面监控仪通过连接线连接到计算机上，多个编码控制器相互串联后通过单芯电缆与地面监控仪的输出端串联。

所述的分级射孔选发控制模块，用于设定射孔的参数，并根据设定的射孔参数生成射孔指令序列并将射孔指令序列传输给地面监控仪，同时接收编码控制器反馈的携带有操作结果以及作业信息的射孔信号来判断各级射孔器的状态，以便操作地面监控仪；

所述的地面监控仪，用于接收分级射孔选发控制模块发出的控制指令，并将其接收到的控制指令转换为编码信号加载到单芯电缆上向井下系统的编码控制器发出，以便监控井下各级射孔器状态，并实施选发射孔动作，同时接收井下反馈的信息编码，编译后送计算机分析处理；

所述的编码控制器，用于接收地面监控仪发出的编码信号，并根据编码信号执行相应的检测及点火操作，同时对自身开关状态进行检测，并把检测结果经编码后发送给地面系统的地面监控仪。

所述的分级射孔选发控制模块包括射孔参数设定模块、射孔指令输出及反馈模块、显示模块、通信模块和输入输出模块；所述的射孔参数设定模块，用于根据多级射孔器的射孔器数量和射孔顺序以及结合下井的深度和油层信息完成射孔的参数设定；所述的射孔指令输出及反馈模块，用于根据射孔参数生成射孔指令序列，并将射孔指令序列传输给地面监控仪，地面监控仪将相应的指令序列传输给编码控制器，在该指令的控制下起爆特定的射孔器，并输出检测信号以使编码控制器检测各级射孔器的信息，并向射孔指令输出及反馈模块反馈各级射孔器的状态，以便射孔指令输出及反馈模块判断各级射孔器的状态；所述的显示模块，用于显示起爆信息；所述的通信模块，用于实现与地面监控仪的双向通信；所述的输入输出模块，用于与用户的交互。

所述的地面监控仪包括DSP主控芯片、编码/解码器和电平转换器；所述的DSP主控芯片，用于与分级射孔选发控制模块的通信，并接收分级射孔选发控制模块发送的控制指令，并向编码控制器发送接收到的控制指令，同时接收人工输入信号，实现串口并口转换；所述的编码/解码器，用于将接收到的分级射孔选发控制模块发出的控制指令转换为电缆传输的串行编码，同时将接收到的井下仪器发送上来的编码数据转换为分级射孔选发控制模块能够识别的指令；所述的电平转换器，用于将串行编码匹配调制到直流供电的单芯电缆上，并在接收数据的通道首先隔直流，滤波并提取有效信息，经编码/解码器将数据转换为分级射孔选发控制模块能够识别的指令。

所述的编码控制器由通信逻辑控制电路、抗干扰电路、电压调整电路、交直流转换器和点火控制电路组成；所述的通信逻辑控制电路包括可编程模块、输入输出接口、串行通信接口、预定标器和中央处理器，用于实现与地面监控仪的双向通信，与下级编码控制器的连通，并对电缆传输信号进行滤波、整形、解释处理，完成信号指定动作后，对地面进行回码；所述的抗干扰电路包括整流电桥电路，整流电桥电路，用于对经由电源输入端输入的能量进行极性转换；所述的电压调整电路一端接地，一端同时连接到中央处理器和时钟电路，用于对从整流电桥电路接受的到的工作电源转换为通信逻辑控制电路和时钟电路所需要的电压；时钟电路一端接地，一端连接电压调整电路，一端连接中央处理器，时钟电路，用于提供处理器工作所需要的时钟；所述的点火控制电路由电子开关和点火器以及储能电容器组成，一方面用于滤除整流电桥电路输出的高频信号，一方面用于在通信逻辑控制电路的控制下对输出给点火控制装置的能量进行安全控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的编码起爆控制装置，通过设置地面监控仪和编码控制器实现了对井下分级射孔的精确控制。射孔工艺技术，降低劳动强度，提高工效，有着重要的现实意义。

本发明通过在编码控制器中设置抗干扰电路，因而能够隔离电缆中的杂散电流，防止雷管意外起爆，且本发明克服了现有控制电路在级数上有限的限制，通过相互串联多个编码控制器，使得该装置能够到12级甚至更多，同时通过设置交直流转换器，使得该装置能可靠起爆EFI雷管和磁电雷管，应用范围更广，克服了现有技术中只能起爆EFI雷管的技术问题。

本发明提供的编码起爆控制装置与普通的电缆射孔比较，该装置一次下井可以进行多次射孔作业，大大节省射孔作业时间及成本，普通一次电缆射孔作业时间大概是2小时，如果井下有4、5个射孔层位，大概需要十小时左右时间，而该装置可以一次完成多次射孔作业，大概三小时就可以完成，在遇到水平井等复杂射孔作业时，同时大大节省成本，且射孔起爆是通过编码控制器进行控制，不受电缆中杂散电流的干扰，大大提高了射孔作业的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的编码起爆控制装置结构示意图；

图2为本发明提供的分级射孔选发控制模块结构示意框图；

图3为本发明提供的地面监控仪结构示意框图；

图4为本发明提供的编码控制器结构示意框图；

图5为本发明提供的编码控制器另一结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1至图5，一种编码起爆控制装置，包括地面系统和井下系统，所述的地面系统包括地面监控仪和含有分级射孔选发控制模块的计算机，井下系统包括多个装在不同射孔器内的编码控制器，所述的地面监控仪通过USB连接线连接到计算机上，多个编码控制器相互串联后通过单芯电缆与地面监控仪的输出端串联。

所述的分级射孔选发控制模块，用于设定射孔的参数，并根据设定的射孔参数生成射孔指令序列并将射孔指令序列传输给地面监控仪，同时接收编码控制器反馈的携带有操作结果以及作业信息的射孔信号来判断各级射孔器的状态，以便操作地面监控仪；

所述的地面监控仪，用于接收分级射孔选发控制模块发出的控制指令，并将其接收到的控制指令转换为编码信号加载到单芯电缆上向井下系统的编码控制器发出，以便监控井下各级射孔器状态，并实施选发射孔动作，同时接收井下反馈的信息编码，编译后送计算机；

所述的编码控制器，用于接收地面监控仪发出的编码信号，并根据编码信号执行相应的检测及点火操作，同时对自身开关状态进行检测，并把检测结果经编码后发送给地面系统的地面监控仪。见附图1，本发明的整个过程其实就是通过计算机中的分级射孔选发控制模块操作地面监控仪，来控制井下的编码控制器进行级数选择及点火射孔等功能。

参见图2，所述的分级射孔选发控制模块包括射孔参数设定模块、射孔指令输出及反馈模块、显示模块、通信模块和输入输出模块；所述的射孔参数设定模块，用于根据多级射孔器的射孔器数量和射孔顺序以及结合下井的深度和油层信息完成射孔的参数设定；例如第一级井深3000m，油层厚度2m，射孔弹16发等等基本信息的填写。所述的射孔指令输出及反馈模块，用于根据射孔参数生成射孔指令序列，并将射孔指令序列传输给地面监控仪，地面监控仪将相应的指令序列传输给编码控制器，在该指令的控制下起爆特定的射孔器，并输出检测信号以使编码控制器检测各级射孔器的信息，并向射孔指令输出及反馈模块反馈各级射孔器的状态，以便射孔指令输出及反馈模块判断各级射孔器的状态；所述的显示模块，用于显示起爆信息，实现了操作的可视化，界面专业，形象直观与通用操作系统兼容，符合测井和完井工作流程，提高了可靠性，降低了操作的复杂程度；所述的通信模块，用于实现标准计算机接口与地面监控仪的双向通信；所述的输入输出模块，用于与用户的交互，用户定义的参数，下井深度，张力等其他测井信息的输入，还有多级射孔器对地面给定指令的反馈信息。

参见图3，所述的地面监控仪包括DSP主控芯片、编码/解码器和电平转换器；所述的DSP主控芯片，用于与分级射孔选发控制模块的通信，并接收分级射孔选发控制模块发送的控制指令，并向编码控制器发送接收到的控制指令，同时接收人工输入信号，实现串口并口转换；所述的编码/解码器，用于将接收到的分级射孔选发控制模块发出的控制指令转换为电缆传输的串行编码，同时将接收到的井下仪器发送上来的编码数据转换为分级射孔选发控制模块能够识别的指令；所述的电平转换器，用于将串行编码匹配调制到直流供电的单芯电缆上，并在接收数据的通道首先隔直流，滤波并提取有效信息，经编码/解码器将数据转换为分级射孔选发控制模块能够识别的指令，排除由于长距离电缆传输，电缆容抗、阻抗及信号反射引起信号传输的影响，同时也避免了数据传输同时对井下供电的电平匹配问题。

参见图4、图5，所述的编码控制器由通信逻辑控制电路、抗干扰电路、电压调整电路、交直流转换器和点火控制电路组成；所述的通信逻辑控制电路包括可编程模块、输入输出接口、串行通信接口、预定标器和中央处理器，用于实现与地面监控仪的双向通信，与下级编码控制器的连通，并对电缆传输信号进行滤波、整形、解释处理，完成信号指定动作后，对地面进行回码；所述的抗干扰电路包括整流电桥电路，整流电桥电路，用于对经由电源输入端输入的能量进行极性转换，从而使无论是正常的电源输入、或是电磁干扰、静电放电、杂散电流等外部非安全电信号的输入均从整流电桥电路的非接地端输出，这些信号进而经过连接在其后的充电控制电路的滤波作用，从而滤除了非安全高频干扰信号；所述的电压调整电路一端接地，一端同时连接到中央处理器和时钟电路，用于对从整流电桥电路接受的到的工作电源转换为通信逻辑控制电路和时钟电路所需要的电压；时钟电路一端接地，一端连接电压调整电路，一端连接中央处理器，时钟电路，用于提供处理器工作所需要的时钟；所述的点火控制电路由电子开关和点火器以及储能电容器组成，一方面用于滤除整流电桥电路输出的高频信号，一方面用于在通信逻辑控制电路的控制下对输出给点火控制装置的能量进行安全控制，并能可靠起爆磁电雷管和EFI雷管。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种编码起爆控制装置，其特征在于，包括地面系统和井下系统，所述的地面系统包括地面监控仪和含有分级射孔选发控制模块的计算机，井下系统包括多个装在不同射孔器内的编码控制器，所述的地面监控仪通过连接线连接到计算机上，多个编码控制器相互串联后通过单芯电缆与地面监控仪的输出端串联；所述的分级射孔选发控制模块，用于设定射孔的参数，并根据设定的射孔参数生成射孔指令序列并将射孔指令序列传输给地面监控仪，同时接收编码控制器反馈的携带有操作结果以及作业信息的射孔信号来判断各级射孔器的状态，以便操作地面监控仪；

所述的地面监控仪，用于接收分级射孔选发控制模块发出的控制指令，并将其接收到的控制指令转换为编码信号加载到单芯电缆上向井下系统的编码控制器发出，以便监控井下各级射孔器状态，并实施选发射孔动作，同时接收井下反馈的信息编码，编译后送计算机分析处理；

所述的编码控制器，用于接收地面监控仪发出的编码信号，并根据编码信号执行相应的检测及点火操作，同时对自身开关状态进行检测，并把检测结果经编码后发送给地面系统的地面监控仪；

所述的编码控制器由通信逻辑控制电路、抗干扰电路、电压调整电路、交直流转换器和点火控制电路组成；所述的通信逻辑控制电路包括可编程模块、输入输出接口、串行通信接口、预定标器和中央处理器，用于实现与地面监控仪的双向通信，与下级编码控制器的连通，并对电缆传输信号进行滤波、整形、解释处理，完成信号指定动作后，对地面进行回码；所述的抗干扰电路包括整流电桥电路，整流电桥电路，用于对经由电源输入端输入的能量进行极性转换；所述的电压调整电路一端接地，一端同时连接到中央处理器和时钟电路，用于对从整流电桥电路接受的到的工作电源转换为通信逻辑控制电路和时钟电路所需要的电压；时钟电路一端接地，一端连接电压调整电路，一端连接中央处理器，时钟电路，用于提供处理器工作所需要的时钟；所述的点火控制电路由电子开关和点火器以及储能电容器组成，一方面用于滤除整流电桥电路输出的高频信号，一方面用于在通信逻辑控制电路的控制下对输出给点火控制装置的能量进行安全控制。

2.根据权利要求1所述的编码起爆控制装置，其特征在于，所述的分级射孔选发控制模块包括射孔参数设定模块、射孔指令输出及反馈模块、显示模块、通信模块和输入输出模块；所述的射孔参数设定模块，用于根据多级射孔器的射孔器数量和射孔顺序以及结合下井的深度和油层信息完成射孔的参数设定；所述的射孔指令输出及反馈模块，用于根据射孔参数生成射孔指令序列，并将射孔指令序列传输给地面监控仪，地面监控仪将相应的指令序列传输给编码控制器，在该指令的控制下起爆特定的射孔器，并输出检测信号以使编码控制器检测各级射孔器的信息，并向射孔指令输出及反馈模块反馈各级射孔器的状态，以便射孔指令输出及反馈模块判断各级射孔器的状态；所述的显示模块，用于显示起爆信息；所述的通信模块，用于实现与地面监控仪的双向通信；所述的输入输出模块，用于与用户的交互。

3.根据权利要求1所述的编码起爆控制装置，其特征在于，所述的地面监控仪包括DSP主控芯片、编码/解码器和电平转换器；所述的DSP主控芯片，用于与分级射孔选发控制模块的通信，并接收分级射孔选发控制模块发送的控制指令，并向编码控制器发送接收到的控制指令，同时接收人工输入信号，实现串口并口转换；所述的编码/解码器，用于将接收到的分级射孔选发控制模块发出的控制指令转换为电缆传输的串行编码，同时将接收到的井下仪器发送上来的编码数据转换为分级射孔选发控制模块能够识别的指令；所述的电平转换器，用于将串行编码匹配调制到直流供电的单芯电缆上，并在接收数据的通道首先隔直流，滤波并提取有效信息，经编码/解码器将数据转换为分级射孔选发控制模块能够识别的指令。