CN108316896B - 基于电缆编码的分级射孔监控仪电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路,包括第一组24V电源,第一组24V电源负极与GND相连,正极与第二组24V电源负极相连,第二组24V电源正极和48V电源负极相连,48V电源正极和第一开关管的源极14相连,第一开关管漏极和输出端相连;第一组24V电源正极和输出端相连,第二组24V电源正极与输出端之间连接第二开关管,第二开关管漏级与输出端相连。本发明还公开了上述控制电路的控制方法,首先分级射孔监控仪检测起爆器的信息,然后PC机发送起爆准备命令给分级射孔监控仪,最后PC机发送起爆命令给分级射孔监控仪。本发明公开的监控仪的控制电路和控制方法提高了多级起爆系统的通用性、安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于计算机应用电力电子技术领域,涉及一种基于电缆编码的分级射孔监控仪电路及控制方法。
背景技术
油气井分级射孔监控仪是油气田开采过程中必须的设备之一,近年来由于页岩气及致密油的发现,现场施工环境越来越复杂,对油田射孔技术及工艺施工过程提出了更高的要求。分级射孔是利用电缆实现射孔枪1次下井,逐级起爆射孔弹,完成射孔的工艺。传统的方法是采用直流载波技术利用电子井上设备,装配于专用箱体内,由PC机发送指令,通过电缆传输逐级起爆射孔枪,实现射孔的目的。该方法可以使勘探成本降低,但是现有的电子井上设备,受电缆长度分布参数的影响,井下起爆装置识别编码的准确性不高,起爆成功率不高,井上也存在着起爆装置ID号编码检测不准确等问题。
目前,国外的电缆多级射孔起爆系统监控仪虽然可以达到有效的起爆命令下发,但是其价格昂贵,操作复杂,并且不能保证百分之百的起爆成功率。国内的电缆多级射孔起爆系统监控仪存在的问题主要是不能任意选发起爆,不能准确的检测起爆器ID编码进行选发操作,并且有时会出现点火失败的情况,当井上出现故障时处理手段单一,造成较大经济损失,使油气井勘探及开发花费的成本较高。因此,需提出能够输出高电压等级(可起爆大电阻60Ω雷管),能高效下传和接收编码、并且可以准确起爆,实现百分之百的起爆成功率的新方法。在此基础上研制能够通过长线电缆(10千米)实现可靠的信号传输和准确识别的多级射孔装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电缆编码的分级射孔监控仪电路,解决了现有技术中存在的结构复杂、起爆器ID编号检测不准确、不能任意选发的问题。
本发明还提供了一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路的控制方法。
本发明所采用的技术方案是,一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路,包括电源电路,电源电路包括依次串联的第一组24V电源、第二组24V电源和48V电源,第一组24V电源的负极与GND相连,第一组24V电源的正极与第二组24V电源的负极相连,第二组24V电源的正极和48V电源的负极相连,48V电源的正极和第一功率开关管的源极相连,第一功率开关管的漏极和合成编码输出端相连;第一组24V电源的正极和合成编码输出端相连,第二组24V电源的正极与合成编码输出端之间连接有第二功率开关管,第二功率开关管的漏级与合成编码输出端相连;
合成编码输出端与电缆电流检测端相连,电缆电流检测端与放大电路相连,放大电路与数字控制器相连,数字控制器与通讯电路相连;
通讯电路与PC机相连;
第一功率开关管的栅极和第二功率开关管的栅极分别与驱动电路相连,驱动电路与数字控制器相连。
本发明的其他特点还在于,
第一组24V电源的正极和合成编码输出端之间连接有二极管。
第二功率开关管的漏级和合成编码输出端之间连接有二极管。
一种如上述基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路的控制方法,包括以下几个步骤:
步骤1.电源电路接通供电,通过分级射孔监控仪检测井下起爆器的编码ID号和桥丝状态信息;
步骤2.如果起爆器编码ID号和桥丝状态信息正常,即,起爆器的编码ID号正确,并且起爆器电阻正常,电流可通过,PC机通过通讯电路发送起爆准备命令给分级射孔监控仪的数字控制器,数字控制器根据检测的起爆器的桥丝状态信息,通过驱动电路控制第一功率开关管和第二功率开关管的接通或断开合成载波信息,并通过单芯同轴电缆传送给起爆器,起爆器进入准备起爆的状态;如果起爆器的编码ID号和桥丝状态信息异常,则PC机不发送起爆准备命令;
步骤3.起爆器进入准备起爆的状态后,PC机通过通讯电路发送起爆命令给数字控制器,数字控制器接收到起爆命令后,根据起爆器的桥丝状态信息通过控制驱动电路控制第一功率开关管和第二功率开关管的接通或断开合成载波信息,并发送给起爆器,起爆器发生起爆。
步骤1中分级射孔监控仪检测井下起爆器的编码ID号和桥丝状态信息的过程按照如下步骤实施:
步骤1.1PC机通过通讯电路向分级射孔监控仪的数字控制器发送检测命令;
步骤1.2数字控制器按照接收到的检测命令通过驱动电路周期接通或断开第一功率开关管和第二功率开关管合成相应的载波信息,并将相应的载波信息通过单芯同轴电缆传送给起爆器;
步骤1.3起爆器接收到相应的载波信息后,起爆器将本级的编码ID号和桥丝状态再通过单芯同轴电缆上传,根据电缆电流检测端流过的电流大小,通过放大电路处理,放大电路根据相关算法计算起爆器的编码,经解析后得出编码ID号和桥丝状态信息,然后放大电路将处理后的电流信息传送给分级射孔监控仪的数字控制器检测。
步骤2中数字控制器根据检测到的起爆器的桥丝状态信息,通过控制驱动电路控制第一功率开关管和第二功率开关管的接通或断开合成的载波信息,并通过单芯同轴电缆传送给起爆器,起爆器进入准备起爆的状态的具体过程为:
当起爆器的电阻小于60Ω时,数字控制器通过驱动电路控制第二功率开关管接通合成载波信息通过单芯同轴电缆传送给起爆器,起爆器进入准备起爆的状态;当起爆器的电阻大于等于60Ω时,数字控制器通过驱动电路控制第一功率开关管接通合成载波信息通过单芯同轴电缆传送给起爆器,起爆器进入准备起爆的状态。
步骤3中数字控制器按照接收到的起爆命令,根据起爆器的桥丝状态信息通过控制驱动电路控制第一功率开关管和第二功率开关管的接通或断开合成载波信息,并传送给起爆器,起爆器发生起爆的具体过程如下:
当起爆器的电阻小于60Ω时,数字控制器通过驱动电路控制第二功率开关管接通合成载波信息通过单芯同轴电缆传送给起爆器,起爆器发生起爆;当起爆器的电阻大于等于60Ω时,数字控制器通过驱动电路控制第一功率开关管接通合成载波信息,并通过单芯同轴电缆传送给起爆器,起爆器发生起爆。
本发明的有益效果是,一种基于电缆编码的分级射孔监控仪电路及控制方法,实现了电缆编码多级起爆的全数字化控制,提高了电缆多级起爆器在多级级联下的起爆成功率,并减小了误操作发生的概率,准确的检测起爆器的ID编码和起爆器状态,提高了系统可靠性;可选择起爆磁电雷管或者起爆大电阻(60Ω)雷管;通过分级射孔监控仪与起爆器的通信,提高了系统效率和系统的通用性,提高了系统起爆过程中的准确性、安全性和可靠性。
附图说明
图1是一种基于电缆编码的分级射孔监控仪电路及控制方法中分级射孔监控仪电路框图;
图2是一种基于电缆编码的分级射孔监控仪电路及控制方法控制的多级起爆整体框图。
图中,1.第一组24V电源,2.第二组24V电源,3.48V电源,4.放大电路,5.数字控制器,6.通讯电路,7.驱动电路,8.GND,9.合成编码输出端,10.电缆电流检测,11.电源电路,12.编码合成电路,13.第一功率开关管的漏极,14.第一功率开关管的源极,15.第一功率开关管,16.第二功率开关管的源极,17.第二功率开关管的漏极,18.第二功率开关管,19.PC机,20.分级射孔监控仪,21.单芯同轴电缆,22.起爆器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路,如图1所示,包括电源电路11,电源电路11包括依次串联的第一组24V电源1、第二组24V电源2和48V电源3,第一组24V电源1的负极与GND8相连,第一组24V电源1的正极与第二组24V电源2的负极相连,第二组24V电源2的正极和48V电源3的负极相连,48V电源3的正极和第一功率开关管15的源极14相连,第一功率开关管15的漏极13和合成编码输出端9相连;第一组24V电源1的正极和合成编码输出端9相连,第二组24V电源2的正极与合成编码输出端9之间连接有第二功率开关管18,第二功率开关管18的漏级17与合成编码输出端9相连;
合成编码输出端9与电缆电流检测端10相连,电缆电流检测端10与放大电路4相连,放大电路4与数字控制器5相连,数字控制器5与通讯电路6相连。
通讯电路6与PC机19相连。
第一功率开关管15的栅极和第二功率开关管18的栅极分别与驱动电路7相连,驱动电路7与数字控制器5相连。
第一组24V电源1的正极和合成编码输出端9之间连接有二极管。
第二功率开关管18的漏级17和合成编码输出端9之间连接有二极管。
电源电路11采用台湾明伟开关电源实现起爆系统整体供电;驱动电路7采用MOS管SQ2308实现;通讯电路6采用232专用接口芯片MAX232实现;放大电路4采用运算放大器OPA340实现;数字控制器5采用PIC单片机PIC18F4680T-I/PT。
本发明的一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路的工作原理如下:
当系统上电之后,PC机19命令传达至数字控制器5,数字控制器5根据预先设定好的开关周期接通或断开第一功率开关管15和第二功率开关管18,使合成编码输出端9输出不同的电压值(24V或48V),进而将各种命令有效的下传给起爆器(22)。当引爆的爆破装置是磁电雷管时,接通第二功率开关管18使电压等级升高到48V通过单芯同轴电缆21传送给起爆器;当引爆的爆破装置是大电阻雷管(60Ω)时,接通第一功率开关管15,使电压等级升高到96V通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22;放大电路4主要起编码检测功能,放大电路4通过检测起爆电缆电流10的大小变化,根据相关算法计算得出起爆器22的编码,经解析后得出编码ID号和桥丝通断信息,然后通过处理进入数字控制器5;数字控制器5是由PIC单片机构成的控制系统,通过单芯同轴电缆21与井下起爆器22通信,通过通讯电路6与PC机19进行通信。
分级射孔监控仪20安装在专用箱体内,是井上电路系统的主体部分。分级射孔监控仪20的主要功能是给起爆系统的整体供电,接收PC机19发来的命令,将命令下传给起爆器22并接收起爆器22上传的ID信息和桥丝状态。分级射孔监控仪20的电路依赖于本发明提出的控制电路和控制方法。
一种采用上述分级射孔监控仪控制电路的控制方法见图2,包括以下几个步骤:
步骤1.电源电路11接通供电,通过分级射孔监控仪20检测井下起爆器22的编码ID号和桥丝状态信息;
步骤2.如果起爆器22编码ID号和桥丝状态信息正常,即,起爆器22的编码ID号正确,并且起爆器电阻正常,电流可通过,PC机19通过通讯电路6发送起爆准备命令给分级射孔监控仪20的数字控制器5,数字控制器5根据起爆器22的桥丝状态信息,通过驱动电路7控制第一功率开关管15和第二功率开关管18的接通或断开合成载波信息,并通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22,起爆器22进入准备起爆的状态;如果起爆器(22)的编码ID号和桥丝状态信息异常,则PC机19不发送起爆准备命令,操作人员对井下起爆器进行异常检测;
步骤3.起爆器22进入准备起爆的状态后,PC机19通过通讯电路6发送起爆命令给数字控制器5,数字控制器5根据接收到的起爆命令,根据起爆器的桥丝状态信息通过控制驱动电路7控制第一功率开关管15和第二功率开关管18的接通或断开合成载波信息,并传送给起爆器22,起爆器发生起爆。
步骤1中分级射孔监控仪20检测井下起爆器22的编码ID号和桥丝状态信息的过程按照如下步骤实施:
步骤1.1PC机19通过通讯电路6向分级射孔监控仪20的数字控制器5发送检测命令;
步骤1.2数字控制器5按照接收到的检测命令通过驱动电路7周期接通或断开第一功率开关管15和第二功率开关管18合成相应的载波信息,并将相应的载波信息通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22;
步骤1.3起爆器22接收到相应的载波信息后,起爆器将本级的编码ID号和桥丝状态再通过单芯同轴电缆21上传,根据电缆电流检测端10流过的电流大小,通过放大电路4处理,放大电路4根据相关算法计算起爆器22的编码,经解析后得出编码ID号和桥丝状态信息,然后放大电路4将处理后的电流信息传送给数字控制器5检测。
步骤2中数字控制器5根据检测到的起爆器22的桥丝状态信息,通过控制驱动电路7控制第一功率开关管15和第二功率开关管18的接通或断开合成的载波信息,并通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22,起爆器22进入准备起爆的状态的具体过程为:
当起爆器的电阻小于60Ω时,数字控制器5通过驱动电路7控制第二功率开关管18接通合成载波信息通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22,起爆器22进入准备起爆的状态;当起爆器的电阻大于等于60Ω时,数字控制器5通过驱动电路7控制第一功率开关管15接通合成载波信息通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22,起爆器22进入准备起爆的状态。
步骤3中数字控制器5按照接收到的起爆命令,根据起爆器的桥丝状态信息通过控制驱动电路7控制第一功率开关管15和第二功率开关管18的接通或断开合成载波信息,并传送给起爆器22,起爆器发生起爆的具体过程如下:
当起爆器的电阻小于60Ω时,数字控制器5通过驱动电路7控制第二功率开关管18接通合成载波信息通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22,起爆器发生起爆;当起爆器的电阻大于等于60Ω时,数字控制器5通过驱动电路7控制第一功率开关管15接通合成载波信息,并通过单芯同轴电缆21传送给起爆器22,起爆器发生起爆。
Claims (7)
1.一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路,其特征在于,包括电源电路(11),所述电源电路(11)包括依次串联的第一组24V电源(1)、第二组24V电源(2)和48V电源(3),所述第一组24V电源(1)的负极与GND(8)相连,第一组24V电源(1)的正极与所述第二组24V电源(2)的负极相连,所述第二组24V电源(2)的正极和48V电源(3)的负极相连,48V电源(3)的正极和第一功率开关管(15)的源极(14)相连,第一功率开关管(15)的漏极(13)和合成编码输出端(9)相连;所述第一组24V电源(1)的正极和所述合成编码输出端(9)相连,所述第二组24V电源(2)的正极与所述合成编码输出端(9)之间连接有第二功率开关管(18),所述第二功率开关管(18)的漏级(17)与所述合成编码输出端(9)相连;
所述合成编码输出端(9)与电缆电流检测端(10)相连,所述电缆电流检测端(10)与放大电路(4)相连,所述放大电路(4)与数字控制器(5)相连,所述数字控制器(5)与通讯电路(6)相连,所述通讯电路(6)与PC机(19)相连,所述第一功率开关管(15)的栅极和所述第二功率开关管(18)的栅极分别与驱动电路(7)相连,所述驱动电路(7)与所述数字控制器(5)相连。
2.如权利要求1所述的一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路,其特征在于,所述第一组24V电源(1)的正极和所述合成编码输出端(9)之间连接有二极管。
3.如权利要求1所述的一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路,其特征在于,所述第二功率开关管(18)的漏级(17)和所述合成编码输出端(9)之间连接有二极管。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路的控制方法,其特征在于,包括以下几个步骤:
步骤1.电源电路(11)接通供电,通过分级射孔监控仪(20)检测井下起爆器(22)的编码ID号和桥丝状态信息;
步骤2.如果起爆器(22)编码ID号和桥丝状态信息正常,即,起爆器(22)的编码ID号正确,并且起爆器电阻正常,电流可通过,PC机(19)通过通讯电路(6)发送起爆准备命令给分级射孔监控仪(20)的数字控制器(5),数字控制器(5)根据检测的起爆器(22)的桥丝状态信息,通过驱动电路(7)控制第一功率开关管(15)和第二功率开关管(18)的接通或断开合成载波信息,并通过单芯同轴电缆(21)传送给所述起爆器(22),所述起爆器(22)进入准备起爆的状态;如果起爆器(22)的编码ID号和桥丝状态信息异常,则PC机(19)不发送起爆准备命令,操作人员对井下起爆器进行异常检测;
步骤3.起爆器(22)进入准备起爆的状态后,PC机(19)通过通讯电路(6)发送起爆命令给数字控制器(5),数字控制器(5)接收到起爆命令后,根据起爆器的桥丝状态信息通过控制驱动电路(7)控制第一功率开关管(15)和第二功率开关管(18)的接通或断开合成载波信息,并发送给起爆器(22),起爆器发生起爆。
5.如权利要求4所述的一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路的控制方法,其特征在于,所述步骤1中分级射孔监控仪(20)检测井下起爆器(22)的编码ID号和桥丝状态信息的过程按照如下步骤实施:
步骤1.1PC机(19)通过通讯电路(6)向分级射孔监控仪(20)的数字控制器(5)发送检测命令;
步骤1.2数字控制器(5)按照接收到的检测命令通过驱动电路(7)周期接通或断开所述第一功率开关管(15)和第二功率开关管(18)合成相应的载波信息,并将相应的载波信息通过单芯同轴电缆(21)传送给起爆器(22);
步骤1.3起爆器(22)接收到相应的载波信息后,起爆器将本级的编码ID号和桥丝状态再通过单芯同轴电缆(21)上传,根据电缆电流检测端(10)流过的电流大小,通过放大电路(4)处理,放大电路(4)根据相关算法计算起爆器(22)的编码,经解析后得出编码ID号和桥丝状态信息,然后放大电路(4)将处理后的电流信息传送给分级射孔监控仪(20)的数字控制器(5)检测。
6.如权利要求4所述的一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路的控制方法,其特征在于,所述步骤2中数字控制器(5)根据检测到的起爆器(22)的桥丝状态信息,通过控制驱动电路(7)控制第一功率开关管(15)和第二功率开关管(18)的接通或断开合成的载波信息,并通过单芯同轴电缆(21)传送给所述起爆器(22),所述起爆器(22)进入准备起爆的状态的具体过程为:
当起爆器的电阻小于60Ω时,数字控制器(5)通过驱动电路(7)控制第二功率开关管(18)接通合成载波信息通过单芯同轴电缆(21)传送给起爆器(22),起爆器(22)进入准备起爆的状态;当起爆器的电阻大于等于60Ω时,数字控制器(5)通过驱动电路(7)控制第一功率开关管(15)接通合成载波信息通过单芯同轴电缆(21)传送给起爆器(22),起爆器(22)进入准备起爆的状态。
7.如权利要求4所述的一种基于电缆编码的分级射孔监控仪控制电路的控制方法,其特征在于,所述步骤3中数字控制器(5)按照接收到的起爆命令,根据起爆器的桥丝状态信息通过控制驱动电路(7)控制第一功率开关管(15)和第二功率开关管(18)的接通或断开合成载波信息,并传送给起爆器(22),起爆器发生起爆的具体过程如下:
当起爆器的电阻小于60Ω时,数字控制器(5)通过驱动电路(7)控制第二功率开关管(18)接通合成载波信息通过单芯同轴电缆(21)传送给起爆器(22),起爆器发生起爆;当起爆器的电阻大于等于60Ω时,数字控制器(5)通过驱动电路(7)控制第一功率开关管(15)接通合成载波信息,并通过单芯同轴电缆(21)传送给起爆器(22),起爆器发生起爆。
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