CN108317922A - 基于电缆编码的分级射孔起爆器电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路，包括供电电缆，供电电缆正极与开关管Q1源极相连，开关管Q1漏极与VCC正极相连，VCC负极和开关管Q3源极相连，开关管Q3漏级与开关管Q4源极相连，开关管Q4漏级与输出端相连，开关管Q3漏级和输出端之间还连接电容组C；开关管Q2源极与井上供电电缆正极相连，开关管Q2漏极和接通下一级相连，下一级还与井上供电电缆负极相连。本发明还公开了基于上述起爆器电路的控制方法，首先检测起爆器的ID编码和桥丝通断信息，然后PC机发送起爆准备命令，最后PC机发送起爆命令。本发明公开的起爆器电路及控制方法，提高了系统起爆过程中的准确性、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，涉及基于电缆编码的分级射孔起爆器电路及控制方法。
背景技术
电缆分级射孔起爆器是油气田勘探开发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多级枪串1次下井，逐级起爆射孔枪，完成射孔的工艺。分级射孔的实现目前主要有2类方法：(1)采用液压转换装置，由最下级枪起爆以后，利用液压转换装置逐级实现上级射孔枪的接通起爆，完成分级射孔的目的，但是利用液压转换装置需要更高的成本，并且不能任意级起爆和实时检测起爆器状态，在使用的便捷性上有所欠缺；(2)利用电子雷管，装配于多级枪串的联枪接头内，由地面发送指令，通过电缆传输逐级起爆射孔枪，实现射孔的目的，这种方式虽然可以使勘探成本降低，但是现有的电子雷管，其识别编码的准确性不高，并且现有射孔设备实现级联的级数有限(小于等于3级)，也存在着起爆指令检测不准确和不能实时检测起爆状态的问题。
目前，国外的电缆分级射孔起爆器虽然可以达到比较好的起爆效果，但是其价格昂贵，操作复杂，不能实现任意选发起爆。国内的电缆多级射孔起爆器存在的问题主要是不能实现较多级的安全起爆，普遍为单级起爆或者3-4级起爆，并且只能按一定的次序逐级起爆，不能任意选发起爆，当井下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，需提出编码识别的准确性高、射孔级数较多(大于等于10级)及任意时刻选发点火起爆工作过程和能实时检测起爆器状态的新方法。在此基础上研制能够通过长线电缆(7千米)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起爆器电路，解决了现有技术中存在起爆级数少、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起爆器电路的控制方法。
本发明所采用的技术方案是，基于电缆编码的分级射孔起爆器电路，包括主电路，主电路包括井上供电电缆，井上供电电缆的正极与功率开关管Q1的源极相连，功率开关管Q1的漏极与VCC的正极相连VCC的负极接入起爆电路，起爆电路包括依次相连的功率开关管Q3、功率开关管Q4、输出端，所述功率开关管Q3的源极和VCC的负极相连，功率开关管Q3的漏级与功率开关管Q4的源极相连，功率开关管Q4的漏级与输出端相连，井上供电电缆的负极与输出端相连，起爆电路还包括功率开关管Q3的漏级和输出端之间连接的电容组C；
井上供电电缆的正极还接入级联控制电路，级联控制电路包括功率开关管Q2，功率开关管Q2的源极与井上供电电缆的正极相连，功率开关管Q2的漏极和接通下一级相连，下一级还与井上供电电缆的负极相连；
起爆电路和级联控制电路共同连接数字控制器。
本发明的其他特点还在于，
数字控制器的AD采样管脚AD0和AD1分别与地面控制器的命令检测点和桥丝检测点相连。
VCC上还连接有稳压电源，稳压电源与数字控制器相连。
功率开关管Q1的栅极与驱动电路b相连、功率开关管Q2的栅极与驱动电路c相连，功率开关管Q4的栅极和功率开关管Q3的栅极与驱动电路a相连，驱动电路a、驱动电路b和驱动电路c均与数字控制器相连。
一种如上述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路的控制方法，具体按照如下步骤操作：
步骤1.通过地面控制器检测起爆器的ID编码和桥丝通断信息；
步骤2.地面控制器接收完所有级联的起爆器的ID编码和桥丝通断信息后，如果起爆器的ID编码和桥丝状态正常，即，起爆器的ID编码正确并且起爆器电阻正常，电流可流通，PC机向地面控制器发送携带起爆器ID编码的起爆准备命令，相应的起爆器进入起爆状态；如果起爆器的ID编码和桥丝状态异常，则PC机不发送起爆准备命令；
步骤3.起爆器处于起爆准备状态后，PC机向地面控制器发送携带起爆器ID编码的起爆命令，起爆器起爆。
步骤1中通过地面控制器检测起爆器的ID编码和桥丝通断信息的具体操作过程如下：
步骤1.1PC机发布检测命令，地面控制器接收到检测命令后将命令转化为载波信息，并通过单芯同轴电缆传送给起爆器；
步骤1.2距离地面控制器电缆延伸方向最近的起爆器首先接收到检测命令并接通井上供电电缆，上电复位，数字控制器进行辨认并将本级起爆器的ID编码和桥丝通断信息发送给地面控制器后，地面控制器再将本级起爆器的ID编码和桥丝通断信息发送给PC机；
步骤1.3当PC机接收到本级起爆器的ID编码和桥丝通断信息后，数字控制器通过控制驱动电路c控制功率开关管Q2的栅极接通，同时通过控制驱动电路b断开功率开关管Q1，使得本级电源VCC断开，级联控制电路接通，下一级起爆器的数字控制器继续读取起爆器的ID编码和桥丝通断信息、并再次发送给地面控制器，地面控制器将起爆器的ID编码和桥丝通断信息再次发送给PC机；
步骤1.4重复步骤1.3直到最后一级起爆器的数字控制器发送给地面控制器起爆器的ID编码和桥丝通断信息，地面控制器转发给PC机最后一级起爆器的ID号和桥丝信息，检测完毕。
步骤2中PC机发送给地面控制器携带起爆器ID编码的起爆准备命令，起爆器进入起爆状态的具体操作过程如下：
步骤2.1PC机发送携带起爆器ID编码的起爆准备命令的指令给地面控制器，地面控制器通过单芯同轴电缆发送给起爆器；
步骤2.2首先第一级起爆器的数字控制器同该指令对比，当接收到的信息与自身ID编码相符时，传送自身ID编码和桥丝通断信息给地面控制器，完成起爆前的准备工作；若是与自身的ID编码不符时，数字控制器通过控制驱动电路c控制功率开关管Q2接通，级联控制电路工作，电压传输给下一级起爆器的数字控制器，这样依次类推，直到ID编码匹配成功。
步骤3中PC机发送给地面控制器携带起爆器ID编码的起爆命令，起爆器起爆的具体操作过程如下：
步骤3.1步骤2.2结束后，PC机发送给地面控制器携带起爆器ID编码的起爆命令，地面控制器通过单芯同轴电缆传送给起爆器带有ID编码信息的起爆命令指令时，本级起爆电路接通，数字控制器通过驱动电路a控制功率开关管Q1接通，通过驱动电路a控制功率开关管Q3接通、功率开关管Q4断开，井上供电电缆对电容组C进行充电，然后转入接收地面控制器发送的起爆命令；
步骤3.2数字控制器接收到起爆命令，电容组C充电完成后，通过驱动电路a控制功率开关管Q3断开，功率开关管Q4接通，电容组C7电，起爆器完成起爆。
本发明的有益效果是，一种基于电缆编码的分级射孔起爆器电路及控制方法，实现了电缆编码多级起爆系统的全数字化控制，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；通过地面控制器与起爆器的通信，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是本发明基于电缆编码的分级射孔起爆器电路及控制方法中分级射孔起爆器的控制电路框图；
图2是本发明基于电缆编码的分级射孔起爆器电路及控制方法中分级射孔起爆器控制的多级起爆整体框图。
图中，1.井上供电电缆，2.稳压电源，3.数字控制器，4.驱动电路a，5.功率开关管Q4的栅极，6.功率开关管Q3的栅极，7.电容组C，8.功率开关管Q4的漏极，9.功率开关管Q4的源极，10.功率开关管Q3的漏极，11.功率开关管Q1的源极，12.功率开关管Q1的漏极，13.功率开关管Q1的源极，14.功率开关管Q1的栅极，15.驱动电路b，16.功率开关管Q2的漏极，17.功率开关管Q2的源极，18.功率开关管Q2的栅极，19.驱动电路c，20.下一级，21.输出端，22.起爆电路，23.级联控制电路，24.地面控制器命令检测点，25.桥丝检测点，26.本级系统，27.PC机，28.地面控制器，29.单芯同轴电缆，30.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。
本发明的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路，电路框图见图1，包括主电路，主电路包括井上供电电缆1，井上供电电缆1的正极与功率开关管Q1的源极13相连，功率开关管Q1的漏极12与VCC的正极相连，VCC的负极接入起爆电路22，起爆电路22包括依次相连的功率开关管Q3、功率开关管Q4、输出端21，功率开关管Q3的源极11和VCC的负极相连，功率开关管Q3的漏级10与功率开关管Q4的源极9相连，功率开关管Q4的漏级与输出端21相连，井上供电电缆1的负极与输出端21相连，起爆电路22还包括功率开关管Q3的漏级10和输出端21之间连接的电容组C7；
井上供电电缆1的正极还接入级联控制电路23，级联控制电路23包括功率开关管Q2，功率开关管Q2的源极17与井上供电电缆1的正极相连，功率开关管Q2的漏极16和接通下一级20相连，下一级20还与井上供电电缆1的负极相连；
起爆电路22和级联控制电路23共同连接数字控制器3。
数字控制器3的AD采样管脚AD0和AD1分别与地面控制器28的命令检测点24和桥丝检测点25相连。
VCC上还连接有稳压电源2，稳压电源2与数字控制器3相连。
功率开关管Q1的栅极14与驱动电路b15相连、功率开关管Q2的栅极18与驱动电路c19相连，功率开关管Q4的栅极5和功率开关管Q3的栅极6与驱动电路a4相连，驱动电路a4、驱动电路b15和驱动电路c19均与数字控制器3相连。
地面控制器命令测点通过分压电阻测量地面控制器命令是否发送；稳压电源2采用TLE4476实现5V电压输出；驱动电路a4采用MOS管SQ2308实现；数字控制器3采用PIC单片机PIC16F616-H/SL构成的控制系统。
本发明的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路的工作原理是：
级联控制电路23用于完成起爆器能量的传递，当井上供电电压通过电缆1加载到级联控制电路23输入侧时，功率开关管Q1栅极受到10-15V电压即接通，输出VCC到稳压电源2和起爆电路22输入侧，稳压电源2将电压稳定到5V供给数字控制器3，当功率开关管Q3接通时，起爆电容组C7充电，当功率开关管Q3断开，功率开关管Q4接通，起爆电容组C7放电点火。起爆后数字控制器3通过驱动电路c19触发功率开关管Q2接通后，将保持功率开关管Q2持续接通，将电源能量传输给下一级起爆电路，同时功率开关管Q1断开。
数字控制器3通过单芯同轴电缆29与地面控制器28通信，当地面控制器28发送读取起爆控制器ID命令时，通过地面控制器28的命令检测点24的电压变化AD0采样，通过桥丝检测点25的电压大小AD1采样将起爆控制器编号和起爆桥丝状态传送给地面控制器28；当数字控制器接收到带有ID编码的起爆准备命令时，功率开关管Q3接通，起爆电容组C7进行充电，然后数字控制器3转入接收地面控制器28的起爆命令，接收到起爆命令后，数字控制器3通过驱动电路a4断开功率开关管Q3，接通起爆功率开关管Q4，完成起爆过程。
一种如上所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路的控制方法，具体按照如下步骤操作：
步骤1.通过地面控制器28检测起爆器30的ID编码和桥丝通断信息；
步骤2.地面控制器28接收完所有级联的起爆器30的ID编码和桥丝通断信息后，如果起爆器的ID编码和桥丝状态正常，即，起爆器的ID编码正确并且起爆器电阻正常，电流可流通，PC机27向地面控制器28发送携带起爆器ID编码的起爆准备命令，相应的起爆器进入起爆状态；如果起爆器的ID编码和桥丝状态异常，则PC机27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.起爆器处于起爆准备状态后，PC机27向地面控制器28发送携带起爆器ID编码的起爆命令，起爆器起爆。
步骤1中通过地面控制器28检测起爆器30的ID编码和桥丝通断信息的具体操作过程如下：
步骤1.1PC机27首先发布检测命令，地面控制器28接收到检测命令后将命令转化为载波信息，并通过单芯同轴电缆29传送给起爆器30；
步骤1.2距离地面控制器28电缆延伸方向最近的起爆器首先接收到检测命令并接通井上供电电缆1，上电复位，数字控制器3进行辨认并将本级起爆器30的ID编码和桥丝通断信息发送给地面控制器28后，地面控制器28再将本级起爆器的ID编码和桥丝通断信息发送给PC机27；
步骤1.3当PC机27接收到本级起爆器30的ID编码和桥丝通断信息后，数字控制器3通过控制驱动电路c19控制功率开关管Q2的栅极18接通，同时通过控制驱动电路b15断开功率开关管Q1，使得本级电源VCC断开，级联控制电路23接通，下一级起爆器的数字控制器3继续读取起爆器的ID编码和桥丝通断信息、并再次发送给地面控制器28，地面控制器28将起爆器的ID编码和桥丝通断信息再次发送给PC机27；
步骤1.4重复步骤1.3直到最后一级起爆器的数字控制器3发送给地面控制器28起爆器的ID编码和桥丝通断信息，地面控制器28转发给PC机27最后一级起爆器的ID号和桥丝信息，检测完毕。
步骤2中PC机27发送给地面控制器28携带起爆器ID编码的起爆准备命令，起爆器进入起爆状态的具体操作过程如下：
步骤2.1PC机27发送携带起爆器ID编码的起爆准备命令的指令给地面控制器28，地面控制器28通过单芯同轴电缆29发送给起爆器30；
步骤2.2首先第一级起爆器的数字控制器3同该指令对比，当接收到的信息与自身ID编码相符时，传送自身ID编码和桥丝通断信息给地面控制器28，完成起爆前的准备工作；若是与自身的ID编码不符时，数字控制器28通过控制驱动电路c19控制功率开关管Q2接通，级联控制电路23工作，电压传输给下一级起爆器的数字控制器，这样依次类推，直到ID编码匹配成功。
步骤3中PC机27发送给地面控制器28携带起爆器ID编码的起爆命令，起爆器起爆的具体操作过程如下：
步骤3.1步骤2.2结束后，PC机27发送给地面控制器28携带起爆器ID编码的起爆命令，地面控制器28通过单芯同轴电缆29传送给起爆器30带有ID编码信息的起爆命令指令时，本级起爆电路接通，数字控制器3通过驱动电路a4控制功率开关管Q1接通，通过驱动电路a4控制功率开关管Q3接通、功率开关管Q4断开，井上供电电缆1对电容组C7进行充电，然后转入接收地面控制器28发送的起爆命令；
步骤3.2数字控制器3接收到起爆命令后，电容组C7充电完成后，通过驱动电路a4控制功率开关管Q3断开，功率开关管Q4接通，电容组C7放电，起爆器30完成起爆，数字控制器3向地面控制器28发送“END”命令。
自此即完成了一个多级起爆的过程。
系统没有发送起爆命令或失电，本次起爆失效，若再次起爆，需重新发送起爆准备命令。
Claims (8)
1.基于电缆编码的分级射孔起爆器电路，其特征在于，包括主电路，所述主电路包括井上供电电缆(1)，所述井上供电电缆(1)的正极与功率开关管Q1的源极(13)相连，功率开关管Q1的漏极(12)与VCC的正极相连，所述VCC的负极接入起爆电路(22)，所述起爆电路(22)包括依次相连的功率开关管Q3、功率开关管Q4、输出端(21)，所述功率开关管Q3的源极(11)和VCC的负极相连，所述功率开关管Q3的漏级(10)与功率开关管Q4的源极(9)相连，所述功率开关管Q4的漏级与输出端(21)相连，所述井上供电电缆(1)的负极与所述输出端(21)相连，所述起爆电路(22)还包括所述功率开关管Q3的漏级(10)和所述输出端(21)之间连接的电容组C(7)；
所述井上供电电缆(1)的正极还接入级联控制电路(23)，所述级联控制电路(23)包括功率开关管Q2，所述功率开关管Q2的源极(17)与井上供电电缆(1)的正极相连，功率开关管Q2的漏极(16)和接通下一级(20)相连，所述下一级(20)还与所述井上供电电缆(1)的负极相连；
所述起爆电路(22)和所述级联控制电路(23)共同连接数字控制器(3)。
2.如权利要求1所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路，其特征在于，所述数字控制器(3)的AD采样管脚AD0和AD1分别与地面控制器(28)的命令检测点(24)和桥丝检测点(25)相连。
3.如权利要求1所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路，其特征在于，所述VCC上还连接有稳压电源(2)，所述稳压电源(2)与所述数字控制器(3)相连。
4.如权利要求1所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路，其特征在于，所述功率开关管Q1的栅极(14)与驱动电路b(15)相连、功率开关管Q2的栅极(18)与驱动电路c(19)相连，功率开关管Q4的栅极(5)和功率开关管Q3的栅极(6)与驱动电路a(4)相连，所述驱动电路a(4)、驱动电路b(15)和驱动电路c(19)均与所述数字控制器(3)相连。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路的控制方法，其特征在于，具体按照如下步骤操作：
步骤1.通过地面控制器(28)检测起爆器(30)的ID编码和桥丝通断信息；
步骤2.地面控制器(28)接收完所有级联的起爆器(30)的ID编码和桥丝通断信息后，如果起爆器的ID编码和桥丝状态正常，即，起爆器的ID编码正确并且起爆器电阻正常，电流可流通，PC机(27)向地面控制器(28)发送携带起爆器ID编码的起爆准备命令，相应的起爆器进入起爆状态；如果起爆器的ID编码和桥丝状态异常，则PC机(27)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.起爆器处于起爆准备状态后，PC机(27)向地面控制器(28)发送携带起爆器ID编码的起爆命令，起爆器起爆。
6.如权利要求5所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路的控制方法，其特征在于，所述步骤1中通过地面控制器(28)检测起爆器(30)的ID编码和桥丝通断信息的具体操作过程如下：
步骤1.1 PC机(27)发布检测命令，地面控制器(28)接收到检测命令后将命令转化为载波信息，并通过单芯同轴电缆(29)传送给起爆器(30)；
步骤1.2距离地面控制器(28)电缆延伸方向最近的起爆器首先接收到检测命令并接通井上供电电缆(1)，上电复位，数字控制器(3)进行辨认并将本级起爆器(30)的ID编码和桥丝通断信息发送给地面控制器(28)后，地面控制器(28)再将本级起爆器的ID编码和桥丝通断信息发送给PC机(27)；
步骤1.3当PC机(27)接收到本级起爆器(30)的ID编码和桥丝通断信息后，数字控制器(3)通过控制驱动电路c(19)控制功率开关管Q2的栅极(18)接通，同时通过控制驱动电路b(15)断开功率开关管Q1，使得本级电源VCC断开，级联控制电路(23)接通，下一级起爆器的数字控制器(3)继续读取起爆器的ID编码和桥丝通断信息、并再次发送给地面控制器(28)，地面控制器(28)将起爆器的ID编码和桥丝通断信息再次发送给PC机(27)；
步骤1.4重复所述步骤1.3直到最后一级起爆器的数字控制器(3)发送给地面控制器(28)起爆器的ID编码和桥丝通断信息，地面控制器(28)转发给PC机(27)最后一级起爆器的ID号和桥丝信息，检测完毕。
7.如权利要求5所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路的控制方法，其特征在于，所述步骤2中PC机(27)发送给地面控制器(28)携带起爆器ID编码的起爆准备命令，起爆器进入起爆状态的具体操作过程如下：
步骤2.1 PC机(27)发送携带起爆器ID编码的起爆准备命令的指令给地面控制器(28)，地面控制器(28)通过单芯同轴电缆(29)发送给起爆器(30)；
步骤2.2首先第一级起爆器的数字控制器(3)同该指令对比，当接收到的信息与自身ID编码相符时，传送自身ID编码和桥丝通断信息给地面控制器(28)，完成起爆前的准备工作；若是与自身的ID编码不符时，数字控制器(28)通过控制驱动电路c(19)控制功率开关管Q2接通，级联控制电路(23)工作，电压传输给下一级起爆器的数字控制器，这样依次类推，直到ID编码匹配成功。
8.如权利要求5所述的基于电缆编码的分级射孔起爆器电路的控制方法，其特征在于，所述步骤3中PC机(27)发送给地面控制器(28)携带起爆器ID编码的起爆命令，起爆器起爆的具体操作过程如下：
步骤3.1所述步骤2.2结束后，PC机(27)发送给地面控制器(28)携带起爆器ID编码的起爆命令，地面控制器(28)通过单芯同轴电缆(29)传送给起爆器(30)带有ID编码信息的起爆命令指令时，本级起爆电路接通，数字控制器(3)通过驱动电路a(4)控制功率开关管Q1接通，通过驱动电路a(4)控制功率开关管Q3接通、功率开关管Q4断开，井上供电电缆(1)对电容组C(7)进行充电，然后转入接收地面控制器(28)发送的起爆命令；
步骤3.2数字控制器(3)接收到起爆命令，电容组C7充电完成后，通过驱动电路a(4)控制功率开关管Q3断开，功率开关管Q4接通，电容组C(7)放电，起爆器(30)完成起爆。
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| CN111411924A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-07-14 | 大庆油田有限责任公司 | 一种射孔智能起爆方法、装置及射孔智能起爆水油井 |
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2018
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