CN108798611A - 精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，包括开窗护管、插针接头和本体；开窗护管一端安装特种通讯装置，另一端与插针接头连接，插针接头另一端与本体连接，开窗护管两端均有导电插针，两个导电插针通过通讯线连接，插针接头的内部装有绝缘筒和绝缘帽，连接导电杆穿过弹簧、导电帽后装到绝缘筒内部，连接导电杆与导电插针进行信号传输，本体内装有电池模块，电池模块一端与连接导电杆连接，另一端连接放在本体内的电路骨架，电路骨架后方的本体内装有可旋转的电机单元，电机单元的电机轴固定在定向器的定向孔中，定向器上装有传感器，本体后端装有接箍。该装置具有方位测量准确、实时控制、安装操作方便、不受施工场地限制等特点。
Description
技术领域
本发明属于油田开采领域，精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置。
背景技术
目前我国的大部分油田都到了油井开采的中后期，用常规技术难于开采的剩余油与薄层油的开采问题逐渐显现。为解决上述问题，各种新型射孔技术近年来层出不穷，如定方位射孔、超深穿透射孔、复合射孔等，虽然这些射孔方式能在一定程度上改善射孔效果，但是还不能满足精细化射孔工艺要求，存在一些问题。为了解决上述射孔技术的问题，目前又有人研究出了一种可调整射孔弹射孔方向和角度的一体化定射角定方位射孔器，来满足射孔弹沿目的层方向射孔的精细化射孔工艺要求。但是该技术中的定向精度为±10°以内，且在井斜小于20°的井况中使用时，且必须使用外定向结构，通过在井口旋转管柱的方式调整枪串方位，劳动强度较大，操作复杂。且原有定方位技术管串下到预定位置后无法对管串方位实时测量与控制，且精度也不是很高。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，该装置用于在油管传输射孔用定向控制系统中控制第一支射孔枪，该装置具有方位测量准确、实时控制、安装操作方便、不受施工场地限制、施工效果佳和安全性能好等特点。
本发明是通过以下技术方案来实现：
精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，包括开窗护管、插针接头、本体和定向器；开窗护管一端安装特种通讯装置，另一端与插针接头通过螺纹连接，插针接头另外一端与本体通过螺纹连接，开窗护管两端均有导电插针，两个导电插针通过通讯线连接，插针接头的内部装有绝缘筒，连接导电杆穿过弹簧和带有导电帽的绝缘帽后安装到绝缘筒内部并与导电插针接通，连接导电杆与导电插针进行信号传输，本体内安装有电池模块，电池模块一端与连接导电杆接通，另一端接通安装电路的电路骨架，电路骨架放在本体内，电路骨架后方的本体内安装有可旋转的电机单元，电机单元的电机轴固定在定向器的定向孔中，定向器上装有测方位的传感器，本体后端安装有接箍。
所述的定向器用于测量第一级射孔器的方位，定向器与下级射孔器弹架的上扶正管连接，控制下一级射孔器旋转。
所述的电池模块包括电池盖板、电池外筒和电池，电池通过电池盖板、电池外筒放在本体内，连接导电杆穿过电池盖板与电池接通，电池外筒与电路骨架通过螺纹连接，电池与电路骨架上安装的电路接通。
所述的插针接头另外一端与本体通过螺纹连接，并且由两个第一O形圈进行密封。
所述的电机单元包括电机盖板、电机座和电机；电路骨架后方的本体内安装有电机座，电机座通过第二压帽固定，电机盖板两端设置有滑条，电机座设置有滑槽，电机盖板通过滑条和滑槽配接将电机固定在电机座内，定向器通过定位键和第一压帽固定，电机轴固定在定向器的定向孔中，电路骨架上安装的电路与电机相连，来控制电机转动。
所述的电机盖板两端设计2mm滑条，电机座上设置有2.2mm滑槽。
所述的电路骨架上设置有M3×10十字槽盘头螺钉。
所述的接箍通过第二O形圈安装在本体上。
所述的电路包括向上无线发送接收电路、向上无线编解码电路、控制器、向下无线编解码电路、向下无线发送接收电路、电机驱动器和电池管理模块；所述的控制器上交互连接有向上无线编解码电路和向下无线编解码电路，向上无线编解码电路上交互连接有向上无线发送接收电路，向下无线编解码电路上连接有向下无线发送接收电路，控制器上连接有电机驱动器，电机驱动器上连接有高温电机，控制器还与定向器上的传感器相连，电池管理模块和高温电池相连，电池管理模块分别与向上无线发送接收电路、向上无线编解码电路、控制器、向下无线编解码电路、向下无线发送接收电路和电机驱动器相连，向其供电。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，通过控制电机旋转弹架，在精准定方位的控制系统中控制第一支射孔枪，该装置应用于水下无线通讯技术，通过智能遥传装置和枪头测控装置在油水混合物中无线通讯，实现对第一支射孔枪方位的测量和控制。同时将测试与控制结果反馈给地面，同时可将指令发送给后级枪间测控装置，达到后续射孔枪弹架的方位测量和控制，完成方位的测量与控制后，同理，应用水下无线通讯技术完成延时起爆功能。
该装置具有方位测量准确、实时控制、安装操作方便、不受施工场地限制、施工效果佳和安全性能好等特点。
该精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，可将传统定方位或定方位定射角技术的定方位精度提高到±1°，也可解决原有定方位技术管串下到预定位置后无法对管串方位实时测量与控制，提高了原定方位技术的技术水平。
附图说明
图1为本发明提供的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置的结构图；
图2a为定向器的主视结构图；
图2b为定向器的俯视结构图；
图2c为定向器的右视结构图；
图2d为定向器的剖视结构图；
图3a为电机盖板的主视结构图；
图3b为电机盖板的右视结构图；
图4a为电机座的主视结构图；
图4b为电机座的右视结构图；
图5为电路骨架上电路的框图。
其中，1为开窗护管、2为插针接头、3为本体、4为电池盖板、5为电池外筒、6为电路骨架、7为电机盖板、8为电机座、9为定位键、10为第一压帽、11为第二压帽、12为定向器、13为接箍、14为第一O形圈、15为M3×10十字槽盘头螺钉、16为连接导电杆、17为绝缘帽、18为弹簧、19为导电帽、20为第二O形圈、21为绝缘筒、22为导电插针。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1至图5，精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，包括开窗护管1、插针接头2、本体3、电池盖板4、电池外筒5、电路骨架6、电机盖板7、电机座8、定位键9、第一压帽10、第二压帽11、定向器12、接箍13、第一O形圈14、M3×10十字槽盘头螺钉15、连接导电杆16、绝缘帽17、弹簧18、导电帽19、第二O形圈20、绝缘筒21和导电插针22；开窗护管1一端安装特种通讯装置，另一端与插针接头2通过螺纹连接，插针接头2另外一端与本体3通过螺纹连接，开窗护管1两端均有导电插针22，两个导电插针22通过通讯线连接，插针接头2的内部装有绝缘筒21，连接导电杆16穿过弹簧18和弹簧两侧的带有导电帽19的绝缘帽17后安装到绝缘筒21内部并与导电插针22接通，连接导电杆16与导电插针22进行信号传输，本体3内安装有电池模块，电池模块一端与连接导电杆16连通，另一端接通安装电路的电路骨架6，电路骨架6放在本体内，电路骨架6后方的本体内安装有可旋转的电机单元，电机单元的电机轴固定在定向器12的定向孔中，定向器12上装有测方位的重力传感器，本体3后端安装有接箍13。所述的定向器12用于测量第一级射孔器的方位，定向器12与下级射孔器弹架的上扶正管连接，控制下一级射孔器旋转。
所述的电池模块包括电池盖板4、电池外筒5和电池，电池通过电池盖板4、电池外筒5放在本体3内，连接导电杆16穿过电池盖板4与电池接通，电池外筒5与电路骨架6通过螺纹连接，电池与电路骨架6上安装的电路接通。
参加图5，所述的电路包括向上无线发送接收电路、向上无线编解码电路、控制器、向下无线编解码电路、向下无线发送接收电路、电机驱动器和电池管理模块；所述的控制器上交互连接有向上无线编解码电路和向下无线编解码电路，向上无线编解码电路上交互连接有向上无线发送接收电路，向下无线编解码电路上连接有向下无线发送接收电路，控制器上连接有电机驱动器，电机驱动器上连接有高温电机，控制器还与定向器上的重力传感器相连，电池管理模块和高温电池相连，电池管理模块分别与向上无线发送接收电路、向上无线编解码电路、控制器、向下无线编解码电路、向下无线发送接收电路和电机驱动器相连，向其供电。
具体的，电路中各个电路的作用：1.高温电池：主要是给整个枪头测控装置供电。
2.电池管理模块：
主要功能是提供+5V和+15V供整个枪头测控装置工作和对电池的工作状况进行监测。
3.向上无线发送接收电路：主要由线圈和衔铁组成，功能是用来发送和接收电磁波信号，完成和智能遥传的通信。
4.向上无线编解码电路：主要由FPGA组成。功能是通过FPGA实行对从向上无线发送接收电路上接收的信号进行解码和实现对控制器发送到向上无线发送接收电路上的数据进行编码。目的是使通过无线通信的单通道和控制器通信的双通道可以相互转换。
5.控制器：选用MICROCHIP单片机。功能：主要完成对整个枪头测控装置的通信管理和控制。
6.向下无线编解码电路：主要由FPGA组成。功能是通过FPGA实行对从向下无线发送接收电路上接收的信号进行解码和实现对控制器发送到向下无线发送接收电路上的数据进行编码。目的是使通过无线通信的单通道和控制器通信的双通道可以相互转换。
7.向下无线发送接收电路：主要由线圈和衔铁组成，功能是用来发送和接收电磁波信号，完成和枪间短接的通信。
8.重力传感器：采用重力倾角加速度传感器完成对当前弹架角度的测量。
9.电机驱动器：控制器通过测控电机驱动器完成对高温电机的旋转控制。
10.高温电机：要作用是控制射孔枪弹架的旋转。耐温指标为125℃。
需要说明的是，上述电路可以使用现有技术中存在的电路来实现，由于是现有技术中的电路，因此，此处就不在进行描述。
所述的插针接头2另外一端与本体3通过螺纹连接，并且由两个第一O形圈20进行密封。
所述的电机单元包括电机盖板7、电机座8和电机；电路骨架6后方的本体内安装有电机座8，电机座8通过第二压帽11固定，电机盖板7两端设置有滑条，电机座8设置有滑槽，电机盖板7通过滑条和滑槽配接将电机固定在电机座8内，定向器通过定位键9和第一压帽10固定，电机轴固定在定向器12的定向孔中，电路骨架6上安装的电路与电机相连，来控制电机转动。
参见图3a、3b、图4a、图4b，所述的电机盖板7两端设计2mm滑条，电机座8上设置有2.2mm滑槽，电机盖板7的滑条与电机座8滑槽配接，将电机固定在电机座中。
所述的电路骨架6上设置有M3×10十字槽盘头螺钉15。
所述的接箍13通过第二O形圈14安装在本体3上。
所述的开窗护管1上安装有导电插针22，绝缘筒21中安装有两个绝缘帽，每个绝缘帽中套设有导电帽，两个导电帽之间设置有弹簧，连接导电杆16依次穿过右侧带导电帽的绝缘帽、弹簧和左侧带导电帽的绝缘帽连接到开窗护管上的导电插针22上，连接导电杆16与导电插针22分别顶各自端的导电帽，压缩弹簧实现两端联通。
如图2a～2d所示，定向器的中心孔距离测方位的重力传感器安装平台7.5mm处，在测方位的重力传感器安装平台上有两个M3螺钉孔，用于固定测方位的重力传感器和引爆雷管的芯片，引爆雷管的芯片有两个引爆线，从导引槽通过与雷管连接，定向器的引斜部分与射孔器弹架上扶正管的方位键连接，实现控制弹架功能。
需要说明的是，第一O形圈14尺寸为73×3.55，第二O形圈20尺寸为32×3.55。
具体的，参见图1-图5，开窗护管1一端安装特种通讯装置，用于接收智能遥传装置发出的指令，并将指令传递给下一级枪间测控装置的同时将指令传递给电路骨架6上的电路，从而测量定向器12上测方位的重力传感器的方位，得出的目标方位的差值，在通过智能遥传装置发送指令，控制电机座8中的电机旋转，控制射孔枪中的弹架旋转；开窗护管1的另一端与插针接头2通过螺纹连接，插针接头2的内部装有绝缘筒21和绝缘帽17，实现绝缘筒内部信号导通，同时与外界相隔，绝缘筒21内部通过连接导电杆16、弹簧18、导电帽19、导电插针22进行信号传输，插针接头2另外一端与本体3通过螺纹连接，并且有两个32×3.55的第二O形圈20进行密封；电池通过电池盖板4、电池外筒5放在本体3内并与连接导电杆16连接；电路骨架6与电池外筒5通过螺纹连接，放在本体内；电机座8设计有滑槽，电机盖板7通过滑槽将电机固定在电机座8内，第一压帽10将定向器位置固定，第二压帽11将电机座8固定；
电机轴固定在定向器12的定向孔中，定向器12装有测方位的重力传感器，定向器12用于测量第一级射孔器的方位，定向器12与下级射孔器弹架的上扶正管连接，控制下一级射孔器旋转；
该装置在油管传输射孔用精准定方位测控系统中用于控制第一支枪，并将接收的信号传送给下一级枪间测控装置；
连接导电杆16通过连接线与电路骨架6上的电路板连接，实现开窗护管1一端安装的特种通讯装置，接收智能遥传装置发出的指令，并将指令传递给电路骨架6上的电路板，由电路板发出测量方位、控制方位、起爆雷管指令。实现地面信号接收、处理、定反位、控制方位、起爆功能、及将信号发送到下一级枪间测控装置。
本发明的工作原理为：
精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置上端与油管连接，下端与第一支射孔器连接，第一支射孔器下端与油管传输全方位精准控制枪间测控起爆装置连接，油管传输全方位精准控制枪间测控起爆装置连接下一级射孔器，连接为精准定方位射孔管串。
精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置中的线路骨架上安装有电路，用于与精准全方位控制水下无线通讯遥传装置进行水下无线通讯。待精准定方位射孔管串下放至目的层，地面系统通过精准全方位控制水下无线通讯遥传装置向精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置发出的方位测量指令，精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置的向上无线发送接收电路接收指令后，经向上无线编解码电路解码后送入控制器，控制器控制向下无线编解码电路重新编码，通过向下无线发送接收电路向油管传输全方位精准控制枪间测控起爆装置转发方位测量指令；转发指令后向下无线发送接收电路切换为接收信号模式，同时通过测量定向器上安装的重力传感器测量方位，并将测量结果送入控制器；待接收到油管传输全方位精准控制枪间测控起爆装置反馈的方位测量结果后，经向下无线编解码电路解码后送入控制器，控制器控制将全部射孔器方位测量信息送入向上无线编解码电路编码，通过向上无线发送接收电路向精准全方位控制水下无线通讯遥传装置转发方位测量结果，发送后向上无线发送接收电路重新切换为接收指令模式；
当向上无线发送接收电路接收到精准全方位控制水下无线通讯遥传装置发送的经地面系统处理的方位调整指令后，通过向上无线编解码电路解码后送入控制器，控制器控制向下无线编解码电路重新编码，通过向下无线发送接收电路向油管传输全方位精准控制枪间测控起爆装置转发方位调整指令；同时，按方位调整指令控制电机旋转定方位，达到预定位置后，延时特定时间后引爆雷管。
应用水下无线通讯技术，通过智能遥传装置和本枪头测控装置在油水混合物中无线通讯，实现对第一支射孔枪方位的测量和控制。开窗护管1一端安装特种通讯装置，接收智能遥传装置发出的指令，并通过通讯线，将指令发送给电路骨架6上的线路，并发出测量方位指令，并将测量结果通过特种通讯装置返回给智能遥传装置，由智能遥传装置返给地面，再由地面发出定方位指令，通过智能遥传装置和枪头测控装置水下无线通讯将定方位指令发给电路骨架6上的线路，实现射孔器弹架定方位，再由地面发出起爆延时指令，引爆雷管完成起爆。
本发明提供的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，通过控制电机旋转弹架，在精准定方位的控制系统中控制第一支射孔枪，该装置应用于水下无线通讯技术，通过智能遥传装置和枪头测控装置在油水混合物中无线通讯，实现对第一支射孔枪方位的测量和控制。同时将测试与控制结果反馈给地面，同时可将指令发送给后级枪间测控装置，达到后续射孔枪弹架的方位测量和控制，完成方位的测量与控制后，同理，应用水下无线通讯技术完成延时起爆功能。
该装置具有方位测量准确、实时控制、安装操作方便、不受施工场地限制、施工效果佳和安全性能好等特点。
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 (9)
1.精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，包括开窗护管(1)、插针接头(2)、本体(3)和定向器(12)；开窗护管(1)一端安装特种通讯装置，另一端与插针接头(2)通过螺纹连接，插针接头(2)另外一端与本体(3)通过螺纹连接，开窗护管(1)两端均有导电插针(22)，两个导电插针(22)通过通讯线连接，插针接头(2)的内部装有绝缘筒(21)，连接导电杆(16)穿过弹簧(18)和带有导电帽(19)的绝缘帽(17)后安装到绝缘筒(21)内部并与导电插针(22)接通，连接导电杆(16)与导电插针(22)进行信号传输，本体(3)内安装有电池模块，电池模块一端与连接导电杆(16)接通，另一端接通安装电路的电路骨架(6)，电路骨架(6)放在本体内，电路骨架(6)后方的本体内安装有可旋转的电机单元，电机单元的电机轴固定在定向器(12)的定向孔中，定向器(12)上装有测方位的传感器，本体(3)后端安装有接箍(13)。
2.根据权利要求1所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的定向器(12)用于测量第一级射孔器的方位，定向器(12)与下级射孔器弹架的上扶正管连接，控制下一级射孔器旋转。
3.根据权利要求1所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的电池模块包括电池盖板(4)、电池外筒(5)和电池，电池通过电池盖板(4)、电池外筒(5)放在本体(3)内，连接导电杆(16)穿过电池盖板(4)与电池接通，电池外筒(5)与电路骨架(6)通过螺纹连接，电池与电路骨架(6)上安装的电路接通。
4.根据权利要求1所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的插针接头(2)另外一端与本体(3)通过螺纹连接，并且由两个第一O形圈(20)进行密封。
5.根据权利要求1所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的电机单元包括电机盖板(7)、电机座(8)和电机；电路骨架(6)后方的本体内安装有电机座(8)，电机座(8)通过第二压帽(11)固定，电机盖板(7)两端设置有滑条，电机座(8)设置有滑槽，电机盖板(7)通过滑条和滑槽配接将电机固定在电机座(8)内，定向器通过定位键(9)和第一压帽(10)固定，电机轴固定在定向器(12)的定向孔中，电路骨架(6)上安装的电路与电机相连，来控制电机转动。
6.根据权利要求5所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的电机盖板(7)两端设计2mm滑条，电机座(8)上设置有2.2mm滑槽。
7.根据权利要求1所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的电路骨架(6)上设置有M3×10十字槽盘头螺钉(15)。
8.根据权利要求1所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的接箍(13)通过第二O形圈(14)安装在本体(3)上。
9.根据权利要求1所述的精准全方位控制无线级联通讯枪头测控装置，其特征在于，所述的电路包括向上无线发送接收电路、向上无线编解码电路、控制器、向下无线编解码电路、向下无线发送接收电路、电机驱动器和电池管理模块；所述的控制器上交互连接有向上无线编解码电路和向下无线编解码电路，向上无线编解码电路上交互连接有向上无线发送接收电路，向下无线编解码电路上连接有向下无线发送接收电路，控制器上连接有电机驱动器，电机驱动器上连接有高温电机，控制器还与定向器上的传感器相连，电池管理模块和高温电池相连，电池管理模块分别与向上无线发送接收电路、向上无线编解码电路、控制器、向下无线编解码电路、向下无线发送接收电路和电机驱动器相连，向其供电。
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