CN108825179B - 一种无线编码起爆控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线编码起爆控制装置，包括地面系统和井下系统，地面系统与井下系统之间通过油管相连接，地面系统包括地面控制仪及与其连接的空气压缩机和激振器，地面控制仪，用于根据射孔施工需求进行无线编码参数设置，利用空气压缩机提供的空气动力控制激振器通过油管为井下系统发送可靠的编码信号，井下系统包括一个或者多个装有编码控制器的起爆控制接头，多个装有编码控制器的起爆控制接头在井下串联连接，编码控制器，用于接收地面控制仪发出的编码信号，并根据编码信号执行相应的检测及点火操作，并进行编码信号及温度的存储。实现一次下井完成多次射孔作业，减少了起爆过程中出现的传爆问题，且大大减少了现场施工工作时间。

Description

一种无线编码起爆控制装置

技术领域

本发明属于油井完井射孔领域，涉及一种无线编码起爆控制装置。

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。

在石油的开采中，新的油井打好以后，需要放入套管固井。由于套管及水泥的阻挡，油层中的石油不会自动流出。所以，通常在固井完成后，需要将射孔枪放到预定的岩层进行射孔作业。所谓的射孔，就是使用专门的射孔枪，将套管和水泥射开，使井眼与油层之间建立起一条通道，确保石油能够顺利从产油层流出。一条清洁无污染的通道，为后续压裂等操作创造了良好的条件，也是使油井获得最大产能的重要保证。

然而在射孔作业过程中，射孔弹引爆产生的巨大冲击力常造成射孔枪的断裂及相关测井仪器的破坏。不仅如此，射孔枪能否正确可靠的引爆往往关系着射孔作业人员的生命财产安全。射孔作业通常在距地面数千米以上的位置，仪器在工作时受到高温高压以及很多不确定因素的干扰，存在误引爆的可能。因此射孔工艺是否合理，对油井的产量及开采的安全，起着至关重要的作用。

射孔枪的正确引爆是射孔技术中的一个重要的环节。可靠的引爆技术不仅能够提高下井一次爆破的成功率，节约人力物力成本，更是对生产作业人员安全的可靠保证。随着油田开采进入中后期，为了能够获得高效的产能，简单的单级射孔引爆技术已经不能适应大规模生产的要求。而进行多级射孔作业，须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。

目前国内外使用的射孔枪及次级以下射孔枪的引爆方法有以下几种：

1.火工传爆序列引爆

第一级射孔枪用投棒和压力激发点火引爆后，通过引爆第一级射孔枪尾端爆炸能量传递给下级射孔枪，这种方法装配环节较多，易出现传爆问题。

2.机械能量激发各级点火装置

较典型的是多级投棒点火装置，第一级射孔枪射孔后，将枪尾的投放棒释放，靠重力向下运动撞击次级点火装置，这种方法不适用于大斜度井、水平井，且安全性较差，一旦作业失败，次级点火的投放棒无法打捞。

3.压力激发各级点火系统

(1)油管压力激发各级点火系统

各种射孔枪用压力点火头引爆，枪与枪之间与密封油管连接。地面加压，第一级射孔枪引爆后，液体进入枪与枪之间的连接油管，达到一定压力引爆激发压力点火头。这种方法安全性较差，对油管的安全性要求较高，一旦泄露，可能误射孔。

(2)环空压力激发各级压力引爆系统。

环空加压引爆各级压力点火系统，这种方法各个压力点火系统不能同时引爆，采用延时点火系统实现全部点火的目的，选用环空压力激发各级压力引爆系统的方法是较可行的。

我国从上世纪50年代初开始进行射孔作业相关研究，经历了70年左右的发展，在射孔器材的性能、射孔技术的工艺上都取得了显著的进步。但与当今世界先进技术相比，在射孔的可靠性、稳定性、耐高温高压性能等方面还有不小的差距。国外的石油仪器技术发展早，比较成熟，可靠性高，但价格昂贵，一部分高端仪器不对外出售。总的来讲，我国的石油射孔技术在很多方面还有待提高。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种安全性高、引爆准确、实现一次下井完成多次射孔作业的无线编码起爆控制装置，减少了起爆过程中出现的传爆问题，且大大减少了现场施工工作时间。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种无线编码起爆控制装置，包括地面系统和井下系统，地面系统与井下系统之间通过油管相连接，地面系统包括空气压缩机、地面控制仪和激振器，所述的地面控制仪分别与空气压缩机和激振器相连，地面控制仪，用于根据射孔施工需求进行无线编码参数设置，利用空气压缩机提供的空气动力控制激振器通过油管为井下系统发送可靠的编码信号，井下系统包括一个或者多个装有编码控制器的起爆控制接头，多个装有编码控制器的起爆控制接头在井下串联连接，编码控制器，用于接收地面控制仪发出的编码信号，并根据编码信号执行相应的检测及点火操作，并进行编码信号及温度的存储，所述的编码控制器包括通信逻辑控制模块、电源控制模块、输出控制模块及存储模块；所述的通信逻辑控制模块与电源控制模块、输出控制模块及存储模块相连，电源控制模块与输出控制模块及存储模块相连；所述的通信逻辑控制模块包括可编程模块、输入输出接口、串行通信接口、预定标器和中央处理器，用于实现对地面控制仪输出编码信号的接收，并对接收的编码信号进行滤波、整形及放大处理；输入输出接口通过串行通信接口与中央处理器相连，中央处理器上连接有可编程模块和预定标器；所述的电源控制模块包括电池、升压电路、稳压控制电路，用于对编码控制器正常工作提供电能；所述的电池与升压电路相连，升压电路与稳压控制电路相连，所述的输出控制模块由电子开关、变压电路、延时电路以及储能电容器组成，用于在通信逻辑控制模块的控制下对输出给点火控制装置的能量进行安全控制；电子开关与延时电路相连，延时电路与变压电路相连，变压电路与储能电容器相连，所述的存储模块由存储芯片组成，用于井下施工时记录编码接收情况及温度井下参数，便于后期分析处理。

所述的地面控制仪包括显示模块、主控模块、通信模块、电源模块和输入输出模块；所述的主控模块上连接有显示模块、通信模块、电源模块和输入输出模块，所述的电源模块与显示模块、通信模块和输入输出模块相连；所述的显示模块，用于显示编码信号的设定及参数等基本信息；所述的主控模块，用于控制编码信号的生成、自检及输出；所述的通信模块，用于实现计算机对地面控制仪的编程处理；所述的电源模块，用于向地面控制仪的正常使用供电；所述的输入输出模块，用于地面控制仪电源模块的充电及主控模块的信号输出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的无线编码起爆控制装置，通过地面控制仪对井下编码控制器发送编码信号实现了对井下单次或多次射孔的精确控制。施工现场无需加压等工艺，提高现场施工安全性，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计通信逻辑控制模块，能够准确识别地面控制仪发出的编码信号，排除隔离施工现场的干扰信号，防止雷管意外起爆，且本发明通过设置交直流转换器，使得该装置能可靠起爆电雷管，应用范围更广。

本发明提供的无线编码起爆控制装置与普通的油管传输射孔装置比较，该无线编码起爆控制装置的井下射孔施工无需井口加压的方式，大大提高现场的安全性并降低了施工成本；由于装置中存在控制电路，可实现延时、多级等扩展功能，实际应用范围更广。

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为本发明提供的地面控制仪结构示意框图；

图3为本发明提供的编码控制器结构示意框图；

图4为本发明提供的编码控制器中通信逻辑控制模块；

图5为本发明提供的编码控制器中电源控制模块；

图6为本发明提供的编码控制器中输出控制模块。

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6，一种无线编码起爆控制装置，包括地面系统和井下系统，所述的地面系统与井下系统之间由油管相连接，地面系统包括空气压缩机、地面控制仪和激振器，地面控制仪分别与空气压缩机和激振器相连接，地面控制仪，用于根据射孔施工需求进行无线编码参数设置，利用空气压缩机提供的空气动力控制激振器通过油管为井下系统发送可靠的编码信号；井下系统包括一个或者多个装有编码控制器的起爆控制接头，多个装有编码控制器的起爆控制接头在井下串联连接。所述的编码控制器，用于接收地面控制仪发出的编码信号，并根据编码信号执行相应的检测及点火操作，输出端能可靠起爆电雷管，并进行编码信号及温度的存储。

参见图1至2，所述的地面控制仪包括显示模块、主控模块、通信模块、电源模块和输入输出模块；所述的主控模块上连接有显示模块、通信模块、电源模块和输入输出模块，所述的电源模块与显示模块、通信模块和输入输出模块相连；所述的显示模块，用于显示编码信号的设定及参数等基本信息；所述的主控模块，用于控制编码信号的生成、自检及输出；所述的通信模块，用于实现计算机对地面控制仪的编程处理；所述的电源模块，用于向地面控制仪正常使用供电；所述的输入输出模块，用于地面控制仪电源模块的充电及主控模块的信号输出。

参见图3、4和5，所述的编码控制器包括通信逻辑控制模块、电源控制模块、输出控制模块及存储模块组成；所述的通信逻辑控制模块与电源控制模块、输出控制模块及存储模块相连，电源控制模块与输出控制模块及存储模块相连；所述的通信逻辑控制模块包括可编程模块、输入输出接口、串行通信接口、预定标器和中央处理器，用于实现对地面控制仪输出编码信号的接收，并对接收的编码信号进行滤波、整形及放大处理；输入输出接口通过串行通信接口与中央处理器相连，中央处理器上连接有可编程模块和预定标器；所述的电源控制模块包括电池、升压电路、稳压控制电路，用于对编码控制器正常工作提供电能；所述的电池与升压电路相连，升压电路与稳压控制电路相连，所述的输出控制模块由电子开关、变压电路、延时电路以及储能电容器组成，用于在通信逻辑控制模块的控制下对输出给点火控制装置的能量进行安全控制；电子开关与延时电路相连，延时电路与变压电路相连，变压电路与储能电容器相连，所述的存储模块由存储芯片组成，用于井下施工时记录编码接收情况及温度等井下参数，便于后期分析处理。

本发明提供的无线编码起爆控制装置，编码控制器通过油管接收地面系统发出的无线编码控制信号，执行相应的检测及点火操作，输出端能可靠起爆电雷管，且具有编码信号及温度存储功能。

本发明提供的无线编码起爆控制装置，安全性高、引爆准确、实现一次下井完成多次射孔作业，减少了起爆过程中出现的传爆问题，且大大减少了现场施工工作时间。

本发明提供的无线编码起爆控制装置，通过地面控制仪对井下编码控制器发送编码信号实现了对井下单次或多次射孔的精确控制。施工现场无需加压等工艺，提高现场施工安全性，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计通信逻辑控制模块，能够准确识别地面控制仪发出的编码信号，排除隔离施工现场的干扰信号，防止雷管意外起爆，且本发明通过设置交直流转换器，使得该装置能可靠起爆电雷管，应用范围更广。

本发明提供的无线编码起爆控制装置与普通的油管传输射孔装置比较，该无线编码起爆控制装置的井下射孔施工无需井口加压的方式，大大提高现场的安全性并降低了施工成本；由于装置中存在控制电路，可实现延时、多级等扩展功能，实际应用范围更广。

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 (2)

1.一种无线编码起爆控制装置，其特征在于，包括地面系统和井下系统，地面系统与井下系统之间通过油管相连接，地面系统包括空气压缩机、地面控制仪和激振器，所述的地面控制仪分别与空气压缩机和激振器相连，地面控制仪，用于根据射孔施工需求进行无线编码参数设置，利用空气压缩机提供的空气动力控制激振器通过油管为井下系统发送可靠的编码信号，井下系统包括一个或者多个装有编码控制器的起爆控制接头，多个装有编码控制器的起爆控制接头在井下串联连接，编码控制器，用于接收地面控制仪发出的编码信号，并根据编码信号执行相应的检测及点火操作，并进行编码信号及温度的存储，所述的编码控制器包括通信逻辑控制模块、电源控制模块、输出控制模块及存储模块；所述的通信逻辑控制模块与电源控制模块、输出控制模块及存储模块相连，电源控制模块与输出控制模块及存储模块相连；所述的通信逻辑控制模块包括可编程模块、输入输出接口、串行通信接口、预定标器和中央处理器，用于实现对地面控制仪输出编码信号的接收，并对接收的编码信号进行滤波、整形及放大处理；输入输出接口通过串行通信接口与中央处理器相连，中央处理器上连接有可编程模块和预定标器；所述的电源控制模块包括电池、升压电路、稳压控制电路，用于对编码控制器正常工作提供电能；所述的电池与升压电路相连，升压电路与稳压控制电路相连，所述的输出控制模块由电子开关、变压电路、延时电路以及储能电容器组成，用于在通信逻辑控制模块的控制下对输出给点火控制装置的能量进行安全控制；电子开关与延时电路相连，延时电路与变压电路相连，变压电路与储能电容器相连，所述的存储模块由存储芯片组成，用于井下施工时记录编码接收情况及温度井下参数，便于后期分析处理。

2.根据权利要求1所述的无线编码起爆控制装置，其特征在于，所述的地面控制仪包括显示模块、主控模块、通信模块、电源模块和输入输出模块；所述的主控模块上连接有显示模块、通信模块、电源模块和输入输出模块，所述的电源模块与显示模块、通信模块和输入输出模块相连；所述的显示模块，用于显示编码信号的设定及参数的基本信息；所述的主控模块，用于控制编码信号的生成、自检及输出；所述的通信模块，用于实现计算机对地面控制仪的编程处理；所述的电源模块，用于向地面控制仪的正常使用供电；所述的输入输出模块，用于地面控制仪电源模块的充电及主控模块的信号输出。

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