CN111946305A - 一种油气井射孔用多级选发射孔系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气井射孔用多级选发射孔系统，包括选发开关、点火控制装置、点火控制子系统及射孔起爆仪，所述点火控制子系统运行于PC机上，与点火控制装置通过串口通讯；点火控制装置通过电缆与远端射孔枪内的选发控制开关逐级串联；在点火控制子系统的控制下，用户可以操作选发开关线路连接，打开指定选发开关引爆通道，然后通过射孔起爆仪输入直流高电压引爆指定雷管。本方案能实时监测射孔枪起爆过程中的电流和电压状态，并且发现电流过大时，选发控制面板将自动关闭输出电源、并弹出报警提示。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采领域，尤其涉及一种油气井射孔用多级选发射孔系统。
背景技术
随着页岩油、气储量的勘测和开采的难度、精度越来越高，页岩油、气勘测和开采的设备也越来越成熟。目前，页岩油、气开采完井过程中一个关键技术是页岩射孔技术，但是页岩射孔技术中使用的高压高温雷管的起爆系统太过于简单、可靠性也不高，其次，执行雷管起爆的单元主要包括二极管压力开关和磁电开关实现，更高端的设备仍需进口，成本较高。
分簇射孔技术在该背景下应运而生，该技术利用单芯电缆一次性将多支射孔器输送下井，完成射孔枪管串一次性下井，对井下不同深度的射孔层位进行多次选择性射孔，确保实现分段射孔、压裂等油气开发工艺目的。
现有技术中单芯起爆过程复杂，且引爆结构复杂，不能实现随意起爆、在起爆电流或电压过大时不能及时断开供电电路避免过早起爆引起安全事故，同时也不能实时掌控各选发开关的起爆信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种油气井射孔用多级选发射孔系统，能实时监测射孔枪起爆过程中的电流和电压状态，并且发现电流或电压过大时，选发控制面板将自动关闭输出电源、并弹出报警提示。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种油气井射孔用多级选发射孔系统，包括选发开关、点火控制装置、点火控制子系统及射孔起爆仪，所述点火控制子系统运行于PC机上，与点火控制装置通过串口通讯；点火控制装置通过电缆与远端射孔枪内的选发控制开关逐级串联；在点火控制子系统的控制下，用户可以操作选发开关线路连接，打开指定选发开关引爆通道，然后通过射孔起爆仪输入直流高电压引爆指定雷管。
可选的，所述点火控制子系统包括通信模块、登录模块、主控模块、存储模块和前端显示模块；
所述通信模块用于通过RS232串口与点火控制装置建立通信，控制其向选发开关发送指令，并接收点火控制装置反馈的信息；
所述登录模块用于对系统操作人员进行身份认证和个人信息修改；
所述主控模块用于接收通信模块上传的信息并进行分析处理，同时根据操作人员输入的指令生成控制指令；
所述存储模块用于存储主控模块接收反馈信息和下发指令，以及用户在前端模块的操作记录；
所述前端显示模块用于实时展现选发开关在点火过程中的设备参数和点火数据，同时为操作人员提供选发控制界面进行人机交互。
可选的，所述选发控制界面包括参数配置模块、数据显示模块、数据记录模块、点火操作模块和电流检测模块；所述参数配置模块用于对选发开关和点火控制装置的设备参数进行配置；所述数据显示模块用于将主控模块接收到的设备反馈信息、设备运行参数和系统历史数据显示在选发控制界面上；所述数据记录模块用于记录设备的运行参数和用户点火操作记录；所述点火操作模块用于为操作人员提供设备的点火操作界面；所述电流检测模块用于自动监控多级选发射孔系统的工作电流和线缆电流，当监测电流超过安全阈值后，控制选发控制面板将自动关闭输出电源、并弹出报警提示。
可选的，所述点火操作界面的操作包括Connect操作、Reset操作、Link操作、Detonate操作、Skip操作、Confirm操作、Save操作和Load操作；所述Connect操作用于连接线路上的选发开关，同时显示选发开关的ID，以及开关与雷管的连接情况；所述Reset操作用于系统复位，清除系统的所有状态并恢复到初始状态；所述Link操作用于连接和断开点火控制装置；所述Detonate操作用于按照引爆顺序依次引爆选发开关；所述Skip操作用于在选发开关引爆时跳过当前选发开关并引爆下一级开关；所述Confirm操作用于自动保存所有选发开关的引爆信息；所述Save操作用于保存所有射孔枪串的属性列表信息到本地硬盘中；所述Load操作用于从射孔枪串属性文件中加载保存的枪串属性列表当前射孔枪枪串中。
可选的，所述点火控制装置，包括指示灯组、控制器、上位机接口、点火开关、电流输入接口和电流输出接口；控制器分别与指示灯组、上位机接口、点火开关、电流输入接口连接；点火开关与电流输出接口连接；控制器通过上位机接口与点火控制子系统通信，并通过电流输出接口向选发开关发送点火信号。
可选的，所述选发开关包括输入模块、输出模块、检测电路、微处理器和通信模块；检测电路分别与输入模块、输出模块、微处理器连接；微处理器与通信模块连接，接收点火控制装置的点火信号引爆射孔枪。
本发明的有益效果：通过本方案可以能实时监测射孔枪起爆过程中的电流和电压状态，并且发现电流或电压过大时，选发控制面板将自动关闭输出电源、并弹出报警提示。
附图说明
图1是本发明的设备原理图。
图2是本发明的点火控制装置结构图。
图3是本发明的选发开关结构图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，如图1所示，一种油气井射孔用多级选发射孔系统，包括选发开关、点火控制装置、点火控制子系统及射孔起爆仪，点火控制子系统运行于PC机上，与点火控制装置通过串口通讯；点火控制装置通过电缆与远端射孔枪内的选发控制开关逐级串联；在点火控制子系统的控制下，用户可以操作选发开关线路连接，打开指定选发开关引爆通道，然后通过射孔起爆仪输入直流高电压引爆指定雷管。
可选的，点火控制子系统的功能包括：
1）与选发控制面板通过RS232串口通信，控制其向选发模块发送指令，包括：选发模块在线及雷管通断检测，跳过指定雷管，打开雷管通道；
2）实时监测线缆电流、电压；实时显示雷管的引爆电流、电压曲线，自动保存保存数据到计算机硬盘，并且可以通过上位机软件进行数据回放；
3）显示当前操作记录，并自动保存操作日志为log格式与上位机软件相同目录下Log文件夹中。
点火控制子系统包括通信模块、登录模块、主控模块、存储模块和前端显示模块。其中，通信模块用于通过RS232串口与点火控制装置建立通信，控制其向选发开关发送指令，并接收点火控制装置反馈的信息。登录模块用于对系统操作人员进行身份认证和个人信息修改。主控模块用于接收通信模块上传的信息并进行分析处理，同时根据操作人员输入的指令生成控制指令。存储模块用于存储主控模块接收反馈信息和下发指令，以及用户在前端模块的操作记录。前端显示模块用于实时展现选发开关在点火过程中的设备参数和点火数据，同时为操作人员提供选发控制界面进行人机交互。与选发控制面板通过RS232串口通信，控制其向选发模块发送指令，包括：选发模块在线及雷管通断检测，跳过指定雷管，打开雷管通道。
可选的，选发控制界面包括参数配置模块、数据显示模块、数据记录模块、点火操作模块和电流检测模块；运行于PC机参数配置模块用于对选发开关和点火控制装置的设备参数进行配置；运行于PC机数据显示模块用于将主控模块接收到的设备反馈信息、设备运行参数和系统历史数据显示在选发控制界面上；运行于PC机数据记录模块用于记录设备的运行参数和用户点火操作记录；运行于PC机点火操作模块用于为操作人员提供设备的点火操作界面；运行于PC机电流检测模块用于自动监控多级选发射孔系统的工作电流和线缆电流，当监测电流超过安全阈值后，控制选发控制面板将自动关闭输出电源、并弹出报警提示。
其中，点火操作界面的操作包括Connect操作、Reset操作、Link操作、Detonate操作、Skip操作、Confirm操作、Save操作和Load操作；运行于PC机Connect操作用于连接线路上的选发开关，同时显示选发开关的ID，以及开关与雷管的连接情况；运行于PC机Reset操作用于系统复位，清除系统的所有状态并恢复到初始状态；运行于PC机Link操作用于连接和断开点火控制装置；运行于PC机Detonate操作用于按照引爆顺序依次引爆选发开关；运行于PC机Skip操作用于在选发开关引爆时跳过当前选发开关并引爆下一级开关；运行于PC机Confirm操作用于自动保存所有选发开关的引爆信息；运行于PC机Save操作用于保存所有射孔枪串的属性列表信息到本地硬盘中；运行于PC机Load操作用于从射孔枪串属性文件中加载保存的枪串属性列表当前射孔枪枪串中。
本发明的点火控制子系统的选发控制面板上主要包括以下功能组件和按钮：1.当前可用的串口，一般 “COM1”代表计算机自带的串口，“COMx”（x>1）代表USB转串口；鼠标点击下箭头可选择串口。2.显示系统当前日期。3.可输入作业井号。4.“Link”按钮：用于并连接/断开点火控制装置。5．“Reset”按钮：系统复位，所有状态清除，复位之后可进行重新创建、扫描枪串、引爆操作等。6．“Connect”按钮：连接线路上的选发模块，每次引爆作业之前的必须操作，从离选发控制面板最近的一级选发模块开始，如果当前选发模块在线，会显示本选发模块的ID、以及该模块是否正确连接了雷管。7. “Detonate”按钮：从下往上依次打开选发模块引爆开关（注：距离选发控制面板最远的选发模块为第一级，依次往上位第二级、第三级 …… 第N级，Nmax=50）。8. “Skip”按钮：跳过当前一级（第N级）选发模块，可用于当前一级模块出现故障或者不需要引爆时直接跳过，继续操作第N+1级选发模块。9.“Confirm”按钮：用于引爆操作后、由操作人员确认引爆成功后操作，成功确认后系统自动保存引爆数据到计算机硬盘。10. “Fail”按钮：用于引爆操作后，由操作人员确认引爆失败后操作，失败确认后可进行下一步操作。11. “Save”按钮：用于保存当前枪串的属性列表到计算机硬盘。12. “Load”按钮：用于从枪串属性文件加载之前保存的枪串属性列表到当前枪串。13. 选择需要创建枪串的选发模块数量。14．选发模块属性选择框，用于设置对应选发模块的属性，选发模块属性分为Plug、Gun、Ballistic、Jar四种。Plug：桥塞坐封工具用switch，用于点火坐封工具。Gun：用于点火射孔枪。Ballistic： 释放装置，一般放在物理序列第一级，如果非第一级选发模块属性被设置为Ballistic将弹出警告提示框，引爆属性为Ballistic的选发模块时也将弹出警告提示框。Jar：震击装置，可能用也可能不用，引爆属性为Jar的选发模块时也将弹出警告提示框。15．选发模块图标颜色示例，分别表示不在线（初始）、动态连接中、线路连接出错、选发模块在线这4种状态，成功连接选发模块后图标上方“SWITCH 1”字样将显示为该选发模块的ID。16．雷管图标颜色示例，分别表示不在线（断开）、雷管在线、待引爆、已跳过、引爆成功、引爆失败这6种状态。17．选发模块的层号。18．操作信息提示区。字体较大，显示当前操作提示和系统最新状态信息。19．时间提示区。单位秒。表示最新操作后的持续时间。20．系统电压、电流状态监控区域，显示系统当前的工作电压、电流以及线缆上的电压、电流，当电压、电流发生异常时系统将自动关闭线缆电源并弹出警告提示框。21．“Curve Time(s)”引爆时间调整，系统支持15秒引爆和30秒引爆；“Current Scale(mA)”调整选发模块引爆电流曲线坐标刻度值。“Volt Scale(V)”调整选发模块引爆电压曲线坐标刻度值。22．选发模块图例显示区域，显示选发模块各个状态的图例。23．雷管图例显示区域，显示雷管各个状态的图例。24．“History按钮”：用于打开历史引爆数据回放窗口。25．引爆数据电压、电流曲线显示区域，显示当前选发模块引爆过程中电压、电流点变化曲线，确认引爆成功后系统将自动将曲线数据保存，并可以通过“History”功能进行回放。26．系统操作日志显示区域，记录系统每一步操作的提示信息。
可选的，如图2所示，点火控制装置，包括指示灯组、控制器、上位机接口、点火开关、电流输入接口和电流输出接口；控制器分别与指示灯组、上位机接口、点火开关、电流输入接口连接；点火开关与电流输出接口连接；控制器通过上位机接口与点火控制子系统通信，并通过电流输出接口向选发开关发送点火信号。
可选的，如图3所示，选发开关包括输入模块、输出模块、检测电路、微处理器（即控制器）和通信模块；检测电路分别与输入模块、输出模块、微处理器连接；微处理器与通信模块连接，接收点火控制装置的点火信号引爆射孔枪。
本发明的工作原理包括：首先，通过USB通信电缆连接PC机和点火控制装置，打开点火控制装置上的电源开关，登录点火控制子系统，在系统的操作界面上选择好串口，点击“Link”按钮，连接点火控制装置。第一次全新作业前需要进行复位操作，点击“Reset”按钮进行复位，复位后信息输入框和选发模块数量选择框可用。在系统出现故障或者想要重新创建枪串时也可以通过Reset操作来进行系统复位后重新进行作业。复位操作将系统状态复位至系统上电后的初始状态。
选发开关属性选择框中设置对应开关的属性，然后点击“Connect”按钮进行连接选发开关操作，通过不同的颜色来表示选发开关连接雷管的状态。绿色表示已连接成功，红色表示未连接。
设置引爆时间为15秒，15秒内调节引爆电压到规定电压，系统将在15秒后自动切断引爆回路和通信电源，此时点火控制子系统的界面可实时显示引爆过程中的电流和电压曲线。引爆时间可以根据实际起爆环境调整。
引爆操作完成后，“Confirm”、“Fail”按钮可用，可随时根据实际情况，结合电流、电压曲线对引爆结果进行手动进行Confirm或Fail操作，点击“Confirm”按钮或者敲击计算机键盘空格键“Space”进行Confirm操作，Confirm操作后系统将自动重新连接未引爆的选发模块，并准备好下一次引爆操作。“Confirm”操作后系统自动保存系统界面显示的电压、电流曲线数据到PC机的硬盘中。点击“Fail”按钮进行Fail操作，若该选发模块引爆失败，可选择跳过或者重新连接再次进行引爆。此时“Skip”按钮可用，可根据实际进行选择是跳过该选发模块，还是进行“Conncet”操作，重新连接后再次引爆。
系统在作业过程中会自动监控系统的工作电流和线缆电流，一旦发现电流或者电压过大，通信时高于200mA，引爆时高于2000mA，选发控制面板将自动关闭输出电源、并弹出报警提示。
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。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种油气井射孔用多级选发射孔系统，其特征在于，包括选发开关、点火控制装置、点火控制子系统及射孔起爆仪，所述点火控制子系统运行于PC机上，与点火控制装置通过串口通讯；点火控制装置通过电缆与远端射孔枪内的选发控制开关逐级串联；在点火控制子系统的控制下，用户可以操作选发开关线路连接，打开指定选发开关引爆通道，然后通过射孔起爆仪输入直流高电压引爆指定雷管。
2.根据权利要求1所述的一种油气井射孔用多级选发射孔系统，其特征在于，所述点火控制子系统包括通信模块、登录模块、主控模块、存储模块和前端显示模块；
所述通信模块用于通过RS232串口与点火控制装置建立通信，控制其向选发开关发送指令，并接收点火控制装置反馈的信息；
所述登录模块用于对系统操作人员进行身份认证和个人信息修改；
所述主控模块用于接收通信模块上传的信息并进行分析处理，同时根据操作人员输入的指令生成控制指令；
所述存储模块用于存储主控模块接收反馈信息和下发指令，以及用户在前端模块的操作记录；
所述前端显示模块用于实时展现选发开关在点火过程中的设备参数和点火数据，同时为操作人员提供选发控制界面进行人机交互。
3.根据权利要求2所述的一种油气井射孔用多级选发射孔系统，其特征在于，所述选发控制界面包括参数配置模块、数据显示模块、数据记录模块、点火操作模块和电流检测模块；所述参数配置模块用于对选发开关和点火控制装置的设备参数进行配置；所述数据显示模块用于将主控模块接收到的设备反馈信息、设备运行参数和系统历史数据显示在选发控制界面上；所述数据记录模块用于记录设备的运行参数和用户点火操作记录；所述点火操作模块用于为操作人员提供设备的点火操作界面；所述电流检测模块用于自动监控多级选发射孔系统的工作电流和线缆电流，当监测电流超过安全阈值后，控制选发控制面板将自动关闭输出电源、并弹出报警提示。
4.根据权利要求3所述的一种油气井射孔用多级选发射孔系统，其特征在于，所述点火操作界面的操作包括Connect操作、Reset操作、Link操作、Detonate操作、Skip操作、Confirm操作、Save操作和Load操作；所述Connect操作用于连接线路上的选发开关，同时显示选发开关的ID，以及开关与雷管的连接情况；所述Reset操作用于系统复位，清除系统的所有状态并恢复到初始状态；所述Link操作用于连接和断开点火控制装置；所述Detonate操作用于按照引爆顺序依次引爆选发开关；所述Skip操作用于在选发开关引爆时跳过当前选发开关并引爆下一级开关；所述Confirm操作用于自动保存所有选发开关的引爆信息；所述Save操作用于保存所有射孔枪串的属性列表信息到本地硬盘中；所述Load操作用于从射孔枪串属性文件中加载保存的枪串属性列表当前射孔枪枪串中。
5.根据权利要求1所述的一种油气井射孔用多级选发射孔系统，其特征在于，所述点火控制装置，包括指示灯组、控制器、上位机接口、点火开关、电流输入接口和电流输出接口；控制器分别与指示灯组、上位机接口、点火开关、电流输入接口连接；点火开关与电流输出接口连接；控制器通过上位机接口与点火控制子系统通信，并通过电流输出接口向选发开关发送点火信号。
6.根据权利要求1所述的一种油气井射孔用多级选发射孔系统，其特征在于，所述选发开关包括输入模块、输出模块、检测电路、微处理器和通信模块；检测电路分别与输入模块、输出模块、微处理器连接；微处理器与通信模块连接，接收点火控制装置的点火信号引爆射孔枪。
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