CN112880504A - 一种油气井用电子雷管控制电路及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油气井用电子雷管控制电路，所述电子雷管控制电路包括：MCU处理模块、通信模块、雷管引爆模块和雷管检测模块；所述通信模块与MCU处理模块相连，所述通信模块基于曼码进行通信；所述MCU处理模块与所述雷达引爆模块相连，所述雷达引爆模块与雷管中发热电阻相连，所述雷达引爆模块基于MCU处理模块的控制信号向发热电阻中输入电流；所述MCU处理模块与雷达检测模块相连，所述雷达检测模块与雷管相连，所述雷达检测模块基于采集的雷管端的信号完成雷管在线或是否起爆成功判断。通过本控制电路的结构设计以及采取的曼码通信大幅度提高了电路通信效率，增加了通讯级数。

Description

一种油气井用电子雷管控制电路及控制系统
技术领域
本发明属于控制技术相关领域，尤其涉及一种油气井用电子雷管控制电路。
背景技术
国内现有油器井用电子雷管为保证通信的可靠性，采用脉冲通信方式，通过脉冲个数携载数据信息，通信效率较低，且连接级数受限，目前通信级数在10～20级之间。薄差油层的开采在石油开采的的占比日益增加，开采环境愈加恶劣，10～20级射孔用量已经趋于饱和，电子雷管可靠连接级数急需拓展，以满足薄差油层开采需求，同时，通讯效率的提升也迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种油气井用电子雷管控制电路，通过本控制电路的结构设计以及采取的曼码通信大幅度提高了电路通信效率，增加了通讯级数。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一方面，本发明公开了一种油气井用电子雷管控制电路，所述电子雷管控制电路包括：MCU处理模块、通信模块、雷管引爆模块和雷管检测模块；所述通信模块与MCU处理模块相连，所述通信模块基于曼码进行通信；所述MCU处理模块与所述雷达引爆模块相连，所述雷达引爆模块与雷管中发热电阻相连，所述雷达引爆模块基于MCU处理模块的控制信号向发热电阻中输入电流；所述MCU处理模块与雷达检测模块相连，所述雷达检测模块与雷管相连，所述雷达检测模块基于采集的雷管端的信号完成雷管在线或是否起爆成功判断。
根据一个优选的实施方式，所述电子雷管控制电路还包括下级电子雷管开关模块，所述下级电子雷管开关模块与MCU处理模块相连，并与下一级的电子雷管以有线和/或无线的方式相连，所述下级电子雷管开关模块被配置为进行下一级电子雷管的通电控制。
根据一个优选的实施方式，所述电子雷达控制电路还包括安全电路模块和电源管理模块，电源输入经安全电路模块分别与电源管理模块、雷管引爆模块和下级电子雷达开关模块相连；且所述电源管理模块与MCU处理模块相连。
根据一个优选的实施方式，所述MCU处理模块的芯片采用ATTINY45汽车级单片机。
根据一个优选的实施方式，所述通信模块基于AD采样单元和中断系统完成对信号的曼码边沿进行检测。
另一方面，本发明还公开了一种油气井用电子雷管控制系统，所述电子雷管控制系统包括电源、电子雷管控制PC端、电子雷管起爆控制仪以及若干如权利要求1所述电子雷管控制电路，所述电源和电子雷管控制PC端与电子雷管起爆控制仪相连通，所述电子雷管起爆控制仪经有线和/或无线的方式实现与各级电子雷管控制电路间的曼码通信，且各级电子雷管控制电路分别与对应雷管端相连。
根据一个优选的实施方式，所述电子雷管起爆控制仪与各级电子雷管控制电路间的通信采用8B/10B纠错编解码。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：本发明的电子雷管控制电路及控制系统，通过采取曼码通信方式大幅度提高了电路通信效率，并增加了通讯级数。并通过纠错码保证通信正确性，且采取通信速率自适应，可以在不同环境采取不同的通信速率，兼顾效率的同时保证了质量。
附图说明
图1是本发明电子雷管控制电路的结构示意图；
图2是本发明电子雷管控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
实施例1：
参考图1所示，本发明公开了一种油气井用电子雷管控制电路，所述电子雷管控制电路包括：MCU处理模块、通信模块、雷管引爆模块、雷管检测模块、安全电路模块和电源管理模块。
优选地，电源输入经安全电路模块分别与电源管理模块、雷管引爆模块和下级电子雷达开关模块相连。且所述电源管理模块与MCU处理模块相连。
具体地，因500v引爆高压和22V供电电压以及36V通信电压都是通过同一导线输入模块，在电源芯片前端，信号输入前端，以及接通下级电路前都增加了防反接或稳压电路作为安全电路模块，保证电源芯片和MCU处理单元正常工作。所述电源管理模块将变化的输入电压稳压到电源芯片输入电压范围，并通过大容量电容储电，保证在电源切换掉电时保证电源芯片能正常给MCU处理模块供工作电压。
优选地，所述通信模块与MCU处理模块相连，所述通信模块基于曼码进行通信。
优选地，通信模块使用曼码通信，对信号的曼码边沿进行检测。为了保证通信时对边沿的准确捕捉，因此使用AD采样单元及中断系统来综合识别，保证了通信的稳定性，同时保证通信时电流满足在限定范围之内。
进一步地，所述MCU处理模块的芯片采用ATTINY45汽车级单片机。所述ATTINY45汽车级单片机的工作温度-40℃～+150℃，可支持上升沿、下降沿中断还包含内部校准晶振，适用于曼码通信模式。
优选地，所述MCU处理模块与所述雷达引爆模块相连，所述雷达引爆模块与雷管中发热电阻相连，所述雷达引爆模块基于MCU处理模块的控制信号向发热电阻中输入电流。
进一步地，所述雷达引爆模块通过单片机给出有效信号控制开关导通，保证大电流进入雷管中发热电阻，发热电阻在流经大电流的情况下，发热引爆雷管。
优选地，所述MCU处理模块与雷达检测模块相连，所述雷达检测模块与雷管相连，所述雷达检测模块基于采集的雷管端的信号完成雷管在线或是否起爆成功判断。雷管检测模块通过对分压电路对信号进行采样，通过采样结果来判断雷管是否在线，是否起爆成功等。
优选地，所述电子雷管控制电路还包括下级电子雷管开关模块。所述下级电子雷管开关模块与MCU处理模块相连，并与下一级的电子雷管以有线和/或无线的方式相连，所述下级电子雷管开关模块被配置为进行下一级电子雷管的通电控制。
本发明控制电路中的曼码通信较电讯号通讯方式通信效率提升数10倍。曼码通信需要检测上下沿，ATTINY45芯片支持上下沿检测，并可使用芯片内部的ADC解调，支持通信速率自适应，为后续产品功能性能升级留足了余量。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本发明还公开了一种油气井用电子雷管控制系统。所述电子雷管控制系统包括电源、电子雷管控制PC端、电子雷管起爆控制仪以及若干如实施例1中描述的电子雷管控制电路。其中，所述电源为高压直流电源。
优选地，所述电源和电子雷管控制PC端与电子雷管起爆控制仪相连通，所述电子雷管起爆控制仪经有线和/或无线的方式实现与各级电子雷管控制电路间的曼码通信，且各级电子雷管控制电路分别与对应雷管端相连。
电子雷管控制PC端负责操作雷管起爆、记录并显示实时状态，电子雷管起爆控制仪负责与电子雷管通信并接入引爆所需高压直流电源，高压直流电源负责提供引爆所需高压直流电源。
电子雷管控制PC端查询雷管状态后，根据需求对由远及近的引爆，特殊情况可跳过当前雷管操作下一级雷管。
优选地，所述电子雷管起爆控制仪与各级电子雷管控制电路间的通信采用8B/10B纠错编解码。本线路编码机制将输入原始数据转变为接收器可接收的数据格式，同时保证数据流中有足够的时钟信息提供给接收端的时钟恢复电路。本线路编码技术提供了一种将数据对齐到字节/字的方法，可以保持良好的直流平衡，增加了数据的传输距离，提供了更为有效的错误检测机制。
优选地，线路通信速率采用自适应技术，尽可能提高通信速率。在油气井钻探过程中，随着井深增加，信号传输速率越高，衰减越快；较低的信号传输速率可以传输的更远；通常选择牺牲信号传输码元速率保证地面接收到较强的信号；在满足传输速率不低于1Kbps的条件下，采用不同的信号速率，适应不同场景下的用户需求，更好确保通信的效率及有效性；可在确保地面接收信号强度的条件下，最大限度提高数据传输速率，改善不同供应方设计速率不同导致的系统不兼容性。
进一步地，通过数据试探帧实现用户速率的自适应。以曼码为基础，发送‘1’时为连续相位，即与前一位相位一致，发送‘0’时相位与前一位相位相反，相当差分编码，确保相位不出错。为了自适应速率，需要发送导频码，连续发8位‘1’(非编码)，这样接收端可以提取同步时钟，然后紧跟一位‘0’，产生反相位标志帧开始。
本发明的电子雷管控制电路及控制系统，通过采取曼码通信方式大幅度提高了电路通信效率，并增加了通讯级数。并通过纠错码保证通信正确性，且采取通信速率自适应，可以在不同环境采取不同的通信速率，兼顾效率的同时保证了质量。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种油气井用电子雷管控制电路，其特征在于，所述电子雷管控制电路包括：MCU处理模块、通信模块、雷管引爆模块和雷管检测模块；
所述通信模块与MCU处理模块相连，所述通信模块基于曼码进行通信；
所述MCU处理模块与所述雷达引爆模块相连，所述雷达引爆模块与雷管中发热电阻相连，所述雷达引爆模块基于MCU处理模块的控制信号向发热电阻中输入电流；
所述MCU处理模块与雷达检测模块相连，所述雷达检测模块与雷管相连，所述雷达检测模块基于采集的雷管端的信号完成雷管在线或是否起爆成功判断。
2.如权利要求1所述的油气井用电子雷管控制电路，其特征在于，所述电子雷管控制电路还包括下级电子雷管开关模块，所述下级电子雷管开关模块与MCU处理模块相连，并与下一级的电子雷管以有线和/或无线的方式相连，所述下级电子雷管开关模块被配置为进行下一级电子雷管的通电控制。
3.如权利要求1所述的油气井用电子雷管控制电路，其特征在于，所述电子雷达控制电路还包括安全电路模块和电源管理模块，
电源输入经安全电路模块分别与电源管理模块、雷管引爆模块和下级电子雷达开关模块相连；且所述电源管理模块与MCU处理模块相连。
4.如权利要求1所述的油气井用电子雷管控制电路，其特征在于，所述MCU处理模块的芯片采用ATTINY45汽车级单片机。
5.如权利要求1所述的油气井用电子雷管控制电路，其特征在于，所述通信模块基于AD采样单元和中断系统完成对信号的曼码边沿进行检测。
6.一种油气井用电子雷管控制系统，其特征在于，所述电子雷管控制系统包括电源、电子雷管控制PC端、电子雷管起爆控制仪以及若干如权利要求1所述电子雷管控制电路，
所述电源和电子雷管控制PC端与电子雷管起爆控制仪相连通，所述电子雷管起爆控制仪经有线和/或无线的方式实现与各级电子雷管控制电路间的曼码通信，且各级电子雷管控制电路分别与对应雷管端相连。
7.如权利要求6所述的油气井用电子雷管控制系统，其特征在于，所述电子雷管起爆控制仪与各级电子雷管控制电路间的通信采用8B/10B纠错编解码。
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