CN115200434B - 一种电子雷管起爆控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子雷管起爆控制系统及方法；所述系统包括地面控制装置，所述地面控制装置通过单芯电缆与多个所述电子雷管连接，用于控制多个所述电子雷管起爆；所述电子雷管包括控制部和起爆部，所述地面控制装置通过通讯电路为所述电子雷管的控制部供电，所述地面控制装置通过起爆电路为所述电子雷管的起爆部供电；所述方法包括：所述处理终端对所述电子雷管进行注册并检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致；若一致，则下发起爆控制指令和起爆密码到对应的电子雷管的控制部进行校核；校核通过后逐一引爆电子雷管并反馈信电子雷管爆炸信息至所述处理终端；具有能够提升起爆过程中安全性能的效果。

Description

一种电子雷管起爆控制系统及方法

技术领域

本发明涉及爆破技术领域，具体而言，涉及一种电子雷管起爆控制系统及方法。

背景技术

页岩气、致密油气等非常规油气藏吸附或游离于富含有机质的泥岩夹层中，在我国储量十分丰富。在其开发中，多级分簇射孔与桥塞联作是目前国内外使用最广泛的一种开发方式，通过电缆输送管柱并对多级雷管和桥塞依次点火坐封和多段的分级控制射孔射穿套管与地层，为分段压裂作业提供前提条件。

目前行业内的分簇射孔起爆控制系统存在通信速率较低、起爆电压需手动调节、单芯电缆载波通信电压电流较大、控制软件功能单一不具备容错纠错功能等问题。随着多级分簇射孔应用的日渐增多，安全隐患也在进一步积累，当前起爆控制系统在本质安全上的设计缺失显得愈加明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子雷管起爆控制系统及方法，其目的在于提高电子雷管起爆过程中的安全性能。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

第一方面

本申请实施例提供一种电子雷管起爆控制系统，所述系统用于起爆多个电子雷管，所述系统包括地面控制装置，所述地面控制装置通过单芯电缆与多个所述电子雷管连接，用于控制多个所述电子雷管起爆；所述电子雷管包括控制部和起爆部，所述地面控制装置通过通讯电路为所述电子雷管的控制部供电，所述地面控制装置通过起爆电路为所述电子雷管的起爆部供电。

可选地，所述地面控制装置包括起爆控制设备和起爆控制软件，所述起爆控制设备与所述起爆控制软件通信连接；其中，所述起爆控制设备用于与多个所述电子雷管进行通信，并提供通讯电压和起爆电压；所述起爆控制软件用于排布多个所述电子雷管并记录多个所述电子雷管起爆后产生的爆炸信息。

可选地，所述起爆控制设备包括处理终端、起爆电源设备和起爆控制仪，其中，所述处理终端用于对多个所述电子雷管进行身份验证，并在验证通过后输出控制指令；所述起爆电源用于为起爆电子雷管提供高压直流电源；所述起爆控制仪包括通讯模块和起爆模块，所述通讯模块用于与多个所述电子雷管的控制部通信，所述起爆模块响应于控制指令以起爆所述电子雷管。

可选地，所述起爆模块内设置有定时继电器，所述起爆模块接收到控制指令后，所述定时继电器启动计时，在预定时间内开启的起爆通道向所述电子雷管输入高压直流电源以引爆所述电子雷管。

第二方面

本申请实施例提供一种一种电子雷管起爆控制方法，所述方法至少使用如第一方面任一项所述的系统，所述方法包括以下步骤：

S1，处理终端向电子雷管云端获取并校核所述总线上多个电子雷管的工作码；

S2，完成所述总线上所有电子雷管的注册，并检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致；

S3，若一致，则所述起爆控制软件下发起爆控制指令、起爆密码至对应的电子雷管的控制部进行校核；所述起爆控制指令用于控制对于UID码的电子雷管进入起爆流程；

S4，校核通过后，按预定计划发出起爆指令，起爆控制软件调节输出起爆电压，开启起爆控制仪和电子雷管的起爆通道，将起爆电压在限定时间窗口内输送至电子雷管的起爆部引爆电子雷管；

S5，起爆完成后，返回步骤S2，直至完成总线上所有电子雷管的起爆操作；

S6，爆破完成后起爆控制软件将电子雷管爆炸情况信息反馈至处理终端进行处理。

可选地，所述检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致，包括：

检测电子雷管的数量与预设数量是否一致；若不一致则锁止起爆控制仪，若一致则进行下一步骤。

可选地，所述起爆控制软件下发起爆控制指令、起爆密码至对应的电子雷管的控制部进行校核，包括：

电子雷管控制部核对其所接收到的UID码及起爆密码与其出厂存储的UID码及起爆密码是否一致；若一致则通过校核，若不一致则校核不通过。

可选地，所述方法还包括：

所述起爆控制仪在与所述电子雷管的通信过程中，获取所述单芯电缆的通信电流；

基于所述通信电流计算所述单芯电缆的阻抗；

基于所述阻抗，调节所述电子雷管的起爆电压。

可选地，所述方法还包括：

在检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致时，每检测一个电子雷管，则控制所述电子雷管进入静默状态，检测下一个电子雷管，直至所述总线下发起爆指令。

本申请实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本申请在对电子雷管进行引爆控制时，通过单芯电缆输送电源到多个电子雷管处，在起爆时，多个电子雷管的控制部通过通讯电路供电，多个电子雷管的起爆部通过起爆电路供电，通过将为电子雷管供电的供电线路设置为通讯电路和起爆电路的形式，在进行供电时，低压与高压供电分开设置，控制部的低压供电不足以驱动爆炸部，实现通信与起爆功能的物理安全隔离，从而提高了起爆过程中的安全性能。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例提供的一种电子雷管起爆控制系统的结构示意图；

图2为本发明其中一个实施例提供的电子雷管的结构示意图；

图3为本发明其中一个实施例提供的一种电子雷管起爆控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

本实施例提供一种电子雷管起爆控制系统，所述系统用于起爆多个电子雷管，参照图1，所述系统包括地面控制装置，地面控制装置包括起爆控制设备和起爆控制软件，起爆控制设备和起爆控制软件通信连接。地面控制设备设置在地面之上，用于控制多个布置在地面之下的电子雷管。

其中，起爆控制软件提供用户交互界面，生成控制指令，控制指令用于控制调节起爆电压，且起爆控制软件能够通过地面控制装置与电子雷管之间的接收通讯和起爆的电压电流数据，实现多级串联电子雷管的在线检测、跳过、起爆、以及爆炸信息记录等功能，实现射孔工具串的一次下井操作完成多级射孔作业，从而提高油气井射孔效率。

所述地面控制装置通过单芯电缆与多个所述电子雷管连接，用于控制多个所述电子雷管起爆；所述电子雷管包括控制部和起爆部，所述地面控制装置通过通讯电路为所述电子雷管的控制部供电，所述地面控制装置通过起爆电路为所述电子雷管的起爆部供电。

通过分开为电子雷管的控制部和起爆部供电，完成了电子雷管供电的分离性，在起爆过程中，地面控制装置与电子雷管之间的通讯不会影响到电子雷管的起爆部，达到了提升电子雷管起爆过程中安全性能的效果。

其中，单芯电缆作为供电线路同时也是通信线路，在向井下的电子雷管供电的同时，控制信号通过高速率的曼彻斯特编码与电源调制的形式完成起爆控制仪与电子雷管的通信。

其中，所述起爆控制设备用于与多个所述电子雷管进行通信，并提供通讯电压和起爆电压；所述起爆控制软件用于排布多个所述电子雷管并记录多个所述电子雷管起爆后产生的爆炸信息。地面控制装置在与电子雷管进行通信时，电子雷管控制部的低压供电不足以驱动电子雷管的爆炸部，从而实现通信与起爆功能的物理安全隔离。

参照图2，电子雷管包括控制部和起爆部，电子雷管的控制部用于与地面控制装置进行通信，并根据地面控制装置传输的控制指令对电子雷管本身的起爆过程进行控制；其控制部为低压供电，爆炸部为高压供电，低压与高压供电分开设置，相互独立。且多个电子雷管之间通过总线串联在一起，形成井下电子雷管的总线串联形式。

在本实施例中，采用电子雷管具有三条脚线，第一脚线用于供电和通信，第二脚线用于与第一脚线构成电源和通信的回路，第三脚线用于连接下级电子雷管的第一脚线，使电子雷管在使用时能够多级级联，并实现多级远程控制起爆，从而提高作业效率。

在爆破的过程中，选用的电子雷管具备抗交直流400V的安全性能。实际工业现场，380V交流提供大功率能量的需求供应。电子雷管抗交直流400V性能具备防范作业现场高压冲击的安全风险。

所述方法还包括：在检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致时，每检测一个电子雷管，则控制所述电子雷管进入静默状态，检测下一个电子雷管，直至所述总线下发起爆指令。

电子雷管的控制部内置控制程序，在线检测时，响应起爆控制仪调制的起爆控制软件指令，向起爆控制软件应答注册后，其会开启下一级通信通道，将通信电压传输至下一个电子雷管的控制部，且同时当前电子雷管控制部程序进入静默状态，对总线指令不再应答，待再次上电复位响应起爆控制软件指令，在降低电源功耗的同时实现总线上同一时刻仅一个电子雷管通信应答机制，进一步的提升安全性能。

所述起爆控制设备包括处理终端、起爆电源设备和起爆控制仪，其中，所述处理终端用于与多个所述电子雷管进行身份验证，并在验证通过后输出控制指令；所述起爆电源用于为起爆电子雷管提供高压直流电源；所述起爆控制仪包括通讯模块和起爆模块，所述通讯模块用于与多个所述电子雷管的控制部通信，所述起爆模块响应于控制指令以起爆所述电子雷管。

通讯模块用于与井下电子雷管的控制部通信传输控制指令，起爆模块用于向井下电子雷管提供起爆高压，电子雷管的控制部接收到控制指令，且起爆密码匹配后，其打开电子雷管的起爆功能，起爆高压驱动电子雷管的起爆通道开启，利用电能转换为热能引爆电子雷管。

所述起爆模块内设置有定时继电器，所述起爆模块接收到控制指令后，所述定时继电器启动计时，在预定时间内开启的起爆通道向所述电子雷管输入高压直流电源以引爆所述电子雷管。

在起爆时，电子雷管的起爆功能由控制指令控制定时继电器开启起爆通道，定时继电器自动计时，在限定的时间窗口内，起爆通道允许起爆电源设备的高压直流输入，为井下电子雷管提供高压大电流以实现起爆功能。

所述起爆控制仪还包括通信速率调节单元，所述通信速率调节单元用于调节所述处理终端与所述电子雷管之间的通讯速率。地面控制设备在进行在线检测时，指令帧中的导行字段用于通信链路自适应反馈,内置软件利用二叉树搜索算法以选择用于实际不同井况单芯电缆通信链路的最佳速率。

本申请在对电子雷管进行引爆控制时，通过单芯电缆输送电源到多个电子雷管处，在起爆时，多个电子雷管的控制部通过通讯电路供电，多个电子雷管的起爆部通过起爆电路供电，通过将为电子雷管供电的供电线路设置为通讯电路和起爆电路的形式，在进行供电时，低压与高压供电分开设置，控制部的低压供电不足以驱动爆炸部，实现通信与起爆功能的物理安全隔离，从而提高了起爆过程中的安全性能。

实施例2

本申请实施例提供一种电子雷管起爆控制方法，所述方法至少使用如实施例1中所述的系统，参照图3，所述方法包括以下步骤：

S1，处理终端向电子雷管云端获取并校核所述总线上多个电子雷管的工作码；

在进行爆破准备工作时，首先将多个电子雷管预设置在预爆破区域，多个电子雷管之间通过总线连接。电子雷管包含控制部、爆炸部，具有三根脚线，其中两根脚线为通讯、起爆电压通路的正极与负极，另一根脚线用于串接下一级电子雷管的正极，通过将电子雷管的负极相互并联，组成井下电子雷管的总线串联形式。

S2，完成所述总线上所有电子雷管的注册，并检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致；其包括，检测电子雷管的数量与预设数量是否一致；若不一致则锁止起爆控制仪，若一致则进行下一步骤。

所述方法还包括：在检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致时，每检测一个电子雷管，则控制所述电子雷管进入静默状态，检测下一个电子雷管，直至所述总线下发起爆指令。

电子雷管的注册是在线上完成的，通过起爆控制软件展示给工作人员，若是发现注册的电子雷管数量与预设的电子雷管数量不一致，则说明预设的多个电子雷管之中出现了问题，此时提示错误信息给工作人员，再进行排查，以提升起爆过程中的安全性。

且起爆控制软件在完成预定数量的电子雷管检测后，还需要开启末端电子雷管的下一级通讯通道，检测其尾端是否还有下一级电子雷管。起爆控制软件将实际检测电子雷管的数量与预定数量比较，若不一致，则显示错误信息，以确保实际连接电子雷管数量与当前作业雷管数量的匹配，杜绝少引爆安全隐患、错误层级射孔等问题。

S3，起爆控制软件下发起爆控制指令、起爆密码至对应的电子雷管的控制部进行校核；所述起爆控制指令用于控制对于UID码的电子雷管进入起爆流程；电子雷管控制部核对其所接收到的UID码及起爆密码与其出厂存储的UID码及起爆密码是否一致；若一致则通过校核，若不一致则校核不通过。

S4，校核通过后，按预定计划发出起爆指令，起爆控制软件调节输出起爆电压，开启起爆控制仪和电子雷管的起爆通道，将起爆电压在限定时间窗口内输送至电子雷管的起爆部引爆电子雷管；

S5，起爆完成后，返回步骤S2，直至完成总线上所有电子雷管的起爆操。

在步骤S5中，其中一个电子雷管起爆完成后，所述起爆控制仪在与所述电子雷管的通信过程中，获取所述单芯电缆的通信电流；并基于所述通信电流计算所述单芯电缆的阻抗；再基于所述阻抗，调节所述电子雷管的起爆电压。起爆控制软件重新计算起爆起始电压，将预设电子雷管数量减一，更新已起爆完成电子雷管的状态标记，以便于更好的控制起爆过程。

S6，爆破完成后起爆控制软件将电子雷管爆炸情况信息反馈至处理终端进行处理。

处理终端将通讯速率信息通过起爆控制仪发送至电子雷管控制部，由电子雷管控制部再次核对设置通信速率参数。通过设置起爆控制系统针对不同井况的通信速率的自适应功能，解决了在不同井况中固定速率的限制，提高射孔作业效率。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电子雷管起爆控制系统，所述系统用于起爆多个电子雷管，其特征在于，所述系统包括地面控制装置，所述地面控制装置通过单芯电缆与多个所述电子雷管连接，用于控制多个所述电子雷管起爆；所述电子雷管包括控制部和起爆部，地面控制装置包括起爆控制设备和起爆控制软件，起爆控制设备包括处理终端、起爆电源设备和起爆控制仪；所述起爆电源设备用于为起爆电子雷管提供高压直流电源；所述起爆控制仪包括通讯模块和起爆模块，所述通讯模块用于与多个所述电子雷管的控制部通信，所述起爆模块响应于控制指令以起爆所述电子雷管；所述地面控制装置通过通讯模块为所述电子雷管的控制部供电，所述地面控制装置通过起爆模块为所述电子雷管的起爆部供电，所述起爆控制仪用于获取单芯电缆的通信电流，基于所述通信电流计算所述单芯电缆的阻抗，基于所述阻抗调节所述电子雷管的起爆电压；所述处理终端用于对多个所述电子雷管进行身份验证，并在验证通过后输出控制指令，该电子雷管起爆控制系统的控制方法具体包括如下步骤：

S1，处理终端向电子雷管云端获取并校验总线上多个电子雷管的工作码;

S2，完成所述总线上所有电子雷管的注册，并检测所述电子雷管的数量与预设数量是否一致，每检测一个电子雷管，则控制所述电子雷管进入静默状态，检测下一个电子雷管，直至所述总线下发起爆指令；

S3，若一致，则所述地面控制装置下发起爆控制指令、起爆密码至对应的电子雷管的控制部进行校核， 电子雷管控制部核对其所接收到的UID码及起爆密码与其出厂存储的UID码及起爆密码是否一致；若一致则通过校核，若不一致则校核不通过；所述起爆控制指令用于控制对应UID码的电子雷管进入起爆流程；

S4，校核通过后，按预定计划发出起爆指令，起爆控制软件调节输出起爆电压，开启起爆控制仪和电子雷管的起爆通道，将起爆电压在限定时间窗口内输送至电子雷管的起爆部引爆电子雷管；

S5，起爆完成后，返回步骤S2，直至完成总线上所有电子雷管的起爆操作；

S6，爆破完成后起爆控制软件将电子雷管爆炸情况信息反馈至处理终端进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种电子雷管起爆控制系统，其特征在于：所述起爆控制设备与所述起爆控制软件通信连接；其中，所述起爆控制设备用于与多个所述电子雷管进行通信，并提供通讯电压和起爆电压；所述起爆控制软件用于显示多个所述电子雷管并记录多个所述电子雷管起爆后产生的爆炸信息。

3.根据权利要求2所述的一种电子雷管起爆控制系统，其特征在于：所述起爆模块内设置有定时继电器，所述起爆模块接收到控制指令后，所述定时继电器启动计时，在预定时间内开启的起爆通道向所述电子雷管输入高压直流电源以引爆所述电子雷管。