CN115371507B - 一种油气井用电子雷管的安全起爆电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，所述电路用于引爆电子雷管；所述电路包括前端保护模块、主控模块和安全起爆模块；所述前端保护模块用于保护所述电路，其信号输入端作为所述电路的信号输入端用于接收起爆控制信号，所述起爆控制信号用于控制起爆过程；所述主控模块用于接收所述起爆控制信号并输出起爆指令；所述安全起爆模块响应于所述起爆指令对输入所述电路的电压进行直流斩波以输出大电流引爆所述电子雷管；具有提升引爆过程安全性和稳定性的效果。

Description

一种油气井用电子雷管的安全起爆电路

技术领域

本发明涉及油气井爆破技术领域，具体而言，涉及一种油气井用电子雷管的安全起爆电路。

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较为广泛的一种开发方式，其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。

目前油气井行业内的分簇射孔起爆控制为高压大电流起爆，但高压大电流在单芯电缆上的损耗较大，且对现场作业人员、油气井下电气仪器设备的安全带来隐患，对操作人员要求较高。而普通民爆电子雷管的起爆方式为电容充放电起爆，该方式对雷管发火组件的要求较高，在油气井高温高压环境下，存在发火不稳定的问题，不适用于油气井用行业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，其目的在于提供安全性更高、更稳定的起爆方式。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

本申请实施例提供一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，所述电路包括前端保护模块、主控模块和安全起爆模块；

所述前端保护模块用于保护所述电路，其信号输入端作为所述电路的信号输入端用于接收起爆控制信号，所述起爆控制信号用于控制起爆过程；

所述主控模块用于接收所述起爆控制信号并输出起爆指令；

所述安全起爆模块响应于所述起爆指令以输出大电流引爆所述电子雷管。

可选地，所述电路还包括检波通讯模块和应答通讯模块；其中，

所述检波通讯模块用于对所述起爆控制信号进行解调并传输到所述主控模块；

所述应答通讯模块用于接收所述主控模块输出的反馈信号并调制以输出，所述反馈信号用于对所述电子雷管的爆炸过程进行反馈。

可选地，所述检波通讯模块的信号输入端与所述前端保护模块的信号输出端连接，所述检波通讯模块的信号输出端与所述主控模块的第一信号输入端连接；所述主控模块的信号输出端与所述应答通讯模块的信号输出端连接，所述应答通讯模块的信号输出端与所述前端保护模块的信号输入端连接，所述前端保护模块用于将所述反馈信号输出。

可选地，所述电路还包括电源管理模块，所述电源管理模块用于为所述主控模块、检波通讯模块和应答通讯模块提供稳定的低压小电流，并为所述安全起爆模块供电。

可选地，所述电路中主控模块、检波模块和应答通讯模块在通信时的电流小于所述电子雷管的最大不发火电流。

可选地，所述电路还包括硬件看门狗，所述硬件看门狗在预设时间内未接收到指令时则关闭所述电源管理模块的输出端。

可选地，所述安全起爆模块通过直流斩波生成用于引爆电子雷管的大电流。

可选地，所述主控模块中存储有起爆密码，所述起爆控制信号中包含验证密码，所述起爆密码与所述验证密码一致时所述主控模块输出起爆指令。

可选地，所述安全起爆模块包括第六电容器C6、第十二电阻器R12、第十三电阻器R13、电源管理芯片U1、第一电感器L1、第二二极管D2、第七电容器C7、第十四电阻器R14和第十五电阻器R15。

可选地，所述前端保护模块包括瞬态抑制二极管TVS1、第一二极管D1、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第一电容器C1、第一PNP三极管T1和第一MOS管Q1。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：在引爆电子雷管时，前端保护模块能够对电路进行保护；输入到电路中的起爆控制信号进入到主控模块后，主控模块输出起爆指令到安全起爆模块，安全起爆模块能够对输入到电路中的电压进行直流斩波，输出低压大电流引爆电子雷管；在引爆过程中，主控模块采用的小电流工作；而电子雷管需要大电流才能引爆，主控模块工作不会影响到电子雷管；从而达到提升引爆过程安全性和稳定性的效果。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例提供的安全起爆电路的结构示意图；

图2为本发明其中一个实施例提供的前端保护模块的结构示意图；

图3为本发明其中一个实施例提供的检波通讯模块的结构示意图；

图4为本发明其中一个实施例提供的应答通讯模块的结构示意图；

图5为本发明其中一个实施例提供的安全起爆模块的结构示意图。

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。

本申请实施例提供一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，参照图1，所述电路用于引爆电子雷管，所述电路包括前端保护模块、主控模块、安全起爆模块、检波通讯模块、应答通讯模块、电源管理模块和硬件看门狗。

其中，前端保护模块用于保护所述电路，其信号输入端作为所述电路的信号输入端用于接收起爆控制信号，所述起爆控制信号用于控制起爆过程；所述主控模块用于接收所述起爆控制信号并输出起爆指令；所述安全起爆电路采用低压大电流供电，且所述安全起爆模块响应于所述起爆指令对输入所述电路的电压进行直流斩波以输出大电流引爆所述电子雷管。

检波通讯模块用于对所述起爆控制信号进行解调并传输到所述主控模块；应答通讯模块用于接收所述主控模块输出的反馈信号并调制以输出，所述反馈信号用于对所述电子雷管的爆炸过程进行反馈。

电源管理模块用于降压稳压，并为所述主控模块、检波通讯模块和应答通讯模块提供稳定的低压小电流；硬件看门狗在预设时间内未接收到指令时则关闭所述电源管理模块的输出端。

在本实施例中，所述检波通讯模块的信号输入端与所述前端保护模块的信号输出端连接，所述检波通讯模块的信号输出端与所述主控模块的第一信号输入端连接；所述主控模块的信号输出端与所述应答通讯模块的信号输出端连接，所述应答通讯模块的信号输出端与所述前端保护模块的信号输入端连接，所述前端保护模块用于将所述反馈信号输出；所述硬件看门狗的信号输出端与主控模块的第二信号输入端连接，所述硬件看门狗的信号输出端与电源管理模块的信号输入端连接。

电源管理模块和安全起爆模块的电源输入端与前端保护模块的电源输出端连接，输入电源从前端保护模块的电源输出端输入到电源管理模块和安全起爆模块中，分别为电源管理模块和安全起爆模块供电。

在其中一个实施例中，安全起爆模块的供电通过单芯电缆，单芯电缆与地面上的电源连接，直接为安全起爆模块供电；且单芯电缆在本实施例中还作为通讯线路使用，输入电路的的起爆控制信号和电路输出的反馈信号也通过单芯电缆传播。

而电源管理模块的电源输出端又与主控模块、检波通讯模块和应答通讯模块的电源输入端连接，为主控模块、检波通讯模块和应答通讯模块供电。

在本电路中，主控模块、检波通讯模块和应答通讯模块等弱电工作采用的小电流与安全起爆模块工作采用的大电流分开设置，相互独立。

在其中一个实施例中，电路中主控模块、检波模块和应答通讯模块在通信时的电流小于所述电子雷管的最大不发火电流。在通讯时，主控模块、检波模块和应答通讯模块产生的电流小于50ma；而电子雷管的电引火元件点火所需的电流一般在500ma，远远小于电子雷管的电引火元件点火所需的电流；电路中主控模块、检波模块和应答通讯模块在通信时使用低压小电流小于电子雷管的最大不发火电流，不足以驱动引爆电子雷管，实现通信与起爆功能的物理安全隔离。

起爆控制仪可以对多级级联的油气井用电子雷管进行通讯检测、起爆作业，其内置定位、网络模块，并具有数据交换功能，在本实施例中，其交换的数据通过主控模块进行采集，并判断是否具有下一级的连接通路。

在进行起爆准备时，首先在主控模块中存储起爆密码，所述起爆控制信号中包含验证密码，所述起爆密码与所述验证密码一致时所述主控模块输出起爆指令。

在进行起爆操作之前，生产厂家首先需要将各个电子雷管所对应的起爆密码存储到主控模块中，而起爆操作人员在进行起爆之前，并不知道验证密码，在起爆操作人员获取到验证密码后，其输入到主控模块中的起爆控制信号中才会包含验证密码；只有当验证密码与起爆密码匹配时，主控模块才能够判断通过验证，输出起爆指令控制安全起爆模块输出起爆所需的大电流引爆电子雷管。

在引爆电子雷管时，前端保护模块能够对电路进行保护；输入到电路中的起爆控制信号进入到主控模块后，主控模块输出起爆指令到安全起爆模块，安全起爆模块能够对输入到电路中的电压进行直流斩波，输出低压大电流引爆电子雷管；在引爆过程中，主控模块采用的小电流工作；而电子雷管需要大电流才能引爆，主控模块工作不会影响到电子雷管；从而达到提升引爆过程安全性和稳定性的效果。

在其中一个实施例中，参照图2，所述前端保护模块包括瞬态抑制二极管TVS1、第一二极管D1、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第一电容器C1、第一PNP三极管T1和第一MOS管Q1。所述瞬态抑制二极管TVS1用于防护高压；所述高压输入所述前端保护模块后，所述MOS管关闭，从而达到保护电路的效果。

其中，所述第一二极管D1的阳极作为所述前端保护模块的信号输入端，所述瞬态抑制二极管TVS1的一端接地，所述瞬态抑制二极管TVS1的另一端与所述第一电阻器R1的一端连接，所述第一电阻器R1的另一端与所述第一稳压二极管Z1的阴极连接，所述第一稳压二极管Z1的阳极接地；所述第二电阻器R2的一端与所述第一稳压二极管Z1的阴极连接，所述第二电阻器R2的另一端与所述第一PNP三极管T1的基极连接，所述第一PNP三极管T1的集电极与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一PNP三极管T1的发射极与所述第四电阻器R4的一端连接，所述第三电阻器R3的一端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第三电阻器R3的另一端与所述第四电阻器R4的一端连接；所述第二稳压二极管Z2的阴极与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第二稳压二极管Z2的阳极与所述第四电阻器R4的一端连接；所述第一电容器C1的一端与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一电容器C1的另一端与所述第四电阻器R4的一端连接；所述第一MOS管Q1的源极与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一MOS管Q1的漏极作为所述前端保护模块的信号输出端用于输出电信号，所述第一MOS管Q1的栅极与所述第四电阻器R4的一端连接；所述第四电阻器R4的另一端接地。

当外部的高压输入时，第一PNP三极管T1导通，第一MOS管Q1关闭，从而对电路的后端进行保护；防止射频、静放电、交直流等对电路的意外损坏电路。

且若长时间持续性的射频、静放电、交直流等对前端保护模块造成了损坏，则前端保护模块表现为断路，将干扰信号隔离，以保护电路。

在其中一个实施例中，参照图3，所述检波通讯模块包括第五电阻器R5、第二电容器C2、第三电容器C3、第二NPN三极管T2、第三PNP三极管T3,、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8和第四NPN三极管T4；

其中，所述第五电阻器R5的一端作为所述检波通讯模块的信号输入端与所述第一MOS管Q1的漏极连接，用于接收从所述前端保护模块输入的电信号，所述第五电阻器R5的另一端与所述第二电容器C2的一端连接，所述第二电容器C2的另一端与所述第三电容器C3的一端连接，所述第三电容器C3的另一端接地；所述第二NPN三极管T2的基极与所述第二电容器C2和第三电容器C3的连接点连接，所述第二NPN三极管T2的发射极接地，所述第二NPN三极管T2的集电极与所述第三PNP三极管T3的基极连接，所述第三PNP三极管T3的集电极与电源VCC连接，所述第三PNP三极管T3的发射极与所述第六电阻器R6的一端连接，所述第六电阻器R6的另一端接地；所述第七电阻器R7的一端与所述第三PNP三极管T3的集电极连接，所述第七电阻器R7的另一端与所述第四NPN三极管T4的集电极连接，所述第四NPN三极管T4的基极与所述第三PNP三极管T3的发射极和所述第六电阻器R6的连接点连接，所述第四NPN三极管T4的发射极与所述第八电阻器R8的一端连接，所述第八电阻器R8的另一端接地；所述第七电阻器R7与所述第四NPN三极管T4的连接点作为所述检波通讯模块的信号输出端用于输出电信号。

在其中一个实施例中，参照图4，所述应答通讯模块包括第九电阻器R9、第四电容器C4、第十电阻器R10、第五NPN三极管T5、第十一电阻器R11和第五电容器C5；

其中，所述第九电阻器R9的一端作为所述应答通讯模块的信号输入端用于接收所述主控模块输出的反馈信号，所述第九电阻器R9的另一端与所述第五NPN三极管T5的基极连接，所述第五NPN三极管T5的发射极接地，所述第五NPN三极管T5的集电极与所述第十一电阻器R11的一端连接没所述第十一电阻器R11的另一端与电源连接；所述第四电容器C4与所述第九电阻器R9并联；所述第十电阻器R10的一端与所述第五NPN三极管T5的基极连接，所述第十电阻器R10的另一端接地；所述第五电容器C5的一端与所述第五NPN三极管T5的集电极连接，所述第五电容器C5的另一端作为所述应答通讯模块的输出端用于输出电信号。

在其中一个实施例中，参照图5，所述安全起爆模块包括第六电容器C6、第十二电阻器R12、第十三电阻器R13、电源管理芯片U1、第一电感器L1、第二二极管D2、第七电容器C7、第十四电阻器R14和第十五电阻器R15。

其中，电源管理芯片U1用于将输入到安全起爆模块中的小电流转换为大电流，起到直流斩波的作用，以通过大电流引爆电子雷管。

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 (5)

1.一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，所述电路用于引爆电子雷管；其特征在于，所述电路包括前端保护模块、主控模块、检波通讯模块、应答通讯模块、硬件看门狗和安全起爆模块；所述电路中主控模块、检波通讯模块和应答通讯模块在通信时的电流小于所述电子雷管的最大不发火电流；所述硬件看门狗在预设时间内未接收到指令时则关闭电路的电源；

所述前端保护模块用于保护所述电路，其信号输入端作为所述电路的信号输入端用于接收起爆控制信号，所述起爆控制信号用于控制起爆过程；所述前端保护模块包括瞬态抑制二极管TVS1、第一二极管D1、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第一电容器C1、第一PNP三极管T1和第一MOS管Q1；所述第一二极管D1的阳极作为所述前端保护模块的信号输入端，所述瞬态抑制二极管TVS1的一端接地，所述瞬态抑制二极管TVS1 的另一端与所述第一电阻器R1 的一端连接，所述第一电阻器R1 的另一端与所述第一稳压二极管Z1 的阴极连接，所述第一稳压二极管Z1的阳极接地；所述第二电阻器R2 的一端与所述第一稳压二极管Z1 的阴极连接，所述第二电阻器 R2 的另一端与第一 PNP 三极管 T1 的基极连接，所述第一 PNP三极管T1 的集电极与所述第一二极管D1 的阴极连接，所述第一PNP 三极管T1 的发射极与所述第四电阻器R4 的一端连接，所述第三电阻器R3 的一端与所述第一二极管D1 的阴极连接，所述第三电阻器R3 的另一端与所述第四电阻器R4 的一端连接；所述第二稳压二极管Z2 的阴极与所述第一二极管D1 的阴极连接，所述第二稳压二极管Z2 的阳极与所述第四电阻器R4的一端连接；所述第一电容器C1 的一端与所述第一二极管D1 的阴极连接，所述第一电容器C1 的另一端与所述第四电阻器R4 的一端连接；所述第一MOS 管Q1 的源极与所述第一二极管D1的阴极连接，所述第一MOS 管Q1 的漏极作为所述前端保护模块的信号输出端用于输出电信号，所述第一 MOS管Q1 的栅极与所述第四电阻器R4 的一端连接；所述第四电阻器R4 的另一端接地；

所述主控模块用于接收所述起爆控制信号并输出起爆指令；

所述安全起爆模块响应于所述起爆指令以输出大电流引爆所述电子雷管，所述安全起爆模块生成用于引爆电子雷管的大电流，所述安全起爆模块包括第六电容器C6、第十二电阻器R12、第十三电阻器R13、电源管理芯片U1、第一电感器L1、第二二极管D2、第七电容器C7、第十四电阻器R14和第十五电阻器R15，所述第十二电阻器R12的一端作为安全起爆模块的输入端，第十二电阻器R12的另一端与电源管理芯片U1、第一电感器L1、第十四电阻器R14连接， 所述第六电容器C6的一端接地，第六电容器C6的另一端与所述电源管理芯片U1的输入端连接，所述第十三电阻器R13的一端接地，第十三电阻器R13的另一端与所述电源管理芯片U1的输入端连接，所述第二二极管D2的阳极接地，第二二极管D2的阴极与所述第一电感器L1连接，所述第七电容器C7的一端接地，第七电容器C7的另一端与所述第十四电阻器R14连接，所述第十五电阻器R15的一端接地，第十五电阻器R15的另一端与所述第十四电阻器R14连接。

2.根据权利要求1所述的一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，其特征在于：

所述检波通讯模块用于对所述起爆控制信号进行解调并传输到所述主控模块；

所述应答通讯模块用于接收所述主控模块输出的反馈信号并调制以输出，所述反馈信号用于对所述电子雷管的爆炸过程进行反馈。

3.根据权利要求2所述的一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，其特征在于：所述检波通讯模块的信号输入端与所述前端保护模块的信号输出端连接，所述检波通讯模块的信号输出端与所述主控模块的第一信号输入端连接；所述主控模块的信号输出端与所述应答通讯模块的信号输入端连接，所述应答通讯模块的信号输出端与所述前端保护模块的信号输入端连接，所述前端保护模块用于将所述反馈信号输出。

4.根据权利要求3所述的一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，其特征在于：所述电路还包括电源管理模块，所述电源管理模块用于为所述主控模块、检波通讯模块和应答通讯模块提供稳定的低压小电流，并为所述安全起爆模块供电。

5.根据权利要求1所述的一种油气井用电子雷管的安全起爆电路，其特征在于：所述主控模块中存储有起爆密码，所述起爆控制信号中包含验证密码，所述起爆密码与所述验证密码一致时所述主控模块输出起爆指令。