CN208380558U - 一种油井射孔弹道测控定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油井射孔弹道测控定位系统，包括依次连接的PC机和地面控制箱，地面控制箱通过单芯电缆依次连接校深短接、测控导向短接、减震器、起爆器及射孔枪，单芯电缆穿套在马笼头中，马笼头与校深短接连接，测控导向短接内设有方位测量系统和动力控制系统，方位测量系统连接传感器，动力控制系统通过智能电机连接弹架，弹架内置在射孔枪内。本实用新型提供的测控定位系统定位准确可靠，降低了生产成本。

Description

一种油井射孔弹道测控定位系统

技术领域

本实用新型属于油气井完井技术领域，具体涉及一种油井射孔弹道测控定位系统。

背景技术

国内外油气井完井工程的重要环节射孔技术随着科技进步发生相应发展，为油气井增产起到至关重要的作用。

定方位射孔是以保护油气层，完善和提高完井效果为主要目的的射孔工艺技术。射孔弹沿着地层主应力方向射孔，有利于提高射孔效果，增加储集层有效泄流面积，提高油气产能。

目前，油气井完井工程广泛使用陀螺仪定向的油管输送和电缆输送两种射孔工艺技术。油管输送工艺采用井口转动油管方式来调整陀螺仪测量的定位误差，存在油管阻力大，井斜角过大不能采用该工艺；还有存在油管输送作业周期长，费用大的问题。电缆输送工艺采用陀螺仪测量或射孔枪弹架配置重力偏心配重块进行定位，陀螺仪抗震性差，容易损坏。重力偏心块定位在井斜角较小情况下不能使用。还有采用机械锚定装置进行定位的方式，容易出现井下卡塞事故，风险很大。

现油管输送和电缆输送定位方式需要2--3趟下井作业，施工作业时间长，费用大，经济性差。

现各种技术方式的射孔弹道方位角度数据可测不可控或可控不可测，不能满足射孔技术发展自动化、智能化、信息化的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种油井射孔弹道测控定位系统，该系统定位准确可靠，降低了生产成本。

本实用新型的技术方案是，一种油井射孔弹道测控定位系统，包括依次连接的PC机和地面控制箱，地面控制箱通过单芯电缆依次连接校深短接、测控导向短接、减震器、起爆器及射孔枪，单芯电缆穿套在马笼头中，马笼头与校深短接连接，测控导向短接内设有方位测量系统和动力控制系统，方位测量系统连接传感器，动力控制系统通过智能电机连接弹架，弹架内置在射孔枪内。

本实用新型的特点还在于，

地面控制箱包括中央处理器，中央处理器分别连接RS485通讯模块、通讯指示模块、设置模块、电流显示模块、电压显示模块、初值显示模块、井斜显示模块、方位显示模块、编解码模块A及电缆接口模块A。

中央处理器与RS485通讯模块、中央处理器与编解码模块之间均为双向通讯传输。

方位测量系统包括依次连接的电缆接口模块B、编解码模块B、处理器模块、信号放大整形模块及传感器，处理器模块与动力控制系统连接。

传感器包括圆柱形钢筒，钢筒的上端面设有钢盖板，钢筒的内部同轴设有圆柱形绝缘结构，且绝缘结构的底面为球形凸起面，绝缘结构的内侧壁开设有一圈凹槽A，凹槽A内设有一圈碳膜滑环，绝缘结构的底部中心处开设有一圈凹槽B，凹槽B内设有一圈环形铜带，绝缘结构内设有钢珠，钢筒上分别设有接线柱A、接线柱B及接线柱C，接线柱A和接线柱 B与碳膜滑环连接，接线柱C与环形铜带连接。

碳膜滑环上设有开口，开口的两端分别连接接线柱A和接线柱B，接线柱C连接在环形铜带的任意一点处。

动力控制系统包括依次连接的智能电机控制模块、智能电机驱动模块，智能电机控制模块与处理器模块连接。

本实用新型的有益效果是，本实用新型提供的弹道测控定位系统能够不使用常规射孔定向所采用重力配重块和陀螺仪定向的方法，而且无需采用井下机械锚定装置。通过上述方式，本测控定位系统地面控制箱和井下测控导向短接数据双向实时传输，实现动力旋转井下射孔弹架，射孔弹道当前方位角数据实时传输、实时显示，并能够对射孔弹道方位角进行实时测量、实时控制，实现射孔弹道方位的准确定位。能够满足完井技术中射孔作业射孔弹道准确定位要求，一趟下井作业，简单方便，自动化操作，减少射孔定位作业程序和缩短作业时间，生产效率提高，作业费用大大降低。测控射孔弹道方位角精度高，使射孔弹朝向地层最大应力方向，增加油气产能，降本增效，便于推广使用。

附图说明

图1是本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统的连接示意图；

图2是本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统中测控导向短接的内部结构示意图；

图3是本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统中地面控制箱的内部模块连接示意图；

图4是本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统中方位测量系统和动力控制系统的连接示意图；

图5是本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统中传感器的结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统中采用传感器进行工作面低边位置测量的等效电路图。

图中，1.PC机；

2.地面控制箱，2-1.中央处理器，2-2.RS485通讯模块，2-3.通讯指示模块，2-4.设置模块，2-5.电流显示模块，2-6.电压显示模块，2-7. 初值显示模块，2-8.井斜显示模块，2-9.方位显示模块，2-10.编解码模块A，2-11.电缆接口模块A；

3.单芯电缆，4.射孔枪，5.校深短接，6.测控导向短接，7.减震器， 8.起爆器，9.电缆接口模块B，10.编解码模块B，11.处理器模块，12.信号放大整形模块；

13.传感器，13-1.钢筒，13-2.钢盖板，13-3.绝缘结构，13-4.凹槽 A，13-5.碳膜滑环，13-6.凹槽B，13-7.环形铜带，13-8.接线柱A，13-9. 接线柱B，13-10.接线柱C，13-11.聚酰亚胺漆，13-12.钢珠；

14.智能电机控制模块，15.智能电机驱动模块，16.智能电机，17.AC- DC模块，18.DC-DC模块，19.马笼头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统，如图1、2所示，包括依次连接的PC机1和地面控制箱2，地面控制箱2通过单芯电缆3依次连接校深短接5、测控导向短接6、减震器7、起爆器8及射孔枪4，单芯电缆3 穿套在马笼头19中，马笼头19与校深短接5连接，校深短接5再与测控导向短接6连接，校深短接5、测控导向短接6、减震器7、起爆器8及射孔枪4内部通过单芯电缆3连接贯通。测控导向短接6的数据通讯和供电通过单芯电缆3完成。

马笼头19是用于石油测井仪器和测井电缆之间的专用连接装置，属于油田通用标准装置。

测控导向短接6内设有连接在一起的方位测量系统和动力控制系统，方位测量系统连接传感器13，动力控制系统通过智能电机16连接(射孔枪)弹架，弹架内置在射孔枪4内。射孔弹架不带偏心重力配重块。

如图3所示，地面控制箱2包括中央处理器2-1，中央处理器2-1分别连接RS485通讯模块2-2、通讯指示模块2-3、设置模块2-4、电流显示模块2-5、电压显示模块2-6、初值显示模块2-7、井斜显示模块2-8、方位显示模块2-9、编解码模块A2-10及电缆接口模块A2-11。

中央处理器2-1、RS485通讯模块2-2、通讯指示模块2-3、设置模块 2-4、电流显示模块2-5、电压显示模块2-6、初值显示模块2-7、井斜显示模块2-8、方位显示模块2-9、编解码模块A2-10及电缆接口模块A2-11均集成在同一电路板上，该电路板的系统电路采用DSP和CPLD的组合架构。

地面控制箱2通过AC-DC模块17供电，AC-DC模块17，用于将市电交流220V转换为直流150V、+5V,直流150V通过单芯电缆3提供给电缆接口模块A2-11作为直流集中供电，直流+5V为地面控制箱2除电缆接口模块 A2-11的其他模块提供电源。

中央处理器2-1与RS485通讯模块2-2、中央处理器2-1与编解码模块A 2-10之间均为双向通讯传输。

RS485通讯模块2-2，用于接收PC机1发送的控制命令，根据串行通讯标准将命令传给中央处理器模块，或者PC机1通过RS485通讯模块2-2 读取中央处理器2-2已经分析处理的目标数据，实现PC机1与地面控制箱 2两个设备之间的半双工数据交换通讯功能。

通讯指示模块2-3，用于监视中央处理器2-1是否进行通讯工作，若有通讯信号进出，控制通讯状态指示灯闪烁。

设置模块2-4，用于存储和修改初值参数，给中央处理器2-1提供配置信息和初始化，存储测控定位程序，存储中间信息，配置时序逻辑，设置数据采集周期时间频率，并且可进行修改；

编解码模块A2-10，用于将输入中央处理器2-1的直流载波信号进行解调编码，或将中央处理器2-1输出的数据信号进行解码调制，编解码模块 A2-10采用的型号为CY37000。

中央处理器2-1，用于读取设置模块2-4配置信号，发送给初值显示模块2-7；接收PC机1控制命令，进行解析处理，产生相应控制信号发送给编解码模块A2-10，通过单芯电缆3传输至井下测控导向短接6；读取经过编解码模块A2-10处理后上传来的井下数据，并进行分析处理；分析处理后的电压、电流、井斜、方位数据，发送给电压显示模块2-6、电流显示模块2-5、井斜显示模块2-8、方位显示模块2-9；中央处理器2-1采用 87C51(MPU)单片机；

电缆接口模块A2-11，用于分离电源信号，接收或上传编解码模块A2- 10处理后的数据信息；

电压显示模块2-6，用于接收中央处理器2-1发送的电压信息，处理后显示，选用RT12864液晶显示模块；

电流显示模块2-5，用于接收中央处理器2-1发送的电流信息，处理后显示，选用RT12864液晶显示模块；

井斜显示模块2-8，用于接收中央处理器2-1发送的井斜信息，处理后显示，选用RT12864液晶显示模块；

方位显示模块2-9，用于接收中央处理器2-1发送的方位信息，处理后显示，选用RT12864液晶显示模块；

初值显示模块2-7，用于接收中央处理器2-1发送的初值信息，处理后显示，选用RT12864液晶显示模块；

校深短接5属于油田通用装置，内置磁性定位器，用于输出校深电磁信号。

如图4所示，方位测量系统包括依次连接的电缆接口模块B9、编解码模块B10、处理器模块11、信号放大整形模块12及传感器13，处理器模块11与动力控制系统连接。

动力控制系统包括依次连接的智能电机控制模块14、智能电机驱动模块15，智能电机驱动模块15连接智能电机16，智能电机控制模块14与处理器模块11连接。

动力控制系统和方位测量系统电路硬件集成在同一电路板上，该电路板上的系统电路采用DSP和FPGA的组合架构。

智能电机16，是可以进行自动控制的直流伺服智能电机，低电流大扭矩，通过智能电机16的电机轴键槽连接射孔枪弹架，带动射孔弹架同轴同步转动；

DC-DC模块18，用于为传感器13、方位测量系统、智能电机16、动力控制系统提供+5V和+24V直流电源。

电缆接口模块B9，用于分离电源信号，接收或上传编解码模块A10处理后的数据信息；

编解码模块B10，用于将输入处理器模块11的直流载波信号进行解调编码，或将处理器模块11输出的数据信号进行解码调制,编解码模块B10 采用AT89S52；

处理器模块11，用于接收经过信号放大整形模块12处理后的传感器 13的信号，分析处理后，发送给地面控制箱2；读取经编解码模块B10处理后传输的PC机1或地面控制箱2控制命令，进行解析处理；发送控制命令给智能电机控制模块14；处理器模块11采用TMS320F2808；

处理器模块11在智能电机16转动时，根据实时接收到的低边信号，结合读取的初值信息进行运算分析，不断比较，发出控制命令。

信号放大整形模块12，用于将传感器13的电信号进行放大，满足处理器模块11逻辑电平输入需要，将传感器13的电信号进行整形去毛刺，达到处理器模块11采样识别和脉冲宽度的需要,信号放大整形选用AD7656；

智能电机控制模块14，用于接收处理器模块11的控制命令，并解析处理发送给智能电机驱动模块15；

智能电机驱动模块15，用于接收智能电机控制模块14命令，驱动智能电机16转动或智能电机16停止转动，选用DRV8833；

减震器7属于油田通用装置，用于减少射孔爆炸时对测控导向短接6 的冲击，保护测控导向短接内部设备，起减震作用。

起爆器属8于油田通用装置，用于射孔定位完成后，接收起爆指令，起爆射孔弹。

射孔枪4属于油田通用装置，是用于完井的组合体工具，内置射孔枪弹架及射孔弹。

如图5、6所示，传感器13采用低边测量传感器，具体结构包括圆柱形钢筒13-1，钢筒13-1的上端面设有钢盖板13-2，钢筒13-1的内部同轴设有圆柱形绝缘结构13-3，且绝缘结构13-3的底面为球形凸起面，绝缘结构 13-3的内侧壁开设有一圈凹槽A13-4，凹槽A13-4内设有一圈碳膜滑环13- 5，绝缘结构13-3的底部中心处开设有一圈凹槽B13-6，凹槽B13-6内设有一圈环形铜带13-7，绝缘结构13-3内设有钢珠13-12，钢筒13-1上分别设有接线柱A13-8、接线柱B13-9及接线柱C13-10，接线柱A13-8和接线柱 B13-9与碳膜滑环13-5连接，接线柱C13-10与环形铜带13-7连接。

钢盖板13-2与钢筒13-1之间采用螺纹连接。

绝缘结构13-3的材质为聚酰胺66。

碳膜滑环13-5上设有开口，开口的两端分别连接接线柱A13-8和接线柱B13-9，接线柱C13-10连接在环形铜带13-7的任意一点处。接线柱A13- 8、接线柱B13-9、接线柱C13-10的接电柱均为铜制品。接线柱A13-8的一端和接线柱B13-9的一端分别与碳膜滑环13-5开口处的两端部连接，钢筒 13-1的侧壁上开设有通孔A，接线柱A13-8的另一端和接线柱B13-9的另一端依次穿过绝缘结构13-3和通过A伸出钢筒13-1露出接电极。钢筒13- 1的底部设有通孔13-B，接线柱C13-10的一端与环形铜带13-7的一点处连接，接线柱C13-10的另一端依次穿过绝缘结构13-3的底部和通孔B伸出钢筒13-1露出接电极。通孔A和通孔B处通过聚酰亚胺漆13-11填充密封。

碳膜滑环13-5的内表面向内凹陷，使碳膜滑环13-5的内表面与钢珠 13-2的外壁恰好贴合。

钢珠13-12的表面光滑镀金。且钢珠13-12为超精密钢珠。

石油工业定向钻井过程中，为了能有效控制井眼轨迹，必须对井斜、方位、工具面等参数有精确的测量。在无磁环境中，这些参数通常由随钻测斜仪完成测量。随钻测斜仪输出数据要转化为钻井工程技术人员需要的角度参数必须经过坐标变换，变换后的参数形式才为井斜、方位、重力工具面角和磁性工具面角。具体定义如下：

(1)井斜角β，井眼中心线与垂线之间的夹角，垂直方向井斜角是0°，水平方向井斜角是90°。井斜角的范围是0°～180°。

(2)方位角α，地球磁北方向和井眼水平投影方向的夹角,磁北方向和真北方向不同，并且各地区的磁偏角也不相同。方位角在0°～360°之间变化。当井斜是0°时，方位角也就无法确定。

(3)重力工具面角，也叫高边工具面角(GTF)，是俯视井眼方向仪器斜口朝向相对于井眼高边顺时针方向旋转的角度，也可以理解为高边方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面的交线所转过的角度；高边工具面角在0°～360°之间变化，当井斜为0°时，高边工具面角不确定

(4)磁性工具面角，是俯视井眼方向仪器斜口朝向与磁北方向之间的夹角。磁性工具面角(MTF)在0°～360°之间变化。当井眼轴线方向恰好在地球的极点，磁性工具面角也就无法测出。

由上述四个测量参数可知，工具面角参数的重要意义，工具面上面最高点为高边，对应的工具面下面最低点就是低边，此低边即为传感器13测量的低边位置。

采用上述传感器13进行测量的过程为，具体包括如下步骤：

步骤1，分别将接线柱A13-8和接线柱B13-9通过导线接通直流电，且接线柱A13-8接正极，接线柱B13-9接负极，将接线柱C13-10作为测量电极；

步骤2，将钢筒13-1倾斜放置，钢珠13-12静止于钢筒13-1内的最低点处，通过钢珠13-12的外表面同时与碳膜滑环13-5和环形铜带13-7接触，即通过钢珠13-12将接线柱A13-8、接线柱B13-9及接线柱C13-10导通，并通过接线柱C13-10输出电信号；

步骤3，根据步骤2输出的电信号，确定低边的位置。

步骤3的具体过程如下：

碳膜滑环13-5和接线柱A13-8、接线柱B13-9相当于可变电阻器件，等效电路如图7所示，碳膜滑环13-5为电阻，钢珠13-12处于碳膜滑环13-5 上不同的接触点位置，相当于滑动接点；

碳膜滑环13-5当作分压器时，碳膜滑环13-5高、低、滑动端输出电压分别用UH、UL、UW表示；

碳膜滑环13-5当作可调电阻器时，碳膜滑环13-5高端至低端总电阻和滑动端至低端电阻分别用R、RW表示

根据欧姆定律可得如下公式(1)：

(UH-UL)/R＝UW/RW (1)；

由上述公式(1)可知，RW阻值和滑动点在碳膜滑环的物理位置成正比，电阻值的比率和滑动端在碳膜滑环上的位置比率一致，在温度变化情况下， R/RW比值不变；由公式(1)可知，根据输出电压(UH-UL)/UW比值可得出电阻R/RW比值，再根据电阻R/RW比值得到滑动端在碳膜滑环上的具体位置。

接线柱C13-10与信号放大整形模块12连接，接线柱A8接地，传感器13中的钢筒13-1与智能电机16同轴线安装在测控导向短接6内。

传感器13测量低边位置的实施例

在实际使用低边传感器时，将低边传感器钢筒13-1外壁接线柱A13-8 定义为0点位，然后沿0点位为起点逆时针至接线柱B13-9柱脚点位钢筒 13-1外壁蚀刻圆周360度，刻度线间隔1度。具体过程如下：

(1)接线柱A8接0V,接线柱B9接+5V；

5V＝5000Mv,

5000Mv÷360度＝13.89Mv/度

如果测得钢珠13-12所处某位置时的输出电压为200Mv，则其所在的低边位置为

200÷13.89＝14.4度，即可确定此状态下滑环面低边的具体点位在刻度线上的14.4度处。

(2)如果测得整个碳膜滑环13-5的电阻为1KΩ，接线柱A13-8接 0V,接线柱B13-9接+5V,即R＝1KΩ＝1000Ω,

(UH-UL)＝(5-0)＝5V＝5000Mv,

如果测得钢珠13-12所处某位置时的低端输出电压为350Mv，

即UW＝350Mv，

根据公式(UH-UL)/R＝UW/RW，可得5000Mv/1000Ω＝350Mv/RW

RW＝70Ω，

RW/R＝70Ω/1000Ω＝0.07

因RW阻值和滑动点在电阻带的物理位置成正比，碳膜滑环13-5一周总阻值为1000Ω，现在钢珠位于从接线柱A13-8点位为起点一周的0.07 处，

360度×0.07＝25.2度，即可确定此状态下碳膜滑环13-5的滑环面低边的具体点位在刻度线上的25.2度处。

本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统的弹道测控定位过程如下，

步骤1，首先确定采用电缆输送方式射孔作业；

步骤2，作业队确定该井斜方位、射孔段深度及射孔弹道方位；

步骤3，在地面作业场所，根据井斜方位和射孔弹道方位调整好射孔枪弹架定位销；

步骤4，在地面作业场所，将马笼头19、校深短接5、测控导向短接6、减震器7、起爆器8、射孔枪4按照顺序组装到位；

步骤5，下井作业；

步骤6，PC机1和地面控制箱2上电启动，操作PC机1对地面控制箱 2进行初值整定(此步骤为石油行业的常规操作)；

步骤7，校深短接5工作；

步骤8，下井过程中校深短接5进行下井深度检测，深度到达目标层后，停止下井；

步骤9，通过单芯电缆3向井下供正电；

步骤10，测控导向短接6启动，测控导向短接6内置的方位测量系统工作，(低边)传感器13输出当前低边电信号，依次将给信号传输给放大整形模块12、处理器模块11、编解码模块B10、电缆接口模块B9，并通过单芯电缆3上传至地面控制箱2内的电缆接口模块A2-11、编解码模块A2- 10、中央处理器2-1；

步骤11，中央处理器2-1进行运算分析，输出当前射孔枪4的射孔弹道方位信号，方位显示模块2-9接到信号后，实时显示当前射孔弹道方位数据，若方位显示模块2-9显示的当前射孔弹道方位数据与步骤2确定的射孔弹道方位数据存在差值δ，PC1工作，输入方位调整数据δ，PC机1 下发旋转控制指令，中央处理器2-1通过RS485通讯模块2-2接到旋转控制指令后，进行解析处理，下传给编解码模块A2-10、电缆接口模块A2-11，通过单芯电缆3下传给测控导向短接6；

步骤12，测控导向短接6内置的电缆接口模块B9接到旋转控制指令，经过编解码模块B10传输给处理器模块11，处理器模块11继续进行运算解析，给智能电机控制模块14发出旋转控制指令，通过智能电机驱动模块15 控制智能电机16带动射孔枪4的弹架旋转(智能电机16的电机轴与射孔枪4的弹架连接)；

步骤13，传感器13和智能电机16同轴旋转，传感器13检测到的低边电信号同步产生，同步上传至地面控制箱2，直到旋转到位，智能电机16 停止旋转，此时实时上传的方位数据在方位显示模块2-9显示，方位显示模块2-9上显示方位数据与步骤2确定的射孔弹道方位数据一致，射孔弹道定位完成；

步骤14，关闭单芯电缆3的正电；

步骤15，射孔作业队确认定位工作完成，准备启动起爆器8开始射孔作业；

步骤16，通过单芯电缆3向井下供负电，起爆器8起爆。

弹道测控定位方法实施例

在延长油田靖边靖--58—xx井进行定向射孔作业

本井采用单芯电缆3输送方式射孔，使用本实用新型提供的油井射孔弹道测控定位系统进行射孔定向；

作业队到达该井位后，得到油田甲方下发的作业要求书，要求书里有靖--58—xx井井斜数据表，表中有井深所对应的井斜角(度.分)、方位角 (度.分)数据，且作业书要求：定向射孔段在井深2880米处，定向射孔方位为北偏东28度50分；

从作业书查到2880米处该处井斜角(度.分)为9.83°，方位角(度. 分)为92.47°，作业队按照以前采用陀螺仪测量的常规定向射孔方法将射孔枪弹架按照北偏东28度50分的要求调整好定位销角度；

然后，作业队在井口作业场所，将马笼头19、校深短接5、测控导向短接6、减震器7、起爆器8、射孔枪4按照顺序组装到位；

下井工起吊单芯电缆3，开始井下装置垂直下井作业；

射孔弹道测控仪器操作员给PC机1和地面控制箱2上电启动，打开PC 机射孔弹道测控系统软件，在初值整定方框栏内输入根据井斜、方位及北偏东28度50分射孔要求算出的初值，此时地面控制箱进行初值整定；

在下井过程中，作业队另外配置的油田标准通用装置--校深系统工作；

校深短接5进行深度检测；深度到达2880米目标层后，停止下井作业；

射孔弹道测控仪器操作员通过单芯电缆3向井下供150V正电；

井下测控导向短接6启动，其内置方位测量系统工作，(低边)传感器13输出当前低边电信号，依次上传给信号放大整形模块12、处理器模块 11、编解码模块B10、电缆接口模块B9，并通过单芯电缆3上传至地面控制箱2内的电缆接口模块A2-11、编解码模块A2-10、中央处理器2-1；

中央处理器2-1进行运算分析，输出当前射孔弹道方位信号，方位显示模块2-9接到信号后，实时显示当前射孔弹道方位数据，读出该数据为 50度50分，该数据与射孔作业所设定的射孔弹道方位28度50分存在22 度的差值，射孔弹道测控仪器操作员操作PC机1测控系统控制软件，根据当前射孔弹道方位数据和所设定的射孔弹道方位数据的差值为22度，在PC 机1方位调整方框栏内输入方位调整数据：-22(测控软件默认+xx为顺时针旋转xx度命令，-xx为逆时针旋转xx度命令)，下发旋转控制指令，中央处理器2-1通过RS485通讯模块2-2接到旋转控制指令后，进行解析处理，下传给编解码模块A2-10、电缆接口模块A2-11，通过单芯电缆3下传给井下测控导向短接6；

测控导向短接6内置的电缆接口模块B9接到旋转控制指令，经过编解码模块B10传输给处理器模块11，处理器模块11继续进行运算解析，给智能电机控制模块14发出逆时针旋转控制指令，通过智能电机驱动模块15 控制智能电机16带动射孔枪4的弹架逆时针旋转；

传感器13和智能电机16同轴旋转，传感器13检测到的低边电信号同步产生，同步上传，直到旋转到位，智能电机16停止旋转，此时实时上传的方位数据在方位显示模块2-9上显示，读出该数据为28度00分(油田射孔作业精度要求误差在±3度以内，此误差是由于传感器的测量精度误差)；

显示数据满足作业书预先设定的射孔弹道方位数据，且误差满足射孔定向作业要求，定位作业完成；

弹道测控仪器操作员给作业队长报告，作业队长签字确认后，关闭单芯电缆3正电；

射孔作业队再次按照标准作业程序检查起爆前各种工序，准备启动起爆器开始射孔作业；通过单芯电缆3向井下供负电，起爆器8起爆，靖-- 58—xx井定向射孔作业完成

本实用新型一种油井射孔弹道测控定位系统与现有技术相比具有以下优点：

1.本实用新型利用井下测控导向短接内置的方位测量系统，实现了射孔弹道方位实时测量，不需要使用常规陀螺仪技术测方位，规避了陀螺仪抗震性差，仪器容易损坏的风险。

2.本实用新型测控导向短接本体抗震结构设计，并通过减震器连接射孔枪，降低了射孔作业爆炸冲击，作业完成后可以回收重复多次使用。

3.本实用新型利用井下测控导向短接内置的动力控制系统控制电机带动射孔枪弹架360°旋转，实现了射孔弹道的方位实时控制。不需要使用常规射孔枪弹架偏心配重方式进行方位定向，规避了配重块定向易受油井倾斜角影响，且不能实时测量当前方位的缺点；

4.本实用新型利用井下测控导向短接内置的方位角测量系统和动力控制系统，只需一趟下井即可完成射孔作业，和常规下井方法作业相比，减少了人力物力，提高了作业工效，节省了作业时间和费用；

5.本实用新型利用地面控制箱和井下测控导向短接实现了射孔弹道方位数据双向实时通讯，数据稳定可靠，射孔弹道方位可测可控，实现了射孔弹道测控定位作业信息化、自动化、智能化。

6.本实用新型利用测控导向短接控制射孔枪内的弹架动力旋转，实现了射孔弹道方位精确可靠定位，保证了射孔方位准确射向地层主应力方向，提高油气产能，增产效果明显。

Claims (7)

1.一种油井射孔弹道测控定位系统，其特征在于：包括依次连接的PC机(1)和地面控制箱(2)，地面控制箱(2)通过单芯电缆(3)依次连接校深短接(5)、测控导向短接(6)、减震器(7)、起爆器(8)及射孔枪(4)，单芯电缆(3)穿套在马笼头(19)中，马笼头(19)与校深短接(5)连接，测控导向短接(6)内设有方位测量系统和动力控制系统，所述方位测量系统连接传感器(13)，所述动力控制系统通过智能电机(16)连接弹架，所述弹架内置在射孔枪(4)内。

2.根据权利要求1所述的一种油井射孔弹道测控定位系统，其特征在于：所述地面控制箱(2)包括中央处理器(2-1)，中央处理器(2-1)分别连接RS485通讯模块(2-2)、通讯指示模块(2-3)、设置模块(2-4)、电流显示模块(2-5)、电压显示模块(2-6)、初值显示模块(2-7)、井斜显示模块(2-8)、方位显示模块(2-9)、编解码模块A(2-10)及电缆接口模块A(2-11)。

3.根据权利要求1所述的一种油井射孔弹道测控定位系统，其特征在于：所述中央处理器(2-1)与RS485通讯模块(2-2)、中央处理器(2-1)与编解码模块A(2-10)之间均为双向通讯传输。

4.根据权利要求1所述的一种油井射孔弹道测控定位系统，其特征在于：所述方位测量系统包括依次连接的电缆接口模块B(9)、编解码模块B(10)、处理器模块(11)、信号放大整形模块(12)及传感器(13)，处理器模块(11)与所述动力控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种油井射孔弹道测控定位系统，其特征在于：所述传感器(13)包括圆柱形钢筒(13-1)，钢筒(13-1)的上端面设有钢盖板(13-2)，钢筒(13-1)的内部同轴设有圆柱形绝缘结构(13-3)，且绝缘结构(13-3)的底面为球形凸起面，绝缘结构(13-3)的内侧壁开设有一圈凹槽A(13-4)，凹槽A(13-4)内设有一圈碳膜滑环(13-5)，绝缘结构(13-3)的底部中心处开设有一圈凹槽B(13-6)，凹槽B(13-6)内设有一圈环形铜带(13-7)，绝缘结构(13-3)内设有钢珠(13-12)，钢筒(13-1)上分别设有接线柱A(13-8)、接线柱B(13-9)及接线柱C(13-10)，接线柱A(13-8)和接线柱B(13-9)与碳膜滑环(13-5)连接，接线柱C(13-10)与环形铜带(13-7)连接。

6.根据权利要求5所述的一种油井射孔弹道测控定位系统，其特征在于：所述碳膜滑环(13-5)上设有开口，所述开口的两端分别连接接线柱A(13-8)和接线柱B(13-9)，接线柱C(13-10)连接在环形铜带(13-7)的任意一点处。

7.根据权利要求4所述的一种油井射孔弹道测控定位系统，其特征在于：所述动力控制系统包括依次连接的智能电机控制模块(14)、智能电机驱动模块(15)，智能电机驱动模块(15)连接智能电机(16)，智能电机控制模块(14)与处理器模块(11)连接。