CN214366013U - 一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，主要解决现有智能选发开关接线方式复杂且需要人工区分雷管类型的问题。包括：采用调制解调方式对信号进行处理的通信收发模块，温度传感器、电源电压采集电路、向下供电电源驱动电路、雷管激发电路以及设置在微处理器与输出端口之间的雷管类型识别模块和输出类型选择开关；该智能选发开关具有独立的固定地址，能够逐级导通组成多级选发开关，且在每一级选发开关上都设置有一个独立的雷管类型识别模块，并根据识别结果完成输出线与相应类型雷管激发电路的连通工作。本实用新型有效提高了现场工作效率、简化了接线方式，能够在不引入人工操作的情况下自适应的起爆多类型雷管。

Description

一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关

技术领域

本实用新型属于油气开采技术领域，进一步涉井下射孔智能控制技术，具体为一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，可用于开采油、气田的井下设备。

背景技术

桥塞与射孔联作是非常规油气藏开发中使用最为广泛的射孔完井方式，该方式可有效提升单井产量。电缆输送桥射联作技术利用电缆泵送，一次下井完成桥塞坐封和多簇射孔，具有不受分段压裂层数限制、工具管柱简单、不易造成砂卡、解除封堵快捷、单井增产效果明显等诸多优点。近年来，随着页岩油气、致密油气开发步伐的加快，压裂储层改造效率效果的重要性凸显，桥射联作的需求量大幅增加，对桥塞与射孔联作技术和工艺施工过程提出了更高的要求。现今国内的相关射孔起爆器产品中暂未发现无需电缆匹配、可以兼容多种桥塞发火器以及射孔雷管的产品。

目前，国外的电缆分级射孔起爆控制器大部分操作复杂，不符合国内操作人员的操作习惯。而国内的电缆多级射孔起爆器存在不能兼容多种发火器和雷管，存在误起爆风险，对线缆依赖性强等缺点。而各测井队使用的电缆规格和长度具有差异，现场进行阻抗匹配费时费力。

现有技术中使用的常规选发开关对电缆的依赖性较强，当电缆的阻抗发生变化时，则需人为进行电缆匹配。现有的机械选发开关存在体积大、接触力大、稳定性差、不能实现任意选发的缺点；常规选发电子开关，通过处理器逐个打开串联在工具串上的下一级选发电子开关，这种电子选址方式缺乏稳定性，且安全性欠佳。在申请号为202020339630.2，名称为一种用于电缆输送桥塞与射孔联作的智能选发开关的实用新型专利中，公开了一种智能选发开关，包括采用调制解调方式对信号进行处理的通信收发模块、连接在微处理器上用于实时监测井下温度的温度传感器以及点火电压输出采集电路；该智能选发开关具有独立的固定地址，能够通过逐级导通的方式相互连接，从而组成多级选发开关，且每一级选发开关都具有磁电雷管激发电路和大电阻雷管激发电路，寻址智能选发开关内的固定地址便可实现控制命令的传递；该方案适用范围广阔，且有效提高了现场工作效率以及作业稳定性。然而，依然存在如下不足之处：1.接线复杂，大电阻雷管与磁电雷管需要分两根输出线；2.部分选发开关只能起爆单一类型雷管；3.需要现场工人对雷管的类型进行区分，引入了认为失误概率。

发明内容

本实用新型目的在于针对以上现有技术的不足，提供一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关。该自适应智能选发开关具有独立的固定地址，包括温度传感器、电源电压采集电路、向下供电电源驱动电路、雷管激发电路以及设置在微处理器与输出端口之间的雷管类型识别模块和输出类型选择开关；该智能选发开关具有独立的固定地址，能够逐级导通组成多级选发开关，且在每一级选发开关上都设置有一个独立的雷管类型识别模块，并根据识别结果完成输出线与相应类型雷管激发电路的连通工作；从而在提高选发开关适用范围、现场工作效率以及作业稳定性的前提下，实现了多种类型雷管的自适应控制，简化了接线方式，有效克服了人工选择带来的诸多弊端，如失误率、高成本及安全隐患。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，包括：输入接地端GND9、供电电压输入端VCC10、通信发送单元11、电源管理模块17、微处理器18、通信接收单元19、温度传感器23、电源电压采集电路24、三极管25、向下供电电源驱动电路26、磁电雷管激发驱动电路27、大电阻雷管激发驱动电路32、输出接地端GND36、向下供电接口37；其特征在于，还包括设置在微处理器18与输出端口之间的雷管类型识别模块38和输出类型选择开关39；

所述磁电雷管激发驱动电路27由频率发生器30、第二功率驱动电路28、第一点火输出端子29以及第一点火电压采集电路31组成，其中第二功率驱动电路28的输入接频率发生器30的输出端、输出接第一点火输出端子29的输入；大电阻雷管激发驱动电路32由第三功率驱动电路33、第二点火输出端子34以及第二点火电压采集电路35组成，其中第三功率驱动电路33的输出接第二点火输出端子34的输入；所述第一点火输出端子29与第二点火输出端子34二者通过输出类型选择开关39以可断开的方式连接于雷管类型识别模块38和输出端口上，输出端口用于连接雷管40；

所述雷管类型识别模块38，用于识别雷管40的具体类型；

所述输出类型选择开关39，用于根据雷管类型识别模块38的识别结果将输出线与对应类型的雷管激发电路相连，即控制连通第一点火输出端子29或第二点火输出端子34。

进一步，所述通信发送单元11与通信接收单元19均采用调制解调的方式对信号进行处理；通信接收单元19从供电线缆上获取信号，经过处理后传输至微处理器18；通信发送单元11从微处理器18中接收命令，反馈信息至供电线缆；

上述通信发送单元11由调制电路12、DA数模转换电路13、编码电路14组成，其中DA数模转换电路13的输入端接编码电路14，输出端连接调制电路12；用于将所需发送的信息耦合到供电线缆上；

上述通信接收模块19由解调电路20、AD模数转换电路21、解码译码电路22组成，其中AD模数转换电路21的输入端接解调电路20、输出连接解码译码电路22；用于将供电线缆上的电信号进行解调、采样、翻译为命令信息。

进一步，所述第一点火电压采集电路31连接于第一点火输出端子29与微处理器18之间，第二点火电压采集电路35连接于第二点火输出端子34与微处理器18之间；均用于将采集到的电压信息通过微处理器18进行反馈。

进一步，所述第二点火电压采集电路35连接于第二点火输出端子34与微处理器18之间，用于将采集到的电压信息通过微处理器18进行反馈。

进一步，所述温度传感器23连接在微处理器18上，用于采集温度数据并实时传输至微处理器中。

进一步，所述雷管类型识别模块38的识别结果为磁电类型的雷管或大电阻类型的雷管。

上述根据雷管类型识别模块38的识别结果将输出线与对应类型的雷管激发电路相连，具体为：若识别结果是磁电类型的雷管，则控制输出类型选择开关39将输出线与第一点火输出端子29连通，通过磁电雷管激发驱动电路27对输出幅度进行放大，激发磁电雷管；若识别结果是大电阻类型的雷管，则控制输出类型选择开关39将输出线与第二点火输出端子34，通过大电阻雷管激发驱动电路32产生激发雷管的驱动电流，激发大电阻雷管。

进一步，所述雷管40位于自适应智能选发开关开关外部，包括磁电雷管/磁电发火器、大电阻雷管/大电阻发火器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

第一，由于本实用新型的自适应智能选发开关通过独立的输出类型选择开关连接多类型雷管，从而避免了不同类型的雷管经由多根输出线分别连接的情况，有效简化了接线方式；

第二，由于本实用新型在电路中设置了类型识别模块，从而能够识别出雷管的所属类型，通过控制输出类型选择开关，使得输出线与待激发雷管对应类型的激发电路的相连，实现了多种类型雷管的自适应控制，避免了人工区分带来的失误率和高成本；

第二，由于本实用新型的自适应智能选发开关具有独立的固定地址，通过逐级导通的方式相互连接组成多级选发开关，且每一级选发开关上都设置有一个独立的雷管类型识别电路，并通过独立的输出类型选择开关对雷管进行控制，寻址智能选发开关内的固定地址便可实现控制命令的传递，从而扩大了适用范围，且有效提高了现场工作效率以及作业稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图；

图2为本实用新型在整体射孔枪串中的连接示意图；

图3为本实用新型的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的做进一步的描述。

参照图1，本实用新型开关的电路框图，对本实用新型提供本的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关的具体结构进行描述：

本实用新型提出的智能选发开关，包括输入接地端GND9、供电电压输入端VCC10、通信发送单元11、电源管理模块17、微处理器18、通信接收单元19、温度传感器23、电源电压采集电路24、三极管25、向下供电电源驱动电路26、磁电雷管激发驱动电路27、大电阻雷管激发驱动电路32、输出接地端GND36、向下供电接口37；其特征在于，还包括设置在微处理器18与输出端口之间的雷管类型识别模块38和输出类型选择开关39；

所述磁电雷管激发驱动电路27由频率发生器30、第二功率驱动电路28、第一点火输出端子29以及第一点火电压采集电路31组成，其中第二功率驱动电路28的输入接频率发生器30的输出端、输出接第一点火输出端子29的输入；大电阻雷管激发驱动电路32由第三功率驱动电路33、第二点火输出端子34以及第二点火电压采集电路35组成，其中第三功率驱动电路33的输出接第二点火输出端子34的输入；所述第一点火输出端子29与第二点火输出端子34二者通过输出类型选择开关39以可断开的方式连接于雷管类型识别模块38和输出端口上，输出端口用于连接雷管40，如磁电雷管/磁电发火器、大电阻雷管/大电阻发火器。

所述雷管类型识别模块38，用于识别雷管40的具体类型；

雷管40位于自适应智能选发开关外部，在使用时，该雷管与选发开关被一同放入射孔枪内；

所述输出类型选择开关39，用于根据雷管类型识别模块38的识别结果将输出线与对应类型的雷管激发电路相连，即控制连通第一点火输出端子29或第二点火输出端子34。这里雷管类型识别模块38的识别结果为：磁电类型的雷管或大电阻类型的雷管。根据雷管类型识别模块38的识别结果将输出线与对应类型的雷管激发电路相连，具体为：若识别结果是磁电类型的雷管，则控制输出类型选择开关39将输出线与第一点火输出端子29连通，通过磁电雷管激发驱动电路27对输出幅度进行放大，激发磁电雷管；若识别结果是大电阻类型的雷管，则控制输出类型选择开关39将输出线与第二点火输出端子34，通过大电阻雷管激发驱动电路32产生激发雷管的驱动电流，激发大电阻雷管。

另外，本实用新型可适用于国内绝大多数区域的射孔作业用雷管。所提技术方案中的雷管类型除了磁电雷管和大电阻雷管之外，还可以是其他用于射孔作业的雷管，例如在国外一些区块也有使用高电压脉冲雷管的，若引入该类型雷管，可以在目前自适应智能开关产品基础上添加倍压电压，以及高电压脉冲雷管识别模块，即可兼容高电压脉冲雷管，实现对高电压脉冲雷管的激发。同理，再继续增加新类型雷管，本实用新型通过对部分电路模块的改动依然可以完成自动识别并激发的作业任务。

通信发送单元11与通信接收单元19均采用调制解调的方式对信号进行处理；通信接收单元19从供电线缆上获取信号，经过处理后传输至微处理器18；通信发送单元11从微处理器18中接收命令，反馈信息至供电线缆；

上述通信发送单元11由调制电路12、DA数模转换电路13、编码电路14组成，其中DA数模转换电路13的输入端接编码电路14，输出端连接调制电路12；用于将所需发送的信息耦合到供电线缆上；

上述通信接收模块19由解调电路20、AD模数转换电路21、解码译码电路22组成，其中AD模数转换电路21的输入端接解调电路20、输出连接解码译码电路22；用于将供电线缆上的电信号进行解调、采样、翻译为命令信息。

本实用新型的智能选发开关通过其内部的通信接收单元19接收耦合到供电电压输入端VCC10上的信号，对信号进行解调、解码，解析出电缆上传送的命令并将其传递给微处理器18，由微处理器18对命令进行如下判断：

若为级联命令，则通过通信发送单元11返回自身的地址信息到通信电缆上，并通过三极管25尝试向下供电；

若为定位命令，则返回此命令中携带的地址信息，并判断本级地址是否与命令中携带的地址一致，一致则定位到本级，不一致则将信息下发到下一级；

若为点火命令，则依次打开磁电雷管激发驱动电路27、大电阻雷管激发驱动电路32，激发与磁电雷管激发驱动电路27的输出端相连的磁电雷管和与大电阻雷管激发驱动电路32的输出端相连的大电阻雷管，完成点火。

所述第一点火电压采集电路31连接于第一点火输出端子29与微处理器18之间，第二点火电压采集电路35连接于第二点火输出端子34与微处理器18之间；均用于将采集到的电压信息通过微处理器18进行反馈；第二点火电压采集电路35连接于第二点火输出端子34与微处理器18之间，用于将采集到的电压信息通过微处理器18进行反馈。

采集的电压经过微处理器18传递给通信发送单元11，从而进一步返回到地面控制面板，此信息可作为磁电雷管是否被引爆的判断依据。

温度传感器23连接在微处理器18上，用于采集温度数据并实时传输至微处理器中。

本实用新型能够采集井下温度、开关工作电压、点火输出电压等参数，并通过通信发送模块11与通信接收模块19实现井下电缆单芯长距离通信，即7至15千米的井下双向通信，将井下数据实时反馈到地面系统。

参照图2，本实用新型在整体射孔枪串中的连接示意图，本实用新型开关在实际使用的过程中，施工人员为每一支枪管安装上一只智能选发开关，并将N个自适应智能选发开关逐级连接起来，每一级选发开关都具有输入端、地线、级联端、雷管激发输出端。如图2中所示1号智能选发开关5、2号智能选发开关6直至N号智能选发开关7，N为大于等于1的自然数；将序1号智能选发开关与经过其他井下设备4连接到测井电缆3的下端，向上通过测井电缆3与智能选发控制系统面板2连接，在使用过程中可以使用智能选发控制系统面板2来进行操作，也可以使用PC端软件1来进行操作。选发开关工作通过逐级导通的方式实现多个选发开关之间的级联，即第N级选发开关接通后，向智能选发控制系统反馈本级开关的序号、温度、固定地址、所接的雷管类型信息。

参照图3，本实用新型的工作流程示意图，PC端软件与选发控制系统面板通过USB连接，面板将PC端的命令消息耦合到测井电缆上，选发开关的通信收发模块采用调制解调的方式对信号进行处理，完成从供电线缆上获取信号以及反馈信息至供电线缆的工作；电源管理模块为整个开关提供合适的电压；通信解析模块，接收到地面下发的信号后，对信号进行解调、解码，解析出电缆上传送的命令并将其传递给微处理器，由微处理器对命令进行判断并作出响应。若判断其为级联命令，则通过通信发送单元返回自身的地址信息到通信电缆上，并通过三极管尝试向下供电；若为定位命令，则返回此命令中携带的地址信息，并判断本级地址是否与命令中携带的地址一致，一致则定位到本级，不一致则将信息下发到下一级；若为点火命令，则依次打开磁电雷管激发驱动电路、大电阻雷管激发驱动电路。智能选发开关接收到智能选发控制系统的点火命令后，根据类型识别模块，识别出的雷管类型，控制输出类型选择开关，将输出线与对应的雷管类型的激发电路相连。如果是磁电类型的雷管：通过频率发生器产生磁电雷管/磁电发火器所需的特定频率，并通过驱动电路对输出幅度进行放大，用于磁电雷管/磁电发火器的激发；如果是大电阻类型的雷管：通过大电流驱动电路产生激发大电阻雷管/大电阻发火器的驱动电流进行激发；从而完成对多种类型雷管/磁电发火器的激发，完成点火。

本实用新型提供的开关已在长庆油田多个作业区使用，截止目前使用该开关完成点火工作的一次性成功率为100％；累计激发雷管数量已超过15000次。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本实用新型内容和原理后，都可能在不背离本实用新型原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本实用新型思想的修正和改变仍在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，包括输入接地端GND(9)、供电电压输入端VCC(10)、通信发送单元(11)、电源管理模块(17)、微处理器(18)、通信接收单元(19)、温度传感器(23)、电源电压采集电路(24)、三极管(25)、向下供电电源驱动电路(26)、磁电雷管激发驱动电路(27)、大电阻雷管激发驱动电路(32)、输出接地端GND(36)、向下供电接口(37)；其特征在于，还包括设置在微处理器(18)与输出端口之间的雷管类型识别模块(38)和输出类型选择开关(39)；

所述磁电雷管激发驱动电路(27)由频率发生器(30)、第二功率驱动电路(28)、第一点火输出端子(29)以及第一点火电压采集电路(31)组成，其中第二功率驱动电路(28)的输入接频率发生器(30)的输出端、输出接第一点火输出端子(29)的输入；大电阻雷管激发驱动电路(32)由第三功率驱动电路(33)、第二点火输出端子(34)以及第二点火电压采集电路(35)组成，其中第三功率驱动电路(33)的输出接第二点火输出端子(34)的输入；所述第一点火输出端子(29)与第二点火输出端子(34)二者通过输出类型选择开关(39)以可断开的方式连接于雷管类型识别模块(38)和输出端口上，输出端口用于连接雷管(40)；

所述雷管类型识别模块(38)，用于识别雷管(40)的具体类型；

所述输出类型选择开关(39)，用于根据雷管类型识别模块(38)的识别结果将输出线与对应类型的雷管激发电路相连，即控制连通第一点火输出端子(29)或第二点火输出端子(34)。

2.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述通信发送单元(11)与通信接收单元(19)均采用调制解调的方式对信号进行处理；通信接收单元(19)从供电线缆上获取信号，经过处理后传输至微处理器(18)；通信发送单元(11)从微处理器(18)中接收命令，反馈信息至供电线缆。

3.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述通信发送单元(11)由调制电路(12)、DA数模转换电路(13)、编码电路(14)组成，其中DA数模转换电路(13)的输入端接编码电路(14)，输出端连接调制电路(12)；用于将所需发送的信息耦合到供电线缆上。

4.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述通信接收单元(19)由解调电路(20)、AD模数转换电路(21)、解码译码电路(22)组成，其中AD模数转换电路(21)的输入端接解调电路(20)、输出连接解码译码电路(22)；用于将供电线缆上的电信号进行解调、采样、翻译为命令信息。

5.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述第一点火电压采集电路(31)连接于第一点火输出端子(29)与微处理器(18)之间，用于将采集到的电压信息通过微处理器(18)进行反馈。

6.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述第二点火电压采集电路(35)连接于第二点火输出端子(34)与微处理器(18)之间，用于将采集到的电压信息通过微处理器(18)进行反馈。

7.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述温度传感器(23)连接在微处理器(18)上，用于采集温度数据并实时传输至微处理器中。

8.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述雷管类型识别模块(38)的识别结果为磁电类型的雷管或大电阻类型的雷管。

9.根据权利要求8所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述根据雷管类型识别模块(38)的识别结果将输出线与对应类型的雷管激发电路相连，具体为：若识别结果是磁电类型的雷管，则控制输出类型选择开关(39)将输出线与第一点火输出端子(29)连通，通过磁电雷管激发驱动电路(27)对输出幅度进行放大，激发磁电雷管；若识别结果是大电阻类型的雷管，则控制输出类型选择开关(39)将输出线与第二点火输出端子(34)，通过大电阻雷管激发驱动电路(32)产生激发雷管的驱动电流，激发大电阻雷管。

10.根据权利要求1所述的一种用于井下射孔雷管起爆的自适应智能选发开关，其特征在于：所述雷管(40)位于自适应智能选发开关开关外部，包括磁电雷管/磁电发火器、大电阻雷管/大电阻发火器。

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