直流分級射孔系統技術方案

本實用新型專利技術提供一種直流分級射孔系統，包括上位機、地面控制儀和多個串聯的井下電子開關，上位機與地面控制儀通過串口進行信息通信，地面控制儀與井下電子開關通過電纜進行雙向通信；地面控制儀包括主控板和程控電源。井下電子開關包括MCU控制單元、發碼解碼單元、供電開關控制電路和雷管開關控制電路；MCU控制單元、發碼解碼單元和供電開關控制電路依次與主控板串聯連接，雷管開關控制電路與供電開關控制電路并聯連接。該系統只需要一次下井就可以完成數個層位射孔作業的直流分級射孔系統；設備簡單，操作簡便，效率高。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種用于油氣井勘探開發領域的分級射孔系統，具體涉及一種可雙向通信的電子選發式分級射孔系統。
技術介紹
水平井分段射孔壓裂改造技術是目前國際上的先進技術，代表著采油、采氣工藝技術的發展方向。所謂分段射孔壓裂技術，就是在采用分級射孔技術將一個水平段的多個層位進行分次射孔后，通過一次壓裂施工同時壓開幾個水平段油層，壓裂完一段，再重復進行下一段的分層射孔、壓裂。現有技術中，通常一次下井只能完成一個層位的射孔，然后上井為第二次射孔做準備，整個操作過程復雜，效率低。
技術實現思路
本技術所要解決的問題是提供一種一次下井可以完成數個層位射孔作業的直流分級射孔系統。解決上述問題的技術方案：所提供的直流分級射孔系統，包括上位機、地面控制儀和多個串聯的井下電子開關，所述上位機與地面控制儀通過串口進行信息通信，所述地面控制儀與井下電子開關通過電纜進行雙向通信；所述地面控制儀包括主控板和程控電源；所述主控板與上位機連接。所述井下電子開關包括MCU控制單元、發碼解碼單元、供電開關控制電路和雷管開關控制電路；所述MCU控制單元、發碼解碼單元和供電開關控制電路依次與主控板串聯連接，所述雷管開關控制電路與供電開關控制電路并聯連接。上述主控板包括MCU微控制器芯片、上位機通信接口模塊、電壓電流采樣模塊、發碼電路模塊、解碼電路模塊、外圍控制電路模塊和程控電源模塊；所述上位機通信接口模塊、電壓電流采樣模塊、發碼電路模塊、解碼電路模塊和都設置在外圍控制電路模塊都設置在MCU微控制器芯片上。上述地面控制儀與井下電子開關通過ST編碼進行雙向通信。上述MCU微控制器芯片為C8051F040。上述上位機通信接口模塊采用RS-232接口。上述程控電源采用Ametek的XG300-2.8型。上述井下電子開關采用耐高溫材質并進行灌封。本技術的優點：本技術只需要一次下井就可以完成數個層位射孔作業的直流分級射孔系統；設備簡單，操作簡便，效率高。附圖說明圖1是本專利技術的原理框圖；圖2是本專利技術地面控制儀的原理框圖；圖3是本專利技術井下電子開關的原理框圖；圖4是本專利技術在實際作業時的工作流程圖。具體實施方式本技術的原理框圖如圖1所示，直流分級射孔系統包括：地面控制儀、井下電子開關(可以是任意多個)上位機。地面控制儀與井下電子通過單芯電纜進行連接，采用ST編碼進行雙向通信；上位機通過USB-232接口與地面控制儀進行通信；系統的通信電壓根據電纜阻抗的不同進行選擇計算；系統的工作電壓(起爆電壓)根據電纜阻抗、雷管阻抗和雷管激發電流的不同進行選擇計算。如圖1和圖2，地面控制儀包括主控板和程控電源兩個單元模塊，微控制器單元、外圍控制電路、電流電壓采樣以及發碼解碼電路都是包含在主控板中；井下電子開關是和雷管一并裝配到相應的射孔槍中。如圖1，第1級槍是指下井射孔槍串最底部的一支射孔槍，往上依次是第2級，第3級，依次類推；圖1中第1級到第3級井下電子開關的ID地址分別為500C、500B、500A；在分級射孔作業中，首先起爆第1級射孔槍，依次是第2級，第3級，直流分級射孔系統支持跳過某支槍，直接起爆下一級，比如可以直接起爆第3級，但是第3級起爆后，第1和第2級槍將失效，不能被起爆，因為給第1級和第2級槍的供電線已經在第3級槍中被炸毀。如圖3，井下電子開關主要包括MCU及發碼解碼單元、供電開關控制電路和雷管開關控制電路；井下電子開關的纜芯入口端連接纜芯或上面射孔槍中的井下電子開關的纜芯出，井下電子開關的纜芯出口端連接下面射孔槍中的井下電子開關的纜芯入，若是最底部的一支槍，纜芯出口端懸空即可，雷管線連接雷管的一支腳線，雷管的另一支腳線連接地線；圖3中雷管開關是一支開關，實際電路中為了確保可靠性與安全性，采用兩道開關串聯組合。以要起爆第1級射孔槍為例，本直流分級射孔系統操作流程如下：首先，確保地面控制儀是在掉電狀態下，并且斷開控制儀供電輸出與電纜的電氣連接；下放井下射孔槍串到目的層位后，進行定位校深；連接地面控制儀電源輸出到電纜；打開上位機，打開地面控制儀電源開關；對上位機和地面控制儀進行通信檢測，并設置為3級槍身，按照下井之前記錄的各級ID號，輸入到上位機保存，以供后續驗證；設定起爆槍為第1級槍；將鑰匙開關(安全開關)從安全位置撥至射孔位置；給井下儀供通信電壓(20V～60V)，此時，第3級槍的井下電子開關上電；發送控制命令，發送命令的流程如圖4所示。其次，發送第1個供電開關閉合命令給第3級井下電子開關，第3級井下井下電子開關收到命令后返回自己的ID號供地面系統校驗，若校驗不對，上位機會提示并停止后續操作，校驗正確，繼續發送第2個供電開關閉合命令給第2級井下電子開關，因為此時第2級井下電子開關已經上電，而且第3級井下電子開關已經鎖死不在接收任何命令，只有第2級井下電子開關可以接收到該命令；第2級井下電子開關接收到命令后，依然返回自己的ID號給上位機，上位機進行校驗判斷后，若正確，才會下發最后一個命令，也就是雷管開關閉合命令，而此時，只有第1級井下電子開關可以接收到此命令，接收到命令后，第1級井下電子開關返回自己的ID號，地面上位機進行校驗后，若正確，才會提示操作員，可以進行起爆。最后，雙手同時摁下兩個起爆按鈕5秒鐘，地面控制儀輸出電壓升壓至所設定的起爆電壓起爆雷管；起爆完成后，保存數據；在整個操作過程中，一方面通過上位機自動控制校驗來減少操作失誤的可能性，另一方面，所有設備都設置了安全開關，隨時可對系統進行掉電和初始化操作，確保了作業的安全性。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直流分級射孔系統，其特征在于：包括上位機、地面控制儀和多個串聯的井下電子開關，所述上位機與地面控制儀通過串口進行信息通信，所述地面控制儀與井下電子開關通過電纜進行雙向通信；所述地面控制儀包括主控板和程控電源；所述主控板與上位機連接；所述井下電子開關包括MCU控制單元、發碼解碼單元、供電開關控制電路和雷管開關控制電路；所述MCU控制單元、發碼解碼單元和供電開關控制電路依次與主控板串聯連接，所述雷管開關控制電路與供電開關控制電路并聯連接。

【技術特征摘要】
1.一種直流分級射孔系統，其特征在于：包括上位機、地面控制儀和多
個串聯的井下電子開關，所述上位機與地面控制儀通過串口進行信息通信，
所述地面控制儀與井下電子開關通過電纜進行雙向通信；
所述地面控制儀包括主控板和程控電源；所述主控板與上位機連接；
所述井下電子開關包括MCU控制單元、發碼解碼單元、供電開關控制電
路和雷管開關控制電路；所述MCU控制單元、發碼解碼單元和供電開關控制
電路依次與主控板串聯連接，所述雷管開關控制電路與供電開關控制電路并
聯連接。
2.根據權利要求1所述的直流分級射孔系統，其特征在于：所述主控板
包括MCU微控制器芯片、上位機通信接口模塊、電壓電流采樣模塊、發碼電
路模塊、解碼電路模塊、外圍控制電路模塊和程控電源模塊；所述上位機通...

【專利技術屬性】
技術研發人員：湯小松，鄭雪軍，
申請(專利權)人：西安思坦儀器股份有限公司，
類型：新型
國別省市：陜西;61