直流分级射孔系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种直流分级射孔系统，包括上位机、地面控制仪和多个串联的井下电子开关，上位机与地面控制仪通过串口进行信息通信，地面控制仪与井下电子开关通过电缆进行双向通信；地面控制仪包括主控板和程控电源。井下电子开关包括MCU控制单元、发码解码单元、供电开关控制电路和雷管开关控制电路；MCU控制单元、发码解码单元和供电开关控制电路依次与主控板串联连接，雷管开关控制电路与供电开关控制电路并联连接。该系统只需要一次下井就可以完成数个层位射孔作业的直流分级射孔系统；设备简单，操作简便，效率高。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于油气井勘探开发领域的分级射孔系统，具体涉及一种可双向通信的电子选发式分级射孔系统。
技术介绍
水平井分段射孔压裂改造技术是目前国际上的先进技术，代表着采油、采气工艺技术的发展方向。所谓分段射孔压裂技术，就是在采用分级射孔技术将一个水平段的多个层位进行分次射孔后，通过一次压裂施工同时压开几个水平段油层，压裂完一段，再重复进行下一段的分层射孔、压裂。现有技术中，通常一次下井只能完成一个层位的射孔，然后上井为第二次射孔做准备，整个操作过程复杂，效率低。
技术实现思路
本技术所要解决的问题是提供一种一次下井可以完成数个层位射孔作业的直流分级射孔系统。解决上述问题的技术方案：所提供的直流分级射孔系统，包括上位机、地面控制仪和多个串联的井下电子开关，所述上位机与地面控制仪通过串口进行信息通信，所述地面控制仪与井下电子开关通过电缆进行双向通信；所述地面控制仪包括主控板和程控电源；所述主控板与上位机连接。所述井下电子开关包括MCU控制单元、发码解码单元、供电开关控制电路和雷管开关控制电路；所述MCU控制单元、发码解码单元和供电开关控制电路依次与主控板串联连接，所述雷管开关控制电路与供电开关控制电路并联连接。上述主控板包括MCU微控制器芯片、上位机通信接口模块、电压电流采样模块、发码电路模块、解码电路模块、外围控制电路模块和程控电源模块；所述上位机通信接口模块、电压电流采样模块、发码电路模块、解码电路模块和都设置在外围控制电路模块都设置在MCU微控制器芯片上。上述地面控制仪与井下电子开关通过ST编码进行双向通信。上述MCU微控制器芯片为C8051F040。上述上位机通信接口模块采用RS-232接口。上述程控电源采用Ametek的XG300-2.8型。上述井下电子开关采用耐高温材质并进行灌封。本技术的优点：本技术只需要一次下井就可以完成数个层位射孔作业的直流分级射孔系统；设备简单，操作简便，效率高。附图说明图1是本专利技术的原理框图；图2是本专利技术地面控制仪的原理框图；图3是本专利技术井下电子开关的原理框图；图4是本专利技术在实际作业时的工作流程图。具体实施方式本技术的原理框图如图1所示，直流分级射孔系统包括：地面控制仪、井下电子开关(可以是任意多个)上位机。地面控制仪与井下电子通过单芯电缆进行连接，采用ST编码进行双向通信；上位机通过USB-232接口与地面控制仪进行通信；系统的通信电压根据电缆阻抗的不同进行选择计算；系统的工作电压(起爆电压)根据电缆阻抗、雷管阻抗和雷管激发电流的不同进行选择计算。如图1和图2，地面控制仪包括主控板和程控电源两个单元模块，微控制器单元、外围控制电路、电流电压采样以及发码解码电路都是包含在主控板中；井下电子开关是和雷管一并装配到相应的射孔枪中。如图1，第1级枪是指下井射孔枪串最底部的一支射孔枪，往上依次是第2级，第3级，依次类推；图1中第1级到第3级井下电子开关的ID地址分别为500C、500B、500A；在分级射孔作业中，首先起爆第1级射孔枪，依次是第2级，第3级，直流分级射孔系统支持跳过某支枪，直接起爆下一级，比如可以直接起爆第3级，但是第3级起爆后，第1和第2级枪将失效，不能被起爆，因为给第1级和第2级枪的供电线已经在第3级枪中被炸毁。如图3，井下电子开关主要包括MCU及发码解码单元、供电开关控制电路和雷管开关控制电路；井下电子开关的缆芯入口端连接缆芯或上面射孔枪中的井下电子开关的缆芯出，井下电子开关的缆芯出口端连接下面射孔枪中的井下电子开关的缆芯入，若是最底部的一支枪，缆芯出口端悬空即可，雷管线连接雷管的一支脚线，雷管的另一支脚线连接地线；图3中雷管开关是一支开关，实际电路中为了确保可靠性与安全性，采用两道开关串联组合。以要起爆第1级射孔枪为例，本直流分级射孔系统操作流程如下：首先，确保地面控制仪是在掉电状态下，并且断开控制仪供电输出与电缆的电气连接；下放井下射孔枪串到目的层位后，进行定位校深；连接地面控制仪电源输出到电缆；打开上位机，打开地面控制仪电源开关；对上位机和地面控制仪进行通信检测，并设置为3级枪身，按照下井之前记录的各级ID号，输入到上位机保存，以供后续验证；设定起爆枪为第1级枪；将钥匙开关(安全开关)从安全位置拨至射孔位置；给井下仪供通信电压(20V～60V)，此时，第3级枪的井下电子开关上电；发送控制命令，发送命令的流程如图4所示。其次，发送第1个供电开关闭合命令给第3级井下电子开关，第3级井下井下电子开关收到命令后返回自己的ID号供地面系统校验，若校验不对，上位机会提示并停止后续操作，校验正确，继续发送第2个供电开关闭合命令给第2级井下电子开关，因为此时第2级井下电子开关已经上电，而且第3级井下电子开关已经锁死不在接收任何命令，只有第2级井下电子开关可以接收到该命令；第2级井下电子开关接收到命令后，依然返回自己的ID号给上位机，上位机进行校验判断后，若正确，才会下发最后一个命令，也就是雷管开关闭合命令，而此时，只有第1级井下电子开关可以接收到此命令，接收到命令后，第1级井下电子开关返回自己的ID号，地面上位机进行校验后，若正确，才会提示操作员，可以进行起爆。最后，双手同时摁下两个起爆按钮5秒钟，地面控制仪输出电压升压至所设定的起爆电压起爆雷管；起爆完成后，保存数据；在整个操作过程中，一方面通过上位机自动控制校验来减少操作失误的可能性，另一方面，所有设备都设置了安全开关，随时可对系统进行掉电和初始化操作，确保了作业的安全性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流分级射孔系统，其特征在于：包括上位机、地面控制仪和多个串联的井下电子开关，所述上位机与地面控制仪通过串口进行信息通信，所述地面控制仪与井下电子开关通过电缆进行双向通信；所述地面控制仪包括主控板和程控电源；所述主控板与上位机连接；所述井下电子开关包括MCU控制单元、发码解码单元、供电开关控制电路和雷管开关控制电路；所述MCU控制单元、发码解码单元和供电开关控制电路依次与主控板串联连接，所述雷管开关控制电路与供电开关控制电路并联连接。

【技术特征摘要】
1.一种直流分级射孔系统，其特征在于：包括上位机、地面控制仪和多
个串联的井下电子开关，所述上位机与地面控制仪通过串口进行信息通信，
所述地面控制仪与井下电子开关通过电缆进行双向通信；
所述地面控制仪包括主控板和程控电源；所述主控板与上位机连接；
所述井下电子开关包括MCU控制单元、发码解码单元、供电开关控制电
路和雷管开关控制电路；所述MCU控制单元、发码解码单元和供电开关控制
电路依次与主控板串联连接，所述雷管开关控制电路与供电开关控制电路并
联连接。
2.根据权利要求1所述的直流分级射孔系统，其特征在于：所述主控板
包括MCU微控制器芯片、上位机通信接口模块、电压电流采样模块、发码电
路模块、解码电路模块、外围控制电路模块和程控电源模块；所述上位机通...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤小松，郑雪军，
申请(专利权)人：西安思坦仪器股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61