一種壓力編碼起爆裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種壓力編碼起爆裝置及方法，包括壓力傳感器、溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)系統(tǒng)、供電電路和起爆電路；壓力傳感器和溫度傳感器分別與信號(hào)調(diào)理電路連接，信號(hào)調(diào)理電路和供電電路與單片機(jī)系統(tǒng)的輸入端連接，單片機(jī)系統(tǒng)的輸出端上連接有起爆電路；通過設(shè)置壓力傳感器、溫度傳感器及單片機(jī)系統(tǒng)，壓力傳感器和溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣井射孔層位的壓力和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)經(jīng)放大后發(fā)送到單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)將接收到的壓力信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的射孔彈預(yù)定編碼命令進(jìn)行比較，當(dāng)在井下檢測(cè)到壓力信號(hào)和設(shè)置的預(yù)定編碼命令符合時(shí)，向起爆電路發(fā)出起爆命令，控制起爆電路起爆射孔彈，實(shí)現(xiàn)的高安全可控起爆。
【專利說(shuō)明】一種壓力編碼起爆裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油井完井射孔領(lǐng)域，涉及一種壓力編碼起爆裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油作為重要的自然資源，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中占據(jù)著舉足輕重的地位。改革開放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)自然資源特別是石油的依賴日益顯現(xiàn)。我國(guó)是個(gè)石油匱乏的國(guó)家，每年一半以上的需求都需要進(jìn)口，而與此相對(duì)應(yīng)的是，我國(guó)的石油儀器研制在全世界范圍內(nèi)也處于比較落后的水平，加大先進(jìn)石油儀器的研制，提高采油效率，獲得更高的產(chǎn)量，是擺在我國(guó)石油儀器工作者面前非常迫切的問題。
[0003]在石油的開采中，新的油井打好以后，需要下放套管、固井。由于套管及水泥的阻擋，油層中的石油不會(huì)自動(dòng)流出。所以，通常在固井完成后，需要將射孔槍下到預(yù)定的巖層進(jìn)行射孔作業(yè)。所謂的射孔，就是使用專門的射孔槍，將套管和水泥環(huán)射開，使套管內(nèi)與油層之間建立起一條通道，確保石油能夠順利從產(chǎn)油層流出。一條清潔無(wú)污染的通道，為后續(xù)壓裂等操作創(chuàng)造了良好的條件，也是使油井獲得最大產(chǎn)能的重要保證。
[0004]然而在射孔作業(yè)過程中，射孔彈引爆產(chǎn)生的巨大沖擊力常造成射孔槍的斷裂及相關(guān)測(cè)井儀器的破壞。不僅如此，射孔槍能否正確可靠的引爆往往關(guān)系著射孔作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。射孔作業(yè)通常在距地面數(shù)千米以上的位置，儀器在工作時(shí)受到高溫高壓以及很多不確定因素的干擾，存在誤引爆的可能。因此射孔工藝是否合理，對(duì)油井的產(chǎn)量及開采的安全，起著至關(guān)重要的作用。
[0005]射孔槍的正確引爆是射孔技術(shù)中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。可靠的引爆技術(shù)不僅能夠提高下井一次爆破的成功率，節(jié)約人力物力成本，更是對(duì)生產(chǎn)作業(yè)人員安全的可靠保證。隨著油田開采進(jìn)入中后期，為了能夠獲得高效的產(chǎn)能，簡(jiǎn)單的單級(jí)射孔引爆技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。而進(jìn)行多級(jí)射孔作業(yè)，須保證每級(jí)射孔槍的可靠引爆，成為石油開采研究中的一個(gè)熱門課題。
[0006]目前國(guó)內(nèi)外使用的射孔槍及次級(jí)以下射孔槍的引爆方法有以下幾種:
[0007]1.火工傳爆序列引爆
[0008]第一級(jí)射孔槍用投棒和壓力編碼點(diǎn)火引爆后，通過引爆第一級(jí)射孔槍尾端爆炸能量傳遞給下級(jí)射孔槍，這種方法裝配環(huán)節(jié)較多，易出現(xiàn)傳爆問題。
[0009]2.機(jī)械能量編碼各級(jí)點(diǎn)火裝置
[0010]較典型的是多級(jí)投棒點(diǎn)火裝置，第一級(jí)射孔槍射孔后，將槍尾的投放棒釋放，靠重力向下運(yùn)動(dòng)撞擊次級(jí)點(diǎn)火裝置，這種方法不適用于大斜度井、水平井，且安全性較差，一旦作業(yè)失敗，次級(jí)點(diǎn)火的投放棒無(wú)法打撈。
[0011]3.壓力編碼各級(jí)點(diǎn)火系統(tǒng)
[0012](I)油管壓力編碼各級(jí)點(diǎn)火系統(tǒng)
[0013]各種射孔槍用壓力點(diǎn)火頭引爆，槍與槍之間與密封油管連接。地面加壓，第一級(jí)射孔槍引爆后，液體進(jìn)入槍與槍之間的連接油管，達(dá)到一定壓力引爆編碼壓力點(diǎn)火頭。這種方法安全性較差，對(duì)油管的安全性要求較高，一旦泄露，可能誤射孔。
[0014](2)環(huán)空壓力編碼各級(jí)壓力引爆系統(tǒng)。
[0015]環(huán)空加壓引爆各級(jí)壓力點(diǎn)火系統(tǒng)，這種方法各個(gè)壓力點(diǎn)火系統(tǒng)不能同時(shí)引爆，采用延時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全部點(diǎn)火的目的，選用環(huán)空壓力編碼各級(jí)壓力引爆系統(tǒng)的方法是較可行的。
[0016]我國(guó)從上世紀(jì)50年代初開始進(jìn)行射孔作業(yè)相關(guān)研究，經(jīng)歷了 70年左右的發(fā)展，在射孔器材的性能、射孔技術(shù)的工藝上都取得了顯著的進(jìn)步。但與當(dāng)今世界先進(jìn)技術(shù)相比，在射孔的可靠性、穩(wěn)定性、耐高溫高壓性能等方面還有不小的差距。國(guó)外的石油儀器技術(shù)發(fā)展早，比較成熟，可靠性高，但價(jià)格昂貴，一部分高端儀器不對(duì)外出售。總的來(lái)講，我國(guó)的石油射孔技術(shù)在很多方面還有待提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明為了解決上述問題，提供了一種安全性高、可控的壓力編碼起爆裝置及方法，減少了起爆過程中出現(xiàn)的傳爆問題。
[0018]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0019]一種壓力編碼起爆裝置，包括壓力傳感器、溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)系統(tǒng)、供電電路和起爆電路；所述的壓力傳感器和溫度傳感器分別于所述的信號(hào)調(diào)理電路單向連接，所述的信號(hào)調(diào)理電路和供電電路與單片機(jī)系統(tǒng)的輸入端單向連接，所述的單片機(jī)系統(tǒng)的輸出端上連接有起爆電路；
[0020]所述的壓力傳感器，用于采集油氣井下的壓力信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路中；
[0021]所述的溫度傳感器，用于采集油氣井下的溫度信號(hào)，并將采集到的溫度信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路中；
[0022]所述的信號(hào)調(diào)理電路，用于接收輸入到其內(nèi)部的壓力信號(hào)或者溫度信號(hào)，并對(duì)接收到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別進(jìn)行濾波和放大，并將放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)輸入到單片機(jī)系統(tǒng)中；
[0023]所述的單片機(jī)系統(tǒng)，用于接收上位機(jī)發(fā)送的壓力編碼命令，將接收到的壓力編碼命令，按照約定格式及地址寫入EEPROM存儲(chǔ)器里，形成預(yù)定編碼命令，并接收經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，根據(jù)溫度對(duì)接收到的壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)補(bǔ)償處理得到壓力信號(hào)，將補(bǔ)償后的壓力信號(hào)與存儲(chǔ)在EEPROM內(nèi)的預(yù)定編碼命令進(jìn)行比較，若壓力信號(hào)與預(yù)定編碼命令相符合，則向起爆電路輸出起爆命令，來(lái)控制起爆電路起爆射孔彈。
[0024]所述的信號(hào)調(diào)理電路，包括壓力信號(hào)調(diào)理電路和溫度信號(hào)調(diào)理電路，所述的壓力信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)接收到的壓力傳感器輸入的壓力信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的壓力信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中；所述的溫度信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的溫度信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中。
[0025]所述的通信模塊為獨(dú)立的印刷電路板。
[0026]所述的溫度傳感器為輸出電壓信號(hào)的溫度傳感器。
[0027]所述的供電電路為兩節(jié)高溫電池串聯(lián)組成。
[0028]在下井之前所述的壓力編碼起爆裝置的單片機(jī)系統(tǒng)還通過通信模塊與上位機(jī)相連；
[0029]所述的上位機(jī)，用于對(duì)施加壓力和油氣井射孔層位的基本信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并按照油氣井射孔層位的基本信號(hào)和施加壓力生成供單片機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)的帶有靜壓和施加壓力的壓力編碼命令，將壓力編碼命令通過通信模塊下傳給單片機(jī)系統(tǒng)，并在單片機(jī)系統(tǒng)接收完成后，接收單片機(jī)系統(tǒng)回傳的寫入到單片機(jī)系統(tǒng)EEPROM內(nèi)的命令數(shù)據(jù)，以便操作人員通過上位機(jī)檢查寫入到單片機(jī)系統(tǒng)的壓力編碼命令是否正確；并生成帶有射孔層位基本信息和加壓曲線的加壓施工文件，供存盤保存及打??；同時(shí)，用于對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定和檢定。
[0030]一種基于壓力編碼起爆裝置的壓力編碼起爆方法，包括以下步驟:
[0031]I)單片機(jī)系統(tǒng)接收上位機(jī)發(fā)送的壓力編碼命令，將接收到的壓力編碼命令，按照約定格式及地址寫入EEPROM存儲(chǔ)器里，形成預(yù)定編碼命令；
[0032]2)壓力傳感器和溫度傳感器分別采集油氣井下的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路中；
[0033]3)信號(hào)調(diào)理電路接收輸入到其內(nèi)部的壓力信號(hào)或者溫度信號(hào)，并對(duì)接收到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別進(jìn)行濾波和放大，并將放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)輸入到單片機(jī)系統(tǒng)中；
[0034]4)單片機(jī)系統(tǒng)接收經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，根據(jù)溫度信號(hào)對(duì)接收到的壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)補(bǔ)償處理得到壓力起爆編碼命令，將壓力起爆編碼命令與存儲(chǔ)在EEPROM內(nèi)的預(yù)定編碼命令進(jìn)行比較，若壓力起爆編碼命令與預(yù)定編碼命令相符合，則向起爆電路輸出起爆命令，來(lái)控制起爆電路起爆射孔彈。
[0035]所述的壓力傳感器和溫度傳感器分別采集油氣井下的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別傳輸?shù)綁毫π盘?hào)調(diào)理電路和溫度信號(hào)調(diào)理電路中；
[0036]壓力信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)接收到的壓力傳感器輸入的壓力信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的壓力信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中；
[0037]所述的溫度信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的溫度信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中。
[0038]在下井之前所述的壓力編碼起爆方法還包括:
[0039]上位機(jī)通過通信模塊與單片機(jī)系統(tǒng)連接，上位機(jī)對(duì)施加壓力和油氣井射孔層位的基本信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并按照油氣井射孔層位的基本信號(hào)和施加壓力生成供單片機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)的帶有靜壓和施加壓力的壓力編碼命令，將壓力編碼命令通過通信模塊下傳給單片機(jī)系統(tǒng)，并在單片機(jī)系統(tǒng)接收完成后，接收單片機(jī)系統(tǒng)回傳的與入到單片機(jī)系統(tǒng)EEPROM內(nèi)的命令數(shù)據(jù)，以便操作人員通過上位機(jī)檢查寫入到單片機(jī)系統(tǒng)的壓力編碼命令是否正確；并生成帶有射孔層位基本信息和加壓曲線的加壓施工文件，供存盤保存及打??；同時(shí)，對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定和檢定。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0041]本發(fā)明提供的壓力編碼起爆裝置及方法，通過設(shè)置壓力傳感器、溫度傳感器以及單片機(jī)系統(tǒng)，壓力傳感器和溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣井射孔層位的壓力和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)經(jīng)放大后發(fā)送到單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)接收到的壓力信號(hào)辨識(shí)預(yù)先設(shè)定的射孔彈預(yù)定編碼命令，當(dāng)在井下控制電路檢測(cè)到壓力信號(hào)和設(shè)置的預(yù)定編碼命令符合時(shí)，向起爆電路發(fā)出起爆命令，控制起爆電路起爆射孔彈，實(shí)現(xiàn)的可靠起爆。同時(shí)，壓力起爆采用壓力編碼命令數(shù)據(jù)，可以提高抗干擾的能力，實(shí)現(xiàn)可控起爆。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1為本發(fā)明提供的壓力編碼起爆裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2為本發(fā)明提供的壓力編碼起爆裝置調(diào)試時(shí)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3為本發(fā)明提供的壓力編碼起爆方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0046]參見圖1，一種壓力編碼起爆裝置，包括壓力傳感器、輸出電壓信號(hào)的溫度傳感器、壓力信號(hào)調(diào)理電路、溫度信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)系統(tǒng)、供電電路和起爆電路；所述的壓力傳感器和溫度傳感器分別與所述的壓力信號(hào)調(diào)理電路和溫度信號(hào)調(diào)理電路單向連接，所述的壓力信號(hào)調(diào)理電路、溫度信號(hào)調(diào)理電路和供電電路與單片機(jī)系統(tǒng)的輸入端單向連接，所述的單片機(jī)系統(tǒng)的輸出端上連接有起爆電路；其中，所述的供電電路為兩節(jié)高溫電池串聯(lián)組成。
[0047]所述的壓力傳感器，用于采集油氣井內(nèi)的壓力信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)輸入?目號(hào)調(diào)理電路中；
[0048]所述的溫度 傳感器，用于采集油氣井內(nèi)的溫度信號(hào)，并將采集到的溫度信號(hào)輸入?目號(hào)調(diào)理電路中；
[0049]所述的壓力信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)接收到的壓力傳感器輸入的壓力信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的壓力信號(hào)輸入單片機(jī)系統(tǒng)中；
[0050]所述的溫度信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的溫度信號(hào)輸入單片機(jī)系統(tǒng)中；
[0051]所述的單片機(jī)系統(tǒng)，用于接收上位機(jī)發(fā)送的壓力編碼命令，將接收到的壓力編碼命令，按照約定格式及地址寫入EEPROM存儲(chǔ)器里，形成預(yù)定編碼命令，并接收經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，根據(jù)溫度對(duì)接收到的壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)補(bǔ)償處理，將補(bǔ)償后得到壓力信號(hào)與存儲(chǔ)在EEPROM內(nèi)的預(yù)定編碼命令進(jìn)行比較，若壓力信號(hào)與預(yù)定編碼命令相符合，則向起爆電路輸出起爆命令，來(lái)控制起爆電路起爆射孔彈。
[0052]進(jìn)一步地，參見圖2，在下井之前所述的壓力編碼起爆裝置的單片機(jī)系統(tǒng)上交互連接有一個(gè)進(jìn)行通信的獨(dú)立印刷電路板，所述的進(jìn)行通信的獨(dú)立印刷電路板與上位機(jī)相連；
[0053]所述的上位機(jī)，用于對(duì)施加壓力和油氣井射孔層位的基本信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并按照油氣井射孔層位的基本信號(hào)和施加壓力生成供單片機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)的帶有靜壓和施加壓力的壓力編碼命令，將壓力編碼命令通過通信模塊下傳給單片機(jī)系統(tǒng)，并在單片機(jī)系統(tǒng)接收完成后，接收單片機(jī)系統(tǒng)回傳的寫入到單片機(jī)系統(tǒng)EEPROM內(nèi)的命令數(shù)據(jù)，以便上位機(jī)上的操作人員檢查寫入到單片機(jī)系統(tǒng)的壓力編碼命令是否正確；并生成帶有射孔層位基本信息和加壓曲線的加壓施工文件，供存盤保存及打??；同時(shí)，用于對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定和檢定。
[0054]需要說(shuō)明的是，所述的壓力編碼命令為一串壓力曲線，當(dāng)壓力值在一定時(shí)間段內(nèi)與壓力曲線上的壓力值和持續(xù)時(shí)間相同，則通過起爆電路控制射孔彈起爆。[0055]具體的，所述的起爆裝置主要包括單片機(jī)系統(tǒng)，在下井之前，所述的起爆裝置需要與上位機(jī)通過通信模塊相連，上位機(jī)完成對(duì)起爆裝置中單片機(jī)系統(tǒng)的壓力編碼命令的設(shè)置，壓力傳感器的標(biāo)定與檢定。在起爆裝置下井之前井上的壓力編碼命令的設(shè)置由上位機(jī)完成，采用VC++6.0編程，配合單片機(jī)系統(tǒng)完成相關(guān)操作；單片機(jī)系統(tǒng)使用單片機(jī)處理壓力傳感器檢測(cè)得到的壓力信號(hào)，得到壓力起爆編碼命令，然后辨識(shí)壓力起爆編碼命令，正確引爆射孔彈。
[0056]具體的有以下幾方面的內(nèi)容:
[0057]在下井之前(I)壓力編碼命令的設(shè)置。由上位機(jī)和起爆裝置中的單片機(jī)系統(tǒng)配合，形成預(yù)定編碼命令。預(yù)定編碼命令是是否給射孔彈發(fā)出起爆命令的參照編碼命令，是以壓力值及其持續(xù)時(shí)間的形式給出的，由地面操作人員來(lái)完成。并由操作人員按照設(shè)定的地面施加的壓力命令，在地面上向油氣井中施加壓力，單片機(jī)控制系統(tǒng)接收壓力傳感器采集到的加壓后的壓力信號(hào)，并根據(jù)該壓力信號(hào)辨識(shí)出是否與預(yù)定編碼命令相符。
[0058]上位機(jī)軟件界面為直觀的圖形界面，使用時(shí)對(duì)壓力編碼命令波形進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，并輸入射井深度，壓井液密度等信號(hào)。上位機(jī)按照基本信號(hào)和壓力編碼命令生成供單片機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)的壓力編碼命令，下傳給單片機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)要生成加壓施工文件，包括基本信號(hào)和加壓曲線，共存盤保存及打印。單片機(jī)系統(tǒng)接收上位機(jī)送來(lái)的壓力編碼命令，包括靜壓和施加壓力，按照約定格式及地址寫入EEPROM存儲(chǔ)器里。壓力編碼命令接收完成后，將寫入到EEPROM內(nèi)的壓力編碼命令數(shù)據(jù)回傳給上位機(jī)，以便操作人員檢查寫入壓力編碼命令的正確性。
[0059]其中，預(yù)定編碼命令的壓力命令包括以下:
[0060]一.所述的壓力命令為加壓到15兆帕，保持3分鐘以上。
[0061]二.所述的壓力命令為加壓到5兆帕，保持2分鐘以上。
[0062]三.所述的壓力命令為加壓到25兆帕，保持3分鐘以上。
[0063]四.所述的壓力命令為加壓到35兆帕，保持3分鐘以上。
[0064]五.所述的壓力命令為加壓到15兆帕，保持4分鐘以上。
[0065]六.所述的壓力命令為加壓到O兆帕，等待30分鐘以上。
[0066]當(dāng)在一端時(shí)間內(nèi)壓力傳感器檢測(cè)到的壓力值和持續(xù)時(shí)間分別于這六個(gè)命令相符，執(zhí)行完成后，發(fā)出起爆命令，控制起爆電路起爆射孔彈。
[0067](2)壓力傳感器的標(biāo)定。為了克服壓力傳感器自身特性不同而帶來(lái)的測(cè)量誤差，在產(chǎn)品使用前，必須對(duì)壓力傳感器進(jìn)行壓力標(biāo)定，即確定壓力傳感器的輸入輸出關(guān)系。由于壓力傳感器的分散性和非線性以及溫度漂移特性，壓力編碼起爆裝置在正式下井使用前，需要對(duì)壓力傳感器進(jìn)行壓力標(biāo)定和溫度補(bǔ)償標(biāo)定。所謂標(biāo)定就是要檢測(cè)得到壓力傳感器的壓力曲線和溫度漂移曲線，從而得到準(zhǔn)確的壓力檢測(cè)值。
[0068](3)壓力傳感器的檢定。為確保壓力傳感器的正確標(biāo)定，保證起爆裝置的準(zhǔn)確性和單片機(jī)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在標(biāo)定完成后對(duì)標(biāo)定的結(jié)果進(jìn)行核對(duì)，確保壓力傳感器符合規(guī)定的誤差標(biāo)準(zhǔn)。并生成相關(guān)報(bào)表供打印保存。
[0069]具體的，給單片機(jī)系統(tǒng)施加不同的壓力和溫度值，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)檢測(cè)計(jì)算出實(shí)際壓力測(cè)量值，并將結(jié)果傳送到PC機(jī)上，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值同時(shí)存儲(chǔ)錄入數(shù)據(jù)。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的表格，和施加給系統(tǒng)的實(shí)際壓力值比較計(jì)算測(cè)量誤差，并按照驗(yàn)證數(shù)據(jù)自動(dòng)生成校驗(yàn)結(jié)果表共磁盤保存及打印。
[0070](4)單片機(jī)壓力編碼命令識(shí)別
[0071]起爆裝置下井后單片機(jī)系統(tǒng)不斷檢測(cè)壓力傳感器采集到的壓力信號(hào)，通過辨識(shí)其與預(yù)先設(shè)置在單片機(jī)里的預(yù)定編碼命令是否相符合，正確可靠地引爆射孔彈。
[0072]進(jìn)一步地，該起爆裝置中采用高性能PIC單片機(jī)作為核心，檢測(cè)壓力和溫度信號(hào)，信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行放大處理和量程轉(zhuǎn)換。單片機(jī)對(duì)檢測(cè)的壓力信號(hào)處理并辨識(shí)來(lái)自井上的預(yù)定編碼命令，控制射孔彈的正確引爆。此外單片機(jī)系統(tǒng)還需要與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)傳感器的校驗(yàn)和壓力編碼命令的設(shè)置。
[0073]具體的，單片機(jī)上電后進(jìn)行模式檢測(cè)，分別轉(zhuǎn)為通信工作模塊和工作模塊。通信工作模塊和上位機(jī)配合。工作模式是省電工作狀態(tài)，盡量節(jié)省電能。工作模式根據(jù)實(shí)際下井工藝可分為三種順序狀態(tài):1、系統(tǒng)下井狀態(tài)；2、施加壓力命令等待狀態(tài)；3、壓力命令辨識(shí)狀態(tài)；4、延時(shí)編碼狀態(tài)。四個(gè)狀態(tài)有著明顯的起始和結(jié)束標(biāo)志。第一個(gè)狀態(tài)是指起爆裝置下井過程中的狀態(tài)，此時(shí)沒有井口沒有施加壓力。通過檢測(cè)壓力值及其變化規(guī)律就可以識(shí)另O。此狀態(tài)的任務(wù)是檢測(cè)起爆裝置下井過程，確定下井過程的結(jié)束。在起爆裝置下井時(shí)壓力會(huì)隨著下井深度增加而變大。當(dāng)下降到規(guī)定的射孔層位時(shí)，壓力值會(huì)基本固定不變，具體壓力值可以預(yù)先算得。下井過程結(jié)束后進(jìn)入第二狀態(tài)，該狀態(tài)是施加壓力命令的準(zhǔn)備時(shí)間，待井上操作人員將加壓設(shè)備連接好后，進(jìn)入第三階段，即壓力起爆編碼命令辨識(shí)狀態(tài)。通過檢測(cè)壓力信號(hào)和存儲(chǔ)在EEPROM內(nèi)的預(yù)定編碼命令參數(shù)來(lái)識(shí)別壓力起爆編碼命令。此狀態(tài)的目的是濾除干擾信號(hào)，準(zhǔn)確辨識(shí)壓力起爆編碼命令。當(dāng)確定接收到了全部的壓力起爆編碼命令后，第三狀態(tài)結(jié)束進(jìn)入起爆命令狀態(tài)。發(fā)出起爆命令后，起爆電路起爆射孔彈，工作過程結(jié)束。四個(gè)狀態(tài)采用不同的休眠周期以節(jié)省電能。
[0074]需要說(shuō)明的是，溫度檢測(cè)的方法很多，有不同類型的傳感器可供選擇，比較常見的有熱電偶、熱敏電阻、輻射式測(cè)溫等多種方法。在選擇溫度傳感器時(shí)，要綜合考慮如下幾個(gè)因素:溫度測(cè)量范圍、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度等。除此之外，考慮到油氣井下儀器的特殊工作環(huán)境以及對(duì)儀器體積大小等的諸多限制，在選擇時(shí)盡可能選擇體積小巧、溫度測(cè)量范圍較寬、功耗較低的傳感器。為進(jìn)一步減小體積，本發(fā)明使用的溫度傳感器應(yīng)選擇輸出為電壓信號(hào)的傳感器，來(lái)簡(jiǎn)化溫度信號(hào)調(diào)理電路的復(fù)雜程度。
[0075]同時(shí)，由于穩(wěn)定的工作電壓直接影響到單片機(jī)系統(tǒng)各個(gè)模塊的正常運(yùn)行。本裝置的供電電路由2節(jié)高溫電池串聯(lián)提供電量，電壓值為7伏左右，隨著起爆裝置工作時(shí)間增力口，對(duì)電能消耗也會(huì)增大，電池的輸出電壓會(huì)相應(yīng)降低，為了保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，規(guī)定正常工作時(shí)電源輸出電壓不得低于5伏。
[0076]本起爆裝置與上位機(jī)進(jìn)行通信的通信模塊是一塊獨(dú)立的印制電路板，當(dāng)需要執(zhí)行壓力傳感器校驗(yàn)以及壓力編碼命令設(shè)置時(shí)候，將此獨(dú)立的印制電路板與主板上的單片機(jī)系統(tǒng)連接，另一頭與上位機(jī)相連。
[0077]本發(fā)明提供的裝置，包括在起爆前的壓力編碼命令的設(shè)置、壓力傳感器的標(biāo)定和檢定以及壓力起爆編碼命令辨識(shí)階段，所述的上位機(jī)通過通信電路與單片機(jī)系統(tǒng)相連，配合完成壓力傳感器的標(biāo)定和檢定。壓力辨識(shí)階段，則由單片機(jī)識(shí)別壓力起爆編碼命令，為射孔彈提供起爆信號(hào)。
[0078]本裝置采用單片機(jī)處理系統(tǒng)來(lái)辨識(shí)預(yù)先設(shè)定的射孔彈預(yù)定編碼命令，編碼命令采用壓力編碼命令，以提高抗干擾能力。應(yīng)用在油氣井下控制射孔彈起爆過程中，要求單片機(jī)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別壓力起爆編碼命令，可靠引爆射孔彈，保障施工作業(yè)人員安全。干擾是隨機(jī)的，它和設(shè)置的預(yù)定編碼命令重合的概率幾乎為零。起爆裝置自帶壓力傳感器檢測(cè)壓力，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到的壓力信號(hào)和設(shè)置的預(yù)定編碼命令相符合時(shí)，起爆射孔彈。
[0079]一種基于壓力編碼起爆裝置的壓力編碼起爆方法，包括以下步驟:
[0080]I)單片機(jī)系統(tǒng)接收上位機(jī)發(fā)送的壓力編碼命令，將接收到的壓力編碼命令，按照約定格式及地址寫入EEPROM存儲(chǔ)器里，形成預(yù)定編碼命令；
[0081]2)壓力傳感器和溫度傳感器分別采集油氣井下的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路中；
[0082]3)信號(hào)調(diào)理電路接收輸入到其內(nèi)部的壓力信號(hào)或者溫度信號(hào)，并對(duì)接收到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別進(jìn)行濾波和放大，并將放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)輸入到單片機(jī)系統(tǒng)中；
[0083]4)單片機(jī)系統(tǒng)接收經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，根據(jù)溫度信號(hào)對(duì)接收到的壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)補(bǔ)償處理，將補(bǔ)償后的壓力信號(hào)與存儲(chǔ)在EEPROM內(nèi)的預(yù)定編碼命令進(jìn)行比較，若壓力信號(hào)與預(yù)定編碼命令相符合，則向起爆電路輸出起爆命令，來(lái)控制起爆電路起爆射孔彈。
[0084]所述的壓力傳感器和溫度傳感器分別采集油氣井下的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別傳輸?shù)綁毫π盘?hào)調(diào)理電路和溫度信號(hào)調(diào)理電路中；
[0085]壓力信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)接收到的壓力傳感器輸入的壓力信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的壓力信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中；
[0086]所述的溫度信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的溫度信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中。
[0087]進(jìn)一步地，在下井之前所述的壓力編碼起爆方法還包括:
[0088]上位機(jī)通過通信模塊與單片機(jī)系統(tǒng)連接，上位機(jī)對(duì)施加壓力和油氣井射孔層位的基本信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并按照油氣井射孔層位的基本信號(hào)和施加壓力生成供單片機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)的帶有靜壓和施加壓力的壓力編碼命令，將壓力編碼命令通過通信模塊下傳給單片機(jī)系統(tǒng)，并在單片機(jī)系統(tǒng)接收完成后，接收單片機(jī)系統(tǒng)回傳的與入到單片機(jī)系統(tǒng)EEPROM內(nèi)的命令數(shù)據(jù)，以便操作人員通過上位機(jī)檢查寫入到單片機(jī)系統(tǒng)的壓力編碼命令是否正確；并生成帶有射孔層位的基本信號(hào)和加壓曲線的加壓施工文件，供存盤保存及打印；同時(shí)，對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定和檢定。
[0089]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力編碼起爆裝置，其特征在于，包括壓力傳感器、溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)系統(tǒng)、供電電路和起爆電路；所述的壓力傳感器和溫度傳感器分別與所述的信號(hào)調(diào)理電路單向連接，所述的信號(hào)調(diào)理電路和供電電路與單片機(jī)系統(tǒng)的輸入端單向連接，所述的單片機(jī)系統(tǒng)的輸出端上連接有起爆電路； 所述的壓力傳感器，用于采集油氣井內(nèi)的壓力信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路中； 所述的溫度傳感器，用于采集油氣井內(nèi)的溫度信號(hào)，并將采集到的溫度信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路中； 所述的信號(hào)調(diào)理電路，用于接收井下壓力信號(hào)或者溫度信號(hào)，并對(duì)接收到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別進(jìn)行濾波和放大，并將放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)輸入到單片機(jī)系統(tǒng)中； 所述的單片機(jī)系統(tǒng)，用于接收上位機(jī)發(fā)送的壓力編碼命令，將接收到的壓力編碼命令，按照約定格式及地址寫入EEPROM存儲(chǔ)器里，形成預(yù)定編碼命令，并接收經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，根據(jù)溫度信號(hào)對(duì)接收到的壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)補(bǔ)償處理，將補(bǔ)償后的壓力信號(hào)與存儲(chǔ)在EEPROM內(nèi)的預(yù)定編碼命令進(jìn)行比較，若壓力信號(hào)與預(yù)定編碼命令相符合，則向起爆電路輸出起爆命令，控制起爆電路起爆射孔彈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力編碼起爆裝置，其特征在于，所述的信號(hào)調(diào)理電路，包括壓力信號(hào)調(diào)理電路和溫度信號(hào)調(diào)理電路，所述的壓力信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)接收到的壓力傳感器輸入的壓力信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的壓力信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中；所述的溫度信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的溫度信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力編碼起爆裝置，其特征在于，所述的通信模塊為獨(dú)立的印刷電路板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力編碼起爆裝置，其特征在于，所述的溫度傳感器為輸出電壓信號(hào)的溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力編碼起爆裝置，其特征在于，所述的供電電路為兩節(jié)高溫電池串聯(lián)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力編碼起爆裝置，其特征在于，在下井之前所述的壓力編碼起爆裝置的單片機(jī)系統(tǒng)還通過通信模塊與上位機(jī)相連； 所述的上位機(jī)，用于對(duì)施加壓力和油氣井射孔層位的基本信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并按照油氣井射孔層位的基本信號(hào)和施加壓力生成供單片機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)的帶有靜壓和施加壓力的壓力編碼命令，將壓力編碼命令通過通信模塊下傳給單片機(jī)系統(tǒng)，并在單片機(jī)系統(tǒng)接收完成后，接收單片機(jī)系統(tǒng)回傳的寫入到單片機(jī)系統(tǒng)EEPROM內(nèi)的命令數(shù)據(jù)，以便上位機(jī)上的操作人員檢查寫入到單片機(jī)系統(tǒng)的壓力編碼命令是否正確；并生成帶有射孔層位基本信息和加壓曲線的加壓施工文件，供存盤保存及打??；同時(shí)，用于對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定和檢定。
7.一種基于權(quán)利要求1的壓力編碼起爆方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)單片機(jī)系統(tǒng)接收上位機(jī)發(fā)送的壓力編碼命令，將接收到的壓力編碼命令，按照約定格式及地址寫入EEPROM存儲(chǔ)器里，形成預(yù)定編碼命令； 2)壓力傳感器和溫度傳感器分別采集油氣井下的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路中； 3)信號(hào)調(diào)理電路接收輸入的壓力信號(hào)或者溫度信號(hào)，并對(duì)接收到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別進(jìn)行濾波和放大，并將放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)輸入到單片機(jī)系統(tǒng)中； 4)單片機(jī)系統(tǒng)接收經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大后的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，根據(jù)溫度信號(hào)對(duì)接收到的壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)補(bǔ)償處理得到壓力起爆編碼命令，將壓力起爆編碼命令與存儲(chǔ)在EEPROM內(nèi)的預(yù)定編碼命令進(jìn)行比較，若壓力起爆編碼命令與預(yù)定編碼命令相符合，則向起爆電路輸出起爆命令，控制起爆電路起爆射孔彈。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力編碼起爆方法，其特征在于，所述的壓力傳感器和溫度傳感器分別采集油氣井下的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)，并將采集到的壓力信號(hào)和溫度信號(hào)分別傳輸?shù)綁毫π盘?hào)調(diào)理電路和溫度信號(hào)調(diào)理電路中； 壓力信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)接收到的壓力傳感器輸入的壓力信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的壓力信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中； 所述的溫度信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將放大的溫度信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力編碼起爆方法，其特征在于，在下井之前所述的壓力編碼起爆方法還包括: 上位機(jī)通過通信模塊與單片機(jī)系統(tǒng)連接，上位機(jī)對(duì)施加壓力和油氣井射孔層位的基本信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，并按照油氣井射孔層位的基本信號(hào)和施加壓力生成供單片機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)的帶有靜壓和施加壓力的壓力編碼命令，將壓力編碼命令通過通信模塊下傳給單片機(jī)系統(tǒng)，并在單片機(jī)系統(tǒng)接收完成后，接收單片機(jī)系統(tǒng)回傳的與入到單片機(jī)系統(tǒng)EEPROM內(nèi)的命令數(shù)據(jù)，以便操作人員通過上位機(jī)檢查寫入到單片機(jī)系統(tǒng)的壓力編碼命令是否正確；并生成帶有射孔層位基本信息和加壓曲線的加壓施工文件，供存盤保存及打??；同時(shí)，對(duì)壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定和檢定。
【文檔編號(hào)】E21B43/1185GK104033136SQ201410169235
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】王峰, 章松橋, 李靜芩, 劉鞏權(quán), 羅興平, 楊小紅, 閔杰, 馬濤, 彭加斌, 張虎, 門媛媛, 徐娜 申請(qǐng)人:西安物華巨能爆破器材有限責(zé)任公司