井下电缆牵引器输送射孔用安全供电转换单元的制作方法

本发明涉及石油射孔领域，用于电缆射孔作业，为射孔作业提供安全的供电通路。具体涉及一种井下电缆牵引器输送射孔用安全供电转换单元。

背景技术：

射孔是石油工程主要任务之一，是开采地层油气资源提供通道的主要手段。

传统水平井射孔施工采用压爆方法进行射孔，通过地面数十台压裂车一起向井内施加高压，实施射孔施工作业。这种作业不仅需要与其它工种联合作业，工艺复杂，而且施工费用高，受施工环境影响较大。

电缆牵引器输送射孔方法是一种新的水平井射孔方法，他通过牵引器将射孔设备输送到预定射孔位置，然后经电缆给射孔设备提供电能，采用电爆方法实施射孔作业。

电缆牵引器传输射孔作业过程中，牵引器工作电压容易引起相连的射孔设备发生点火，在非目的层误射孔，为防止牵引器传输过程引起的误射孔，因而发明了安全供电转换单元，该单元在牵引器工作时，使射孔设备处于休眠状态，射孔设备工作时，使牵引器处于休眠状态。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述技术现状，旨在提供一种操作简便，安全可靠，能有效解决牵引器输送射孔作业存在的供电安全隐患问题的井下电缆牵引器输送射孔用安全供电转换单元。

本发明目的的实现方式为，井下电缆牵引器输送射孔用安全供电转换单元，由电缆驱动电路、信号接收电路、数据编解码电路、机械开关控制电路、电子开关控制电路和电源电路组成；电子开关控制电路两端有机械开关，与机械开关相连的上、下接头分接牵引器、射孔设备；电子开关控制电路接电源电路及机械开关控制电路，机械开关控制电路的信号接收电路和电缆驱动电路接数据编解码电路、单片机；单片机接电机。

本发明机械开关控制电路中的信号接收电路将地面系统下发的不规则信号，进行放大、比较，送至数据编解码电路的主控单片机，再通过编码，编码调制载波输出到电缆驱动电路，再经耦合加载到电缆，上传安全装置工作状态信息至地面系统。

采用避免牵引器工作电源进入射孔设备发生点火，造成非目的层的误射孔。避免射孔作业后，射孔设备形成短路，导致牵引器无法正常再次工作。解决电缆牵引器传输射孔作业设备之间的相互影响问题。

本发明可以依据命令将仪器中的行程开关进行连接或断开。同时，在机械开关接通后，不会将电压立即供给下端射孔枪，在射孔作业后，可以有效防止因射孔枪短路，导致安全短节及所连接牵引器无法供电的问题。本发明已使用6井次，操作简便，安全可靠，能有效解决牵引器输送射孔作业存在的供电安全隐患问题。

附图说明

图1本发明电原理框图，

图2为本发明信号接收电路电原理图，

图3为本发明电缆驱动电路电原理图，

图4为本发明数据编解码电路电原理图，

图5为本发明机械开关控制电原理图，

图6为本发明电子开关控制电路电原理图，

图7为本发明电源电路电原理图。

具体实施方式

下面参照附图详述本发明。

参照图1，由电缆驱动电路、信号接收电路、数据编解码电路、机械开关控制电路、电子开关控制电路和电源电路组成；电子开关控制电路两端有机械开关，与机械开关相连的上、下接头分接牵引器、射孔设备；电子开关控制电路接电源电路及机械开关控制电路，机械开关控制电路的信号接收电路和电缆驱动电路接数据编解码电路、单片机；单片机接电机m。

采用本发明由地面系统下发控制指令，信号接收电路接收到指令后，根据指令执行相应操作，并上传安全装置工作状态信息至地面系统显示。

参照图2、4，本发明的信号接收电路的隔离电容c2接由集成块u2(opa211)、电阻r4、r5、r14、电容c6、c8组成的放大器、带通滤波器；再接集成块u3(lp211)比较器。

地面系统发送的fsk调制载波(5.2khz和6.25khz、波特率1.04kbps)经隔离电容c2隔离直流，由集成块u2(opa211)、电阻r4、r5、r14、电容c6、c8组成的放大器、带通滤波器，选出fsk调制载波，经集成块u3(lp211)比较器，将fsk调制载波转换为方波信号，由集成块u3的7脚输出送至数据编解码电路的单片机集成块u6(pic16f1825)。

参照图3、4，本发明的电缆驱动电路的集成块u1(集成块ucc27324)的2脚、4脚接单片机集成块u6的6脚、7脚，集成块u1经并联电阻r7、r9，再经二极管d2接耦合电容c4。当机械开关控制电路取样到数据编解码电路的主控单片机集成块u7(pic16fi1825)的12脚，当主控单片机集成块u7收到地面的状态查询指令时，主控单片机集成块u7的5脚、6脚输出机械开关状态信号，经串口输入到单片机集成块u6(pic16f1825)的9脚、10脚进行编码，编码调制载波(6.25khz和7.8khz、波特率1.04kbps)输出到电缆驱动电路集成块u1(集成块ucc27324)的2脚、4脚，再通过并联电阻r7、r9，再经二极管d2，由耦合电容c4加载到电缆，上传至地面系统。

参照图4，本发明的数据编解码电路由单片机集成块u6、主控单片机集成块u7，晶体振荡器jz1组成。

本发明选用6.25khz和7.8khz作为fsk调制的载波进行编解码，其中6.25k代表“0”，7.8khz代表“1”；fsk的波特率为1.04kbps。

晶体振荡器jz1向集成块u6、集成块u7提供稳定的工作时钟，其频率为8mhz，集成块u6主要完成fsk信号的解码和编码。解码指令，将其转换成串口信号,由集成块u6的9脚、10脚输出，送至集成块u7的5脚、6脚，集成块u7依据命令控制机械开关执行相应的操作。

集成块u7采集机械开关状态、电机过载、电源保护等安全供电转换单元工作状态信息，通过串口反馈至单片机集成块u6的9脚、10脚进行编码，编码信号送至电缆驱动电路。

参照图5，本发明的机械开关控制电路的三极管q5、q7、q8接集成块u7，三极管q8接三极管q9，三极管q9接电机m。

当地面下发接通或者断开命令后，主控单片机集成块u7的7脚、8脚输出控制信号，集成块u7的8脚输出高电平，使三极管q5导通，使三极管q7的g、s端之间产生压降，三极管q7导通。同时，7脚输出pwm信号，经电容c26加载到三极管q8(fzt753)基极，控制三极管q8导通，+5伏电源向电容c31充电，当充电电压大于9伏时，三极管q9导通，控制电机m电压由lin_iso端，经q9、电阻r49、r50加到电机m上，使电机m转动，完成接通或断开的机械开关操作。

机械开关控制电路设计了m1电机限流保护电路。由电阻r41、r42采集m电机工作电流，当电流超过50ma时，集成块u8b(tlc372)5脚与6脚电压差大于2.5伏，集成块u8b的7脚输出的高电平输入到集成块u7的2脚，使集成块u7的7脚、8脚停止输出控制信号，使三极管q5、q9处于截止状态，进而m电机停止工作。

参照图6，电子开关控制电路稳压管z14导通，二极管d7、z14、电阻r26、r25和下端连接的射孔设备组成供电回路；q12导通，二极管d7、d8、d9、三极管q12和射孔设备形成新供电回路

机械开关k1、k2处于接通状态之后，电子开关控制电路的限位开关limi与上接头连通，电源对电子开关控制电路的限位开关lim2进行供电。

射孔供电有正电和负电两种方式，当供正电时，二极管d6截止，负电控制开关电路处于休眠状态，正电将d7导通，进入正电控制开关状态。

当电压低于130v，稳压管z14(bzt03c200)处于截止状态，上接头与下接头处于断开状态。

参照图1、6，当电压高于稳压管z14(bzt03c200)稳压值(+130v)时，z14导通，二极管d7、稳压管z14、电阻r26、r25和下端连接的射孔设备组成供电回路，电阻r25上的电压升高到150伏以上时，三极管q12基极电压大于5伏时，三极管q12导通，此时正电子开关导通，上接头与下接头处于连通，由二极管d7、d8、d9、三极管q12和射孔设备形成新的供电回路，同时三极管q11在二极管d8、d9降压作用下导通，向电阻r25提供恒流，维持电阻r25上的电压在5伏以上，确保三极管q12始终处于导通状态，确保电子开关始终处于导通状态，上接头电源开始给射孔设备供电。

供负电射孔时原理与上相同。

参照图7，电源电路由启动电压电路、过压关闭电路和恒流源电路。

所述启动电压由电阻r12、r13、稳压管z12、z13、z3、z5、三极管q1组成。供电电压低于负30v时，三极管q1处于关闭状态，恒流源不工作；当电压高于负30v时，三极管q1导通，恒流源电路启动。

所述恒流源电路由三极管q3、稳压管z6、z7、z8、电阻r18、r19组成。恒流源电路的恒流电流为35ma。z6、z7组成±12v电源；集成块u4(adr435)为电源芯片，输出电压为5v。其中+12v、-12v为模拟电路提供电源，+5v为数字电路提供电源。

所述过压保护电路由电阻r10、r11、稳压管z1、z2、z4、电阻r3、三极管q2组成，当电压低于保护电压负80v时，三极管q2不导通，保护电路不工作；当电压高于保护电压负80v时，三极管q2导通。三极管q1的g极电压升高，使三极管q1截止，恒流源电路停止工作。

控制指令有连接、断开两种指令，每种控制指令均分为多个命令来完成。

本发明常态处于断开状态，机械开关连通、断开，只有接收到命令后，才开始执行机械开关的连通或断开操作。

本发明信号接收电路接收的下发信号由两个字节组成，第一个字节为控制指令，第二个字节为校验码，只有通过对校验码的确认后，才执行相应的控制指令。