分簇射孔监测系统的制作方法

本实用新型属于电缆输送射孔（WCP）领域，尤其涉及一种分簇射孔监测系统，适用于页岩气开采压控式分簇射孔作业中监测引爆线路的通、断情况。

背景技术：

在页岩气开采过程中，由于水平井完井技术与压裂改造地层的需要，常常采用压控式分簇射孔技术完成射孔作业。该工艺需在水平井进行电缆泵送，其具体作业过程为：如图1所示，井下管串包括磁定位器10、电雷管11、选择开关18、二极管12和桥塞点火器13，二极管与电雷管连接，磁定位器通过选择开关与桥塞点火器或二极管连接。先将井下管串输送至目的层后，再使用电缆连接爆仪14与磁定位器，连接后通电引爆桥塞点火器，坐封桥塞，形成临时封堵，然后上提管串至预定位置，通电引爆电雷管，实现第一支射孔枪射孔。然后上提至下一簇位置，通电引爆第二发电雷管，实现第二支射孔枪射孔，依次完成其余射孔枪射孔。

其中，压控式分簇射孔技术在射孔作业时，电路偶尔会出现短路或断路等故障，这将导致无法准确判断电雷管是否已经正常引爆，容易发生因现场误判而增加劳动强度的情况。因此实时监测引爆电路的通断情况，以便于准确判断电雷管是否正常引爆显得非常必要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种分簇射孔监测系统，本实用新型能够实时监测引爆电路的通断情况，并能够记录和用图形反馈电雷管的起爆电压和电流，从而达到准确判断电雷管是否正常引爆的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种分簇射孔监测系统，其特征在于：包括控制芯片、供电模块、电压采集电路、电压输出电路、继电器、分压电路、限流保护电路和检测电阻，所述供电模块分别为控制芯片、电压采集电路和电压输出电路供电，所述控制芯片分别与电压采集电路、电压输出电路和继电器连接，所述电压输出电路通过检测电阻与井下管串连接用于向井下管串输入电流，所述限流保护电路设置在电压输出电路与检测电阻之间用于限制电压输出电路的输出电流，所述继电器包括用于分别与起爆仪和井下管串连接的电压输入端和电压输出端，所述分压电路连接在继电器的电压输出端，所述电压采集电路分别与检测电阻和分压电路连接，所述电压采集电路用于分别采集检测电阻两端的电压分压和分压电路的电流电压。

所述分压电路包括输入端、输出端和检测端，输入端与继电器电压输出端连接，输出端与供电模块连接，检测端与电压采集电路连接。

所述限流保护电路包括限流输入端和限流输出端，限流输入端和限流输出端分别与电压输出电路和检测电阻连接。

所述电压输出电路包括正极和负极，电压输出电路的正极通过检测电阻与井下管串连接，电压输出电路的负极与油气井连接。

所述继电器的电压输出端的正极和负极分别用于与井下管串和油气井连接。

所述供电模块包括220V交流电源连接器、24V电源适配器和和正12V适配器和负12V适配器，24V电源适配器的输入端与220V交流电源连接器连接，输出端分别与正12V适配器和负12V适配器连接；所述供电模块分别通过正12V适配器和负12V适配器为控制芯片、电压采集电路和电压输出电路供电。

所述分簇射孔监测系统还包括箱体，所述控制芯片、供电模块、电压采集电路、电压输出电路、继电器、分压电路、限流保护电路和检测电阻均安装在箱体内。

所述箱体内固定设置有保护板，所述控制芯片、供电模块、电压采集电路、电压输出电路、继电器、分压电路、限流保护电路和检测电阻均位于保护板下方；所述保护板上设置有与电源模块连接的电源开关、与继电器电压输入端连接的高压输入接头、与继电器电压输出端连接的高压输出接头、以及与电压输出电路正极和负极连接的二极管极性检测接头；检测电阻位于限流保护电路与二极管极性检测接头之间，继电器通过高压输入接头与起爆仪连接，电压输出电路用于在向井下管串输出电流时通过二极管极性检测接头与井下管串和油气井连接，继电器用于在起爆时通过高压输出接头与井下管串和油气井连接。

采用本实用新型的优点在于：

1、本实用新型主要实现两部分功能，第一部分功能是通过控制芯片、电压采集电路、电压输出电路和检测电阻配合对起爆前的引爆电路中的二极管进行监测，具体是以电压输出电路通过检测电阻向井下管串输送电流和由电压采集电路采集检测电阻上的电压分压来监测井下管串中的二极管是否在线来达到实时监测引爆电路通断情况的目的。第二部分功能是通过控制芯片、电压采集电路、继电器和分压电路的配合对电雷管起爆时的监测，具体是以电压采集电路通过分压电路采集电雷管的起爆电压和电流来达到准确判断电雷管是否正常起爆的目的。与现有技术相比，本实用新型能够准确判断引爆电路的通断情况和电雷管的引爆情况，避免了发生因现场误判而出现增加劳动强度的情况。另外，通过限流保护电路能够限制电压输出电路向井下管串输出的电流值，避免因输出过大电流值而导致发生安全事故。

2、本实用新型将控制芯片、供电模块、电压采集电路、电压输出电路、继电器、分压电路、限流保护电路和检测电阻均安装在箱体内的保护板下方，既方便携带，又有利于对系统进行有效保护。而通过高压输入接头、二极管极性检测接头和高压输出接头则有利于现场监测时线缆的快速连接。另外，电压输出电路用于在向井下管串输出电流时通过二极管极性检测接头与井下管串和油气井连接，继电器用于在起爆时通过高压输出接头与井下管串和油气井连接，该结构采用了两组接头与井下管串连接，使得电压输出电路在向井下管串输出电流时，起爆仪与井下管串的电雷管之间是断开的；而在引爆电雷管时，又使得电压输出电路与井下管串之间是断开的。这样就能够有效防止因误操作而导致电雷管被引爆，有利于提升使用安全性。

附图说明

图1为现有技术中井下管串的电路图；

图2为本实用新型的原理框图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为引爆前本实用新型对引爆电路的监测电路图；

图5为引爆时本实用新型对电雷管的监测电路图；

图中标号为：1、220V交流电源连接器，2、24V适配器，3、正12V适配器，4、负12V适配器，5、电压采集电路，6、电压输出电路，7、限流保护电路，8、检测电阻，9、井下管串，10、磁定位器，11、电雷管，12、二极管，13、桥塞点火器，14、起爆仪，15、继电器，16、分压电路，17、油气井，18、选择开关，19、控制芯片，20、高压输入接头，21、高压输出接头，22、二极管极性检测接头，23、箱体。

具体实施方式

本实用新型公开了一种分簇射孔监测系统，包括控制芯片19、供电模块、电压采集电路5、电压输出电路6、继电器15、分压电路16、限流保护电路7和检测电阻8，所述供电模块分别为控制芯片19、电压采集电路5和电压输出电路6供电，所述控制芯片19分别与电压采集电路5、电压输出电路6和继电器15连接，所述电压输出电路6通过检测电阻8与井下管串9连接用于向井下管串9输入电流，所述限流保护电路7设置在电压输出电路6与检测电阻8之间用于限制电压输出电路6的输出电流，所述继电器15包括用于分别与起爆仪14和井下管串9连接的电压输入端和电压输出端，所述分压电路16连接在继电器15的电压输出端，所述电压采集电路5分别与检测电阻8和分压电路16连接，所述电压采集电路5用于分别采集检测电阻8两端的电压分压和分压电路16的电流电压（电雷管11起爆时的电压分压及起爆电流）。

本实用新型中，所述控制芯片19采用Stm32f103芯片，所述分压电路16包括输入端、输出端和检测端，输入端与继电器15电压输出端连接，输出端与供电模块中的电路板数字地连接，检测端与电压采集电路5连接。工作时，电压采集电路5通过检测端采集分压电路16中的电流电压。所述限流保护电路7包括限流输入端和限流输出端，限流输入端和限流输出端分别与电压输出电路6和检测电阻8连接，用于限制电压输出电路6向井下管串9的输出的电流。

本实用新型中，所述电压输出电路6包括正极和负极，电压输出电路6的正极通过检测电阻8与井下管串9连接，电压输出电路6的负极与油气井17连接，油气井17与井下管串9相接触。所述继电器15的电压输出端的正极和负极分别用于与井下管串9和油气井17连接。其中，在电压输出电路6通过检测电阻8向井下管串9输出电源时，继电器15的电压输出端与井下管串9之间是断开的，而在继电器15的电压输出端与井下管串9之间连通时，表明将引爆电雷管11，此时电压输出电路6与井下管串9之间是断开的。

本实用新型中，所述供电模块包括220V交流电源连接器1、24V电源适配器和和正12V适配器3和负12V适配器4，24V电源适配器的输入端与220V交流电源连接器1连接，输出端分别与正12V适配器3和负12V适配器4连接；所述供电模块分别通过正12V适配器3和负12V适配器4为控制芯片19、电压采集电路5和电压输出电路6供电。具体供电过程为，通过220V交流电源连接器1连接220V交流电源，交流电通过24V电源适配器将220V交流电转换为24V直流电，24V适配器2对正12V适配器3和负12V适配器4供电，将24V直流电转换为+12V、-12V直流电为系统供电。

本实用新型中，所述分簇射孔监测系统还包括箱体23，所述控制芯片19、供电模块、电压采集电路5、电压输出电路6、继电器15、分压电路16、限流保护电路7和检测电阻8均安装在箱体23内。所述箱体23内固定设置有保护板，所述控制芯片19、供电模块、电压采集电路5、电压输出电路6、继电器15、分压电路16、限流保护电路7和检测电阻8均位于保护板下方；所述保护板上设置有与电源模块连接的电源开关、与继电器15电压输入端连接的高压输入接头20、与继电器15电压输出端连接的高压输出接头21、以及与电压输出电路6正极和负极连接的二极管极性检测接头22；检测电阻8位于限流保护电路7与二极管极性检测接头22之间，继电器15通过高压输入接头20与起爆仪14连接，电压输出电路6用于在向井下管串9输出电流时通过二极管极性检测接头22与井下管串9和油气井17连接，继电器15用于在起爆时通过高压输出接头21与井下管串9和油气井17连接。

本实用新型在实际使用时与上位机配合使用，其包括引爆前对井下管串9中引爆电路的监测和引爆时对电雷管11起爆电压和电流的监测，具体如下：

1，引爆前对井下管串9中引爆电路的监测

先通过二极管极性检测接头22使电压输出电路6通过检测电阻8与井下管串9连通，并使继电器15与井下管串9断开，保证井下管器的安全。连通后由控制芯片19控制电压输出电路6从OV开始逐渐增大的电压，并将此电压通过检测电阻8传入井下管串9，再通过电压采集电路5监测并计算检测电阻8两端通过电雷管11的电流，其中：

a，如果通过电雷管11的电流小于+5mA，则电压输出电路6将输出电压增加0.1 V，如此往复直至计算到电流达到+5mA或电压输出电路6的输出电压达到12V。若存在一个电压可以使电流达到+5mA，则表示井下管串9中二极管12极性为正极。

b，如果通过电雷管11的电流大于-5mA，电压输出电路6将输出电压减小0.1 V，如此往复直至计算到电流达到-5mA或电压输出电路6的输出电压达到-12V。若存在一个电压可以使电流达到-5mA，则表示二极管12极性为负极。

c，如果电压输出电路6输出电压为6V±0.3V（-6V±0.3V）时计算传入井下管串9的电流达到5mA（-5mA），则表示管串线路短路；如果电压输出电路6输出电压同时满足为7V±0.3V时计算传入井下管串9的电流达到5mA，-7V±0.3V时计算传入井下管串9的电流达到-5mA，则表示正、负二极管12同时在线。

2，引爆时对电雷管11起爆电压和电流的监测

先使电压输出电路6与井下管串9断开，再通过高压输出接头21使继电器15与井下管串9连通，连通后操作起爆仪14将高压（250V-400V）传入井下管串9，此时电压采集电路5采用分压电路16上的高压分压及起爆电流，采集后通过上位机实时绘制引爆过程的电流、电压曲线，并自动将绘制曲线并保存。在地面根据该曲线即可判定是否引爆成功。