一种安全升压点火系统的制作方法

1.本发明涉及油气井射孔作业技术领域，具体而言，涉及一种安全升压点火系统。


背景技术：

2.射孔技术包括电缆输送射孔和无线电磁波射孔。电缆输送工艺射孔在大斜度井、水平井一般采用电缆泵送入工艺，需要电缆车和高压泵车车组。因此，地面设备昂贵，输送能力弱，射孔段较短。无线电磁波射孔虽然可以使用点火电路提高输送能力、增加射孔段，但由于用电电路与电源电路未隔离，易造成电雷管误爆。
3.有鉴于此，本说明书提供了一种安全升压点火系统，实现用电电路与电源的电气隔离，杜绝了电雷管被误引爆的风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种安全升压点火系统，包括，控制电路、输入电压开关电路、隔离升压电路、电压采样电路和点火开关电路；所述控制电路用于控制所述输入电压开关电路、所述隔离升压电路、所述电压采样电路和所述点火开关电路；所述输入电压开关电路用于确定是否为所述隔离升压电路加压；所述隔离升压电路用于隔离电池电压与所述点火开关电路；所述电压采样电路用于采样所述隔离升压电路中的储能电容的电压；所述点火开关电路用于引爆电雷管。
5.进一步的，所述控制电路包括端口power_control、pwm_detonator、pin_70v和pwm_trans；端口power_control用于控制所述输入电压开关电路的通断，以控制是否为所述升压电路加压；端口pwm_detonator用于控制加压完成后的升压电路向所述点火开关电路输出点火电压；端口pin_70v用于向所述点火开关电路输出点火指令；端口pwm_trans用于控制所述隔离升压电路的通断。
6.进一步的，所述控制电路的端口power_control输出高电平，使所述输入电压开关电路导通，以为所述隔离升压电路加压。
7.进一步的，所述点火指令为pwm波，所述pwm波的频率为1k、占空比为50％。
8.进一步的，当所述电压采样电路采样得到的所述储能电容的电压达到70v时，所述端口pin_70v输出点火指令。
9.进一步的，所述端口pwm_trans通过输出pwm波来控制所述隔离升压电路。
10.进一步的，所述输入电压开关电路包括电池、电阻、pmos管q2和三极管q1；所述控制电路通过端口power_control与电阻r4连接，所述电阻r4的另一端与电阻r5和所述三极管q1的基极连接；所述电阻r5的一端与所述电阻r4连接，另一端接地；所述三极管q1的基极与所述电阻r4连接，发射极接地，集电极与电阻r3连接；所述电阻r3的一端与所述三极管q1的集电极连接，另一端与电阻r2和所述pmos管q2的栅极连接；所述电阻r2的一端与所述电阻r3和所述pmos管q2的栅极连接，另一端与所述电池连接；所述pmos管q2的栅极与所述电阻r2和所述电阻r3连接、源极与所述电池连接，漏极与所述隔离升压电路连接。
11.进一步的，所述隔离升压电路包括电阻、电容、二极管、变压器t、瞬变电压抑制二极管tvs2、nmos管q3；所述控制电路通过端口pwm_trans与二极管d2的阴极连接，所述二极管d2的阳极和电阻r1和所述nmos管q3的栅极连接,电阻r8与所述二极管d2并联；所述电阻r1的一端所述二极管d2的阳极连接，另一端接地；所述nmos管q3的栅极与所述二极管d2的阳极连接，源极与电阻r7连接，漏极与变压器t的初级线圈的一端和二极管d1的阳极连接；所述电阻r7的一端与所述nmos管q3的源极连接，另一端接地；所述二极管d1的阳极与所述nmos管q3的漏极连接，阴极与电阻r6和电容c1连接；所述电阻r6的一端与所述输入电压开关电路和变压器t的初级线圈连接，另一端与所述二极管d1的阴极连接；所述电阻r6和所述电容c1并联；所述变压器t的初级线圈的一端与所述电阻r6和所述输入电压开关电路连接，另一端与所述nmos管q3的漏极和所述二极管d1的阳极连接；所述变压器t的次级线圈的一端与二极管d3的阳极连接，另一端接地；所述二极管d3的阳极与所述变压器t的次级线圈连接，阴极与所述瞬变电压抑制二极管tvs2连接；所述瞬变电压抑制二极管tvs2的一端与所述二极管d3的阴极、所述点火开关电路和所述电压采样电路连接，另一端接地；极性电容c3与所述瞬变电压抑制二极管tvs2并联，所述极性电容c3的负极接地。
12.进一步的，所述电压采样电路包括电阻、电容、稳压二极管d6和光电耦合器u1；所述控制电路通过端口pin_70v与电阻r13和电阻r14连接，所述电阻r13的另一端与电源连接，所述电阻r14的另一端与所述光电耦合器u1连接；所述光电耦合器u1的一端与所述电阻r14连接，另一端与所述稳压二极管d6的阳极和电阻r10连接；所述稳压二极管d6的阳极与所述光电耦合器u1和所述电阻r10连接，阴极与电阻r12连接；电容c8与所述稳压二极管d6并联；所述电阻r12的一端与所述稳压二极管d6的阴极连接，另一端与电阻r9、所述隔离升压电路和所述点火开关电路连接；所述电阻r9的一端与所述电阻r12、所述隔离升压电路和所述点火开关电路连接，另一端与所述稳压二极管d6的阳极和所述电阻r10连接；所述电阻r10的一端与所述稳压二极管d6的阳极连接，另一端接地。
13.进一步的，所述点火开关电路包括电容、二极管、电阻、nmos管q4和电雷管；所述控制电路通过端口pwm_detonator与电容c7连接，所述电容c7的另一端与二极管d4的阳极连接；所述二极管d4的阳极与所述电容c7连接，阴极与电容c12和所述nmos管q4的栅极连接；所述电容c12的一端与二极管d4的阴极连接，另一端接地；电阻r16与所述电容c12并联；所述nmos管q4的栅极与所述二极管d4的阴极和所述电容c12连接，源极接地，漏极与所述电雷管连接；所述电雷管的一端与所述nmos管q4的漏极连接，另一端与所述隔离升压电路和所述电压采样电路连接。
14.本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
15.本发明所公开的安全升压点火系统，通过设计多重隔离电路，可以保证在地面装配和下井过程中电雷管被完全隔离，确保作业人员和油气井安全。
16.在点火条件成立后隔离升压电路中的储能电容才输出大电流引爆电雷管，提高了系统的可靠性和安全性。
17.由于引爆电雷管完成射孔后，射孔枪进水可能导致与电雷管连接的电压输出端两脚线短路，因此设置有多重隔离的安全升压点火系统能有效将输出端与电池隔离，避免电池短路烧毁的风险。
18.点火开关电路采用pwm波指令控制点火电压输出，能有效防止在储能电容c3充电
过程中，由于干扰信号或电路故障造成的误触发，避免电雷管半爆。
附图说明
19.图1为本发明一些实施例提供的一种安全升压点火系统的应用场景图；
20.图2为本发明一些实施例提供的一种安全升压点火系统的电路图；
21.图标：110-上位机、120-控制箱、130-发射天线、130-1-发射天线的一个信号发送端、130-2-发射天线的另一个信号发送端、140-油管、150-套管、160-第三井下设备、170-第二井下设备、180-第一井下设备、190-定位设备。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.图1为本发明一些实施例提供的一种安全升压点火系统的应用场景图。
24.如图1所示，安全升压点火系统的应用场景图可以包括地面控制系统和井下设备串。地面控制系统可以向井下设备串提供无线信号，无线信号中包含有控制指令；井下设备串可以接收该无线信号，并解码得到控制指令，并根据控制指令完成操作。
25.地面控制系统可以包括上位机110、控制箱120和发射天线130。用户可以通过上位机110发出控制指令。例如，用户可以通过上位机发出点火指令，以指示井下设备进行射孔作业。控制箱120可以将上位机110中的控制指令编码为无线信号。例如，控制箱120可以将点火指令编码为无线电磁波信号。发射天线130可以用于将编码好的无线信号发送出去。在一些实施例中，发射天线130可以从控制箱120引出，发射天线的一个信号发送端130-1通过接地桩接地，发射天线的另一个信号发送端130-2连接油管140，形成地面发射系统。
26.井下设备串可以包括第一井下设备180、第二井下设备170、第三井下设备160和定位设备190。井下设备串可以沿油管140的轴向设置，然后将油管140放入套管150，以将井下设备串放入井下。在进行射孔作业时，也可以通过移动油管140调整井下设备串的位置，以实现一次下管，多深度射孔。井下设备可以实现一次射孔，多个井下设备可以实现多次射孔。例如，地面控制箱系统可以向某个井下设备发送控制指令，对应井下设备接收该控制指令，并执行操作。例如，发射天线可以向第一井下设备发送点火指令，第一井下设备可以根据该点火指令，控制安全升压点火系统点火。其中，安全升压点火系统设置在井下设备上，控制电路可以控制解码电路将接收到的无线电磁波信号解码，得到点火指令，然后基于点火指令控制输入电压开关电路、隔离升压电路、点火开关电路和电压采样电路。定位设备190可以用于确保井下设备在套管内居中。
27.图2为本发明一些实施例提供的一种安全升压点火系统的电路图。
28.如图2所示，安全升压点火系统可以包括控制电路、输入电压开关电路、隔离升压电路、电压采样电路和点火开关电路。控制电路用于控制输入电压开关电路、隔离升压电路、电压采样电路和点火开关电路。控制电路可以基于接收到的地面控制系统的点火指令，控制上述多个电路进行工作，引爆电雷管实现射孔作业。例如，地面控制系统发送第一点火
指令，第一井下设备接收到第一点火指令后可以引爆第一井下设备中的电雷管。
29.控制电路包括端口power_control、pwm_detonator、pin_70v和pwm_trans。端口power_control用于控制所述输入电压开关电路的通断，以控制是否为所述升压电路加压。端口pwm_detonator用于控制加压完成后的升压电路向所述点火开关电路输出点火电压。端口pin_70v用于向所述点火开关电路输出点火指令。端口pwm_trans用于控制所述隔离升压电路的通断。
30.例如，当井下设备接收到点火指令时，端口power_control输出高电平使输入电压开关电路中的pmos管q2导通，控制电路pwm_trans接口输出设定频率和占空比的pwm波，控制隔离升压电路中的nmos管q3通断，使得变压器t将输入电压开关电路中的32v电池电压升高，通过二极管d3给储能电容c3充电，当电压采样电路检测到储能电容c3的电压达到70v，控制电路pin_70v接口输出频率1k占空比50％的pwm波点火指令，通过控制点火开关电路中的电容c7耦合到二极管d4，给电容c12充电，提供栅极开启电压使q4导通，使储能电容c3上的70v电压输出到大电阻电雷管，引爆电雷管，完成一次射孔作业。
31.本说明书中的一些实施例通过在电池和电雷管之间设置输入电压开关电路、隔离升压电路和点火开关电路，可以确保在下井过程中，电池能量与电雷管的绝对隔离，避免误点火风险。另外，通过设置电压采样电路采集储能电容的电压，当电压符合预设条件时再引爆电雷管，可以保证在进行射孔作业时能提供可靠稳定的点火能量引爆电雷管。
32.输入电压开关电路用于确定是否为隔离升压电路加压。输入电压开关电路包括电池、电阻、pmos管q2和三极管q1。控制电路通过端口power_control与电阻r4连接，电阻r4的另一端与电阻r5和三极管q1的基极连接。电阻r5的一端与电阻r4连接，另一端接地。三极管q1的基极与电阻r4连接，发射极接地，集电极与电阻r3连接。电阻r3的一端与三极管q1的集电极连接，另一端与电阻r2和pmos管q2的栅极连接。电阻r2的一端与电阻r3和pmos管q2的栅极连接，另一端与电池连接。pmos管q2的栅极与电阻r2和电阻r3连接，源极与电池连接，漏极与隔离升压电路连接。
33.例如，当端口power_control输出高电平时，输入电压开关电路中的pmos管q2导通。
34.本说明书中的一些实施例通过在输入电压开关电路中设置pmos管q2实现电池电压与电雷管的第一次隔离，使得可以根据指示引爆电雷管。
35.隔离升压电路用于隔离电池电压与点火开关电路。隔离升压电路包括电阻、电容、二极管、变压器t、瞬变电压抑制二极管tvs2、nmos管q3。控制电路通过端口pwm_trans与二极管d2的阴极连接，二极管d2的阳极和电阻r1和nmos管q3的栅极连接,电阻r8与二极管d2并联。电阻r1的一端二极管d2的阳极连接，另一端接地。nmos管q3的栅极与二极管d2的阳极连接，源极与电阻r7连接，漏极与变压器t的初级线圈的一端和二极管d1的阳极连接。电阻r7的一端与nmos管q3的源极连接，另一端接地。二极管d1的阳极与nmos管q3的漏极连接，阴极与电阻r6和电容c1连接。电阻r6的一端与输入电压开关电路和变压器t的初级线圈连接，另一端与二极管d1的阴极连接。电阻r6和电容c1并联。变压器t的初级线圈的一端与电阻r6和输入电压开关电路连接，另一端与nmos管q3的漏极和二极管d1的阳极连接。变压器t的次级线圈的一端与二极管d3的阳极连接，另一端接地。二极管d3的阳极与变压器t的次级线圈连接，阴极与瞬变电压抑制二极管tvs2连接。瞬变电压抑制二极管tvs2的一端与二极管d3
的阴极、点火开关电路和电压采样电路连接，另一端接地。极性电容c3与瞬变电压抑制二极管tvs2并联，极性电容c3的负极接地。
36.例如，当输入电压开关电路中的pmos管q2导通时，控制电路的端口pwm_trans可以输出预设频率和占空比的pwm波，控制隔离升压电路中的nmos管q3通断，使得变压器t将输入电压开关电路中的32v电池电压升高，并通过二极管d3给储能电容c3充电。
37.本说明书中的一些实施例通过在隔离升压电路中设置变压器t实现电池与电雷管的第二次隔离，可以防止电雷管的误爆。
38.电压采样电路用于采样所述隔离升压电路中的储能电容的电压。电压采样电路包括电阻、电容、稳压二极管d6和光电耦合器u1。控制电路通过端口pin_70v与电阻r13和电阻r14连接，电阻r13的另一端与电源连接，电阻r14的另一端与光电耦合器u1连接。光电耦合器u1的一端与电阻r14连接，另一端与稳压二极管d6的阳极和电阻r10连接。稳压二极管d6的阳极与光电耦合器u1和电阻r10连接，阴极与电阻r12连接；电容c8与稳压二极管d6并联。电阻r12的一端与稳压二极管d6的阴极连接，另一端与电阻r9、隔离升压电路和点火开关电路连接。电阻r9的一端与电阻r12、隔离升压电路和点火开关电路连接，另一端与稳压二极管d6的阳极和电阻r10连接。电阻r10的一端与稳压二极管d6的阳极连接，另一端接地。
39.例如，电压采样电路可以采集储能电容c3的电压，当电压采样电路检测到储能电容c3的电压达到70v，控制电路pin_70v接口输出频率1k占空比50％的pwm波点火指令。
40.本说明书中的一些实施例通过设置电压采样电路可以采集储能电容c3的电压，以保证拥有足够的能量引爆电雷管。而且电压采样电路中的光耦合器u1也可以实现电压采样电路与电池的隔离，避免电路损坏。
41.在一些实施例中，点火时可能会出现多次点火而电雷管未被引爆的情况，由于未引爆电雷管，储能电容c3仍处于高压状态，为了后续故障处理和施工人员的人身安全，由电阻r9和r10组成放电回路，以将处于高电压状态下的储能电容c3的电压降到安全电压以下。
42.点火开关电路用于引爆电雷管。点火开关电路包括电容、二极管、电阻、nmos管q4和电雷管。控制电路通过端口pwm_detonator与电容c7连接，电容c7的另一端与二极管d4的阳极连接。二极管d4的阳极与电容c7连接，阴极与电容c12和nmos管q4的栅极连接。电容c12的一端与二极管d4的阴极连接，另一端接地；电阻r16与电容c12并联。nmos管q4的栅极与二极管d4的阴极和电容c12连接，源极接地，漏极与电雷管连接。电雷管的一端与nmos管q4的漏极连接，另一端与隔离升压电路和电压采样电路连接。
43.例如，当控制电路输出点火指令后，控制电路控制点火开关电路中的电容c7耦合到二极管d4，给电容c12充电，提供栅极开启电压使q4导通，使储能电容c3上的70v电压输出到大电阻电雷管，引爆电雷管，完成一次射孔作业。
44.本说明书中的一些实施例通过在点火开关电路中设置耦合电容c7，可以实现电池端直流与电雷管的隔离，进一步防止了电雷管误爆，确保了作业人员和油气井的安全。
45.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。