R-VSP深井遙爆系統(tǒng)的研制

趙金良 李秀芝 馮躍軍 張慧霞 陳述華

(勝利石油管理局物探公司儀器管理中心 山東東營)

R-VSP深井遙爆系統(tǒng)的研制

趙金良 李秀芝 馮躍軍 張慧霞 陳述華

(勝利石油管理局物探公司儀器管理中心 山東東營)

在探索類項目R-VSP(深井逆VSP)項目中,雷管的可靠激發(fā)是項目的技術(shù)難點之一。文章根據(jù)施工需要,系統(tǒng)分析研制了專用遙爆系統(tǒng),為該項目提供了可靠的技術(shù)設(shè)備支持。

R-VSP;遙爆;研制

0 引 言

在勝利油田物探公司實施的探索類項目R-VSP(深井逆VSP)項目中,雷管的激發(fā)問題是項目成敗的首要難點,勝利物探儀器管理中心承擔了此項攻關(guān)任務(wù)。通過多方調(diào)研及對國內(nèi)外勘探遙爆情況查詢,經(jīng)大量實驗、論證,最終研制出了深井遙爆系統(tǒng)。到目前為止,通過多個施工工區(qū)使用,該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠,能夠滿足R-VSP項目需要,提供了技術(shù)設(shè)備的支持。

1 遙爆系統(tǒng)原理分析[1]

遙爆系統(tǒng)由編碼器和譯碼器組成。在物探施工中,編碼器固定在采集儀器主機上,譯碼器放置在炮點附近,與引爆炸藥的雷管相連。儀器主機通過編碼器發(fā)送指令控制譯碼器引爆井中的雷管(譯碼器能產(chǎn)生高電壓,此電壓經(jīng)炮線施加在雷管上,使雷管中有瞬間大電流通過而起爆)。在成功引爆雷管的同時,譯碼器向儀器主機反饋一個驗證TB信號。普通勘探施工中,現(xiàn)有的遙爆系統(tǒng)BOOMBOX、SHOTPRO(勝利物探公司主要使用這兩種遙爆系統(tǒng))等均能可靠引爆普通雷管。

在擬實施的深井R-VSP項目中,井深2 000 m左右,所使用電纜長5 000 m。其主要特點為:(1)炮線大幅加長,由普通勘探施工的70 m～100 m左右加長為5 000 m以上;炮線所處環(huán)境溫度提高,導(dǎo)致電阻率增大。以上原因最終導(dǎo)致所使用炮線電阻大幅增大。(2)由于普通雷管因耐高溫、高壓能力不夠,采用了專用雷管。專用雷管的所需激發(fā)電流幅度及作用時間大于普通雷管。

由于以上兩點原因,現(xiàn)有的遙爆系統(tǒng)BOOMBOX、SHOTPRO等均不能引爆深井中的雷管,必須研制專用的新型遙爆系統(tǒng)。

2 新型遙爆系統(tǒng)的研制[2]

經(jīng)實際測量,在常溫下,R-VSP項目中使用的炮線每條芯電阻值為200Ω左右,而普通勘探使用炮線的阻值為15Ω左右。要保證雷管被可靠激發(fā),由I=可知,必須大幅提高遙爆系統(tǒng)的輸出電壓。同時,要加大激發(fā)電流的作用時間,必須增大高壓儲能電容容量。

經(jīng)技術(shù)人員共同研究,初步?jīng)Q定新型遙爆系統(tǒng)的設(shè)計思路為:依靠現(xiàn)有遙爆系統(tǒng)的同步部分作為激發(fā)信號以確保激發(fā)同步,同時設(shè)計新的高壓輸出電路。

新型遙爆系統(tǒng)的基本要求:(1)提高輸出電壓,以加大通過雷管的瞬間電流;(2)加大高壓保持時間,以加大電流在雷管的作用時間;(3)確保嚴格按儀器主機指令同步激發(fā)。新型遙爆系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1 新型遙爆系統(tǒng)工作流程圖

工作流程為:激發(fā)系統(tǒng)、現(xiàn)有遙爆系統(tǒng)充電完畢后,等待編碼器起爆信號。起爆信號傳來時,現(xiàn)有遙爆系統(tǒng)將起爆信號傳給激發(fā)系統(tǒng),激發(fā)系統(tǒng)接收到起爆信號后立即起爆雷管。同時,現(xiàn)有遙爆系統(tǒng)通過模擬電阻(現(xiàn)有遙爆系統(tǒng)接模擬電阻是為了產(chǎn)生驗證TB信號)釋放本身電容電荷,產(chǎn)生驗證TB信號給儀器。

圖2 激發(fā)系統(tǒng)工作原理圖

激發(fā)系統(tǒng)電路原理如圖2所示。先按下SW1,則J1與J 2吸合。此時,K11、K12閉合 ,高壓模塊被加電;同時,K21、K22閉合,給電容充電。整個充電過程由電壓表頭監(jiān)視。當充到指定電壓值時,自動停止充電。此時,按下SW2,J3吸合,K31、K32位置發(fā)生變換,由常閉點導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為常開點導(dǎo)通,使雷管與可控硅連接,等待起爆信號。當有起爆信號自爆炸機傳來時,可控硅SCR1導(dǎo)通,高壓模塊和電容同時向雷管放電,激發(fā)雷管。雷管引爆后,SCR1自動截止。此時釋放SW2,J3斷開,K31、K32恢復(fù)到常閉點閉合狀態(tài)。然后,釋放SW1,J1與J2斷開,高壓模塊斷電,電容上剩余電荷通過R3釋放。

針對施工中存在的各種不安全因素,設(shè)計了專門的保護電路。

1)預(yù)防雷管意外被引爆電路。當電容充電后,如可控硅發(fā)生故障而導(dǎo)通,將意外引爆雷管。為此,設(shè)計了保護線L1。在起爆開關(guān)SW2按下前,J3不吸合,K31、K32處于常閉位置,確保了雷管兩端被短路。

2)高壓電容放電電路。如電容放電不充分或沒被放電,電容兩端將有800 V左右高壓,有可能對操作者造成電擊。為此,設(shè)計了放電電阻R1,當充電開關(guān)SW1釋放時,J1釋放,K11、K12恢復(fù)到常閉點,通過R1將電容上剩余電荷迅速放掉,使電容兩端(在非引爆時刻)始終保持零電位。

3 新型遙爆系統(tǒng)主要技術(shù)特點[3]

1)能夠產(chǎn)生驗證TB信號;2)同步性能良好,基本不存在延時(納秒級);3)具有完善的安全保護措施,不存在安全隱患;4)設(shè)備本身性能穩(wěn)定、可靠;5)對所使用電纜不會造成任何損壞;6)系統(tǒng)的輸出能力為:輸出電流1 A能夠保持10 ms,完全能夠滿足專用雷管的激發(fā)需要。

4 實驗及使用情況

1)新型遙爆系統(tǒng)室內(nèi)實驗

電路設(shè)計完畢后,首先進行了室內(nèi)實驗。充分考慮到電纜電阻、繞在支架上產(chǎn)生的電感效應(yīng)及線間電容效應(yīng),用電阻值為200Ω的炮線纏繞成盤,模擬實際使用電纜(擬采用的炮線阻值為200Ω,纏繞在支架上)進行了實驗。

實驗用保險絲做負載,通過調(diào)整電壓及電容值,進行了系列實驗。實驗結(jié)果為:新型遙爆系統(tǒng)高壓電路輸出電壓800 V、電容為400μF時,能快速引爆雷管,延時符合要求。

根據(jù)實驗結(jié)果,充分考慮所使用電纜耐壓能力,最終確定:新型遙爆系統(tǒng)的高壓電路輸出電壓為800 V,電容值為400μF。

2)野外實驗

為證實新型遙爆系統(tǒng)是否能可靠工作,室內(nèi)試驗完成后,用施工電纜及專用雷管進行了實物連接實驗(使用SHOTPRO遙爆系統(tǒng))。

實驗結(jié)果:新型遙爆系統(tǒng)通過一對線芯能同時可靠引爆4只專用雷管,且延時符合要求。

3)新型遙爆系統(tǒng)研制成功后,先后在三個工區(qū)投入使用,完成大量施工(R-VSP)任務(wù)。

5 結(jié) 論

R-VSP深井遙爆系統(tǒng)的研制成功,成功解決了R-VSP深井施工的技術(shù)難題,確保了R-VSP項目的正常開展。幾年來,在不同的工區(qū)完成了大量RVSP施工任務(wù),取得了比較滿意的勘探資料。

[1] 李 平,邢養(yǎng)榮,張小柱.石油儀器[J].石油儀器,2008,(6)

[2] 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2001

[3] 東方地球物理公司.Shot pro遙控爆炸系統(tǒng)操作、原理與維修.2006(資料)

Development of a new energy saving generator.

Zhou Ji and Bian Qian.

The energy saving generator is a common device in oil drilling equipment,but,current energy saving generator can not dynamically adjust voltage and frequency of the generator.This paper describes a new energy saving generator,which develops by AC-excited doubly-fed generator theory.Thus,the paper discusses problems in practical applications,provides a way to solve the problems.Meanwhile,the practical energy-saving measure is carried out in order to achieve greater energy savings.

energy saving generator;AC excitation doubly-fed generator;variable speed constant frequency;discuss;energy saving

P631.8+3

B

1004-9134(2011)05-0016-02

趙金良,男,1965年生,高級工程師,1988年畢業(yè)于浙江工學(xué)院,現(xiàn)在勝利石油管理局物探公司儀器管理中心工作。郵編:257000

2011-04-21編輯梁保江)

PI,2011,25(5):18～21

·儀器設(shè)備·