油管輸送射孔無線起爆技術(shù)研究

摘要：針對油管輸送射孔特殊井，常規(guī)起爆方式無法實(shí)現(xiàn)的起爆難題，開展無線起爆射孔技術(shù)研究。針對井下聲波傳輸特性研制出無線起爆樣機(jī)。從組成、技術(shù)指標(biāo)兩方面介紹無線起爆樣機(jī)，通過信號的編碼形式、傳輸方法及解碼控制方法三個(gè)方面闡述無線起爆技術(shù)原理。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，井下接收器成功接收到聲波信號，但對信號傳輸規(guī)律和信號源傳輸能力仍需進(jìn)一步研究探索，對激振器、信號編碼形式進(jìn)行改進(jìn)。通過繼續(xù)現(xiàn)場試驗(yàn)，無線起爆技術(shù)有望獲得成功。

關(guān)鍵詞：無線起爆；聲波傳輸；編碼解碼

前言

國外的油井聲波無線數(shù)據(jù)傳輸、控制等已經(jīng)是成熟技術(shù)，傳輸井深度達(dá)2000米以上，如果將這項(xiàng)技術(shù)與國內(nèi)油田的試油測試、射孔起爆等結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)對井下開關(guān)井進(jìn)行無線控制，可以解決管輸射孔常規(guī)起爆方式無法實(shí)現(xiàn)的起爆難題。

目前油管輸送式射孔方式現(xiàn)有的投棒撞擊起爆、套管加壓起爆、油管加壓起爆方式，無法滿足一些特殊施工井的起爆需求，例如：補(bǔ)孔井油管輸送射孔與下泵聯(lián)合作業(yè)井況，既不能加壓起爆又不能投棒起爆；射孔測試聯(lián)作工藝施工時(shí)，由于MFE測試工具的存在，若采用壓力起爆，當(dāng)井口加壓值過高時(shí)，會對封隔器造成損壞，影響試油資料錄取的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測試失敗。因此掌握聲波無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對井下工具無線控制，可以滿足試油、射孔工藝需求，降低了施工成本，提高射孔施工效率。

1.井下聲波傳輸特性

1.1聲波沿油管柱傳播的頻率特性

油管柱是由相互連接起來的鋼介質(zhì)油管和接箍組成的。管柱的一端為螺紋，另一端為螺扣。連接部分的接箍直徑都大于油管直徑，相互連接起來的鋼介質(zhì)油管就組成了具有周期性結(jié)構(gòu)的油管柱。聲波在油管柱中以相同的機(jī)制傳播，理論研究發(fā)現(xiàn)，油管柱的這種結(jié)構(gòu)特征使得它在信號傳輸中呈現(xiàn)出梳狀濾波器的結(jié)構(gòu)特性，相當(dāng)于聲波通過了一個(gè)帶通濾波器，其結(jié)果表現(xiàn)為：聲波在某些頻帶上能通過，且衰減很少，形成了通帶，而在某些頻帶上則因衰減嚴(yán)重而無法通過，形成了阻帶。即在頻譜上呈現(xiàn)通帶與阻帶相交替的梳狀濾波器結(jié)構(gòu)特性。這種復(fù)雜的頻譜特性對選擇傳輸信號的合適頻率非常重要。

1.2聲波沿油管柱傳播的衰減特性

聲波在油管柱中傳播時(shí)，其信號強(qiáng)度會逐漸衰減，接箍、聲波頻率和周圍介質(zhì)的阻尼是造成衰減的主要原因。通常情況下，聲波信號的傳播衰減可以分為下面三中形式，一是油管內(nèi)部吸收式衰減；二是接箍處擴(kuò)射式衰減；三是散射式衰減；

其中，吸收式衰減實(shí)質(zhì)上是聲波在沿油管柱傳播時(shí)，所發(fā)生的衰減是能量的轉(zhuǎn)換：一部分轉(zhuǎn)換成了熱能；而另一部分則轉(zhuǎn)換成了分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)所需的能量【1】。

2.無線起爆樣機(jī)

針對井下聲波傳輸特性，研制了無線起爆樣機(jī)，該起爆樣機(jī)由空氣壓縮機(jī)、控制器、氣動(dòng)激振器、井下接收器及導(dǎo)氣管組成。

空氣壓縮機(jī)技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速1080r/min，排量0.36m3/min，額定排氣壓力1.25MPa，匹配功率3.0kW。

氣動(dòng)激振器技術(shù)指標(biāo)：振動(dòng)頻率10-20Hz，激振力幅10500N。

3.無線起爆原理

傳輸方法：由無線控制器對空氣壓縮機(jī)的氣源進(jìn)行編碼，控制氣動(dòng)激振器發(fā)出聲波編碼信號，經(jīng)油管傳輸?shù)诌_(dá)井下接收器所在位置，井下接收器接收編碼信號，識別后執(zhí)行引爆命令（模擬起爆，紅燈亮），同時(shí)采集并存儲收到的原始數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。

編碼形式：一組信號由8位二進(jìn)制編碼組成，每位編碼脈寬5s，間隔15s，氣動(dòng)激振器頻率10-20Hz。在5s內(nèi)氣動(dòng)激振器振動(dòng)，編碼為1，否則編碼為0。

解碼控制方法：井下接收器接收信號，若接收到的信號振動(dòng)頻率大于10Hz，則編碼識別為1，否則為0。若識別出的編碼信號與接收器設(shè)定的編碼信號一致，則執(zhí)行模擬起爆命令（紅燈亮）。一組信號對應(yīng)井下一個(gè)接收器。

4.結(jié)論

無線傳輸射孔起爆技術(shù)，經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，成功接收到聲波信號，但由于現(xiàn)場試驗(yàn)次數(shù)少，對信號傳輸規(guī)律的掌握和信號源傳輸能力的設(shè)計(jì)，還需進(jìn)一步研究試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]何燕俠《井下聲波傳輸信號檢測技術(shù)研究》西安石油大學(xué)

作者簡介：姜舸，男，現(xiàn)任職于大慶油田有限公司試油試采分公司射孔大隊(duì)儀器操作.

（作者單位：大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司）