R-VSP深井遥爆系统的研制

赵金良 李秀芝 冯跃军 张慧霞 陈述华

(胜利石油管理局物探公司仪器管理中心 山东东营)

R-VSP深井遥爆系统的研制

赵金良 李秀芝 冯跃军 张慧霞 陈述华

(胜利石油管理局物探公司仪器管理中心 山东东营)

在探索类项目R-VSP(深井逆VSP)项目中,雷管的可靠激发是项目的技术难点之一。文章根据施工需要,系统分析研制了专用遥爆系统,为该项目提供了可靠的技术设备支持。

R-VSP;遥爆;研制

0 引 言

在胜利油田物探公司实施的探索类项目R-VSP(深井逆VSP)项目中,雷管的激发问题是项目成败的首要难点,胜利物探仪器管理中心承担了此项攻关任务。通过多方调研及对国内外勘探遥爆情况查询,经大量实验、论证,最终研制出了深井遥爆系统。到目前为止,通过多个施工工区使用,该系统性能稳定可靠,能够满足R-VSP项目需要,提供了技术设备的支持。

1 遥爆系统原理分析[1]

遥爆系统由编码器和译码器组成。在物探施工中,编码器固定在采集仪器主机上,译码器放置在炮点附近,与引爆炸药的雷管相连。仪器主机通过编码器发送指令控制译码器引爆井中的雷管(译码器能产生高电压,此电压经炮线施加在雷管上,使雷管中有瞬间大电流通过而起爆)。在成功引爆雷管的同时,译码器向仪器主机反馈一个验证TB信号。普通勘探施工中,现有的遥爆系统BOOMBOX、SHOTPRO(胜利物探公司主要使用这两种遥爆系统)等均能可靠引爆普通雷管。

在拟实施的深井R-VSP项目中,井深2 000 m左右,所使用电缆长5 000 m。其主要特点为:(1)炮线大幅加长,由普通勘探施工的70 m～100 m左右加长为5 000 m以上;炮线所处环境温度提高,导致电阻率增大。以上原因最终导致所使用炮线电阻大幅增大。(2)由于普通雷管因耐高温、高压能力不够,采用了专用雷管。专用雷管的所需激发电流幅度及作用时间大于普通雷管。

由于以上两点原因,现有的遥爆系统BOOMBOX、SHOTPRO等均不能引爆深井中的雷管,必须研制专用的新型遥爆系统。

2 新型遥爆系统的研制[2]

经实际测量,在常温下,R-VSP项目中使用的炮线每条芯电阻值为200Ω左右,而普通勘探使用炮线的阻值为15Ω左右。要保证雷管被可靠激发,由I=可知,必须大幅提高遥爆系统的输出电压。同时,要加大激发电流的作用时间,必须增大高压储能电容容量。

经技术人员共同研究,初步决定新型遥爆系统的设计思路为:依靠现有遥爆系统的同步部分作为激发信号以确保激发同步,同时设计新的高压输出电路。

新型遥爆系统的基本要求:(1)提高输出电压,以加大通过雷管的瞬间电流;(2)加大高压保持时间,以加大电流在雷管的作用时间;(3)确保严格按仪器主机指令同步激发。新型遥爆系统工作流程如图1所示。

图1 新型遥爆系统工作流程图

工作流程为:激发系统、现有遥爆系统充电完毕后,等待编码器起爆信号。起爆信号传来时,现有遥爆系统将起爆信号传给激发系统,激发系统接收到起爆信号后立即起爆雷管。同时,现有遥爆系统通过模拟电阻(现有遥爆系统接模拟电阻是为了产生验证TB信号)释放本身电容电荷,产生验证TB信号给仪器。

图2 激发系统工作原理图

激发系统电路原理如图2所示。先按下SW1,则J1与J 2吸合。此时,K11、K12闭合 ,高压模块被加电;同时,K21、K22闭合,给电容充电。整个充电过程由电压表头监视。当充到指定电压值时,自动停止充电。此时,按下SW2,J3吸合,K31、K32位置发生变换,由常闭点导通转换为常开点导通,使雷管与可控硅连接,等待起爆信号。当有起爆信号自爆炸机传来时,可控硅SCR1导通,高压模块和电容同时向雷管放电,激发雷管。雷管引爆后,SCR1自动截止。此时释放SW2,J3断开,K31、K32恢复到常闭点闭合状态。然后,释放SW1,J1与J2断开,高压模块断电,电容上剩余电荷通过R3释放。

针对施工中存在的各种不安全因素,设计了专门的保护电路。

1)预防雷管意外被引爆电路。当电容充电后,如可控硅发生故障而导通,将意外引爆雷管。为此,设计了保护线L1。在起爆开关SW2按下前,J3不吸合,K31、K32处于常闭位置,确保了雷管两端被短路。

2)高压电容放电电路。如电容放电不充分或没被放电,电容两端将有800 V左右高压,有可能对操作者造成电击。为此,设计了放电电阻R1,当充电开关SW1释放时,J1释放,K11、K12恢复到常闭点,通过R1将电容上剩余电荷迅速放掉,使电容两端(在非引爆时刻)始终保持零电位。

3 新型遥爆系统主要技术特点[3]

1)能够产生验证TB信号;2)同步性能良好,基本不存在延时(纳秒级);3)具有完善的安全保护措施,不存在安全隐患;4)设备本身性能稳定、可靠;5)对所使用电缆不会造成任何损坏;6)系统的输出能力为:输出电流1 A能够保持10 ms,完全能够满足专用雷管的激发需要。

4 实验及使用情况

1)新型遥爆系统室内实验

电路设计完毕后,首先进行了室内实验。充分考虑到电缆电阻、绕在支架上产生的电感效应及线间电容效应,用电阻值为200Ω的炮线缠绕成盘,模拟实际使用电缆(拟采用的炮线阻值为200Ω,缠绕在支架上)进行了实验。

实验用保险丝做负载,通过调整电压及电容值,进行了系列实验。实验结果为:新型遥爆系统高压电路输出电压800 V、电容为400μF时,能快速引爆雷管,延时符合要求。

根据实验结果,充分考虑所使用电缆耐压能力,最终确定:新型遥爆系统的高压电路输出电压为800 V,电容值为400μF。

2)野外实验

为证实新型遥爆系统是否能可靠工作,室内试验完成后,用施工电缆及专用雷管进行了实物连接实验(使用SHOTPRO遥爆系统)。

实验结果:新型遥爆系统通过一对线芯能同时可靠引爆4只专用雷管,且延时符合要求。

3)新型遥爆系统研制成功后,先后在三个工区投入使用,完成大量施工(R-VSP)任务。

5 结 论

R-VSP深井遥爆系统的研制成功,成功解决了R-VSP深井施工的技术难题,确保了R-VSP项目的正常开展。几年来,在不同的工区完成了大量RVSP施工任务,取得了比较满意的勘探资料。

[1] 李 平,邢养荣,张小柱.石油仪器[J].石油仪器,2008,(6)

[2] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2001

[3] 东方地球物理公司.Shot pro遥控爆炸系统操作、原理与维修.2006(资料)

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

赵金良,男,1965年生,高级工程师,1988年毕业于浙江工学院,现在胜利石油管理局物探公司仪器管理中心工作。邮编:257000

2011-04-21编辑梁保江)

PI,2011,25(5):18～21

·仪器设备·