油管输送射孔无线起爆技术研究

2018-04-25 06:13姜舸

科学与技术 2018年12期

摘要：针对油管输送射孔特殊井，常规起爆方式无法实现的起爆难题，开展无线起爆射孔技术研究。针对井下声波传输特性研制出无线起爆样机。从组成、技术指标两方面介绍无线起爆样机，通过信号的编码形式、传输方法及解码控制方法三个方面阐述无线起爆技术原理。经过现场试验，井下接收器成功接收到声波信号，但对信号传输规律和信号源传输能力仍需进一步研究探索，对激振器、信号编码形式进行改进。通过继续现场试验，无线起爆技术有望获得成功。

关键词：无线起爆；声波传输；编码解码

前言

国外的油井声波无线数据传输、控制等已经是成熟技术，传输井深度达2000米以上，如果将这项技术与国内油田的试油测试、射孔起爆等结合起来，可以实现对井下开关井进行无线控制，可以解决管输射孔常规起爆方式无法实现的起爆难题。

目前油管输送式射孔方式现有的投棒撞击起爆、套管加压起爆、油管加压起爆方式，无法满足一些特殊施工井的起爆需求，例如：补孔井油管输送射孔与下泵联合作业井况，既不能加压起爆又不能投棒起爆；射孔测试联作工艺施工时，由于MFE测试工具的存在，若采用压力起爆，当井口加压值过高时，会对封隔器造成损坏，影响试油资料录取的准确性，导致测试失败。因此掌握声波無线传输技术，实现对井下工具无线控制，可以满足试油、射孔工艺需求，降低了施工成本，提高射孔施工效率。

1.井下声波传输特性

1.1声波沿油管柱传播的频率特性

油管柱是由相互连接起来的钢介质油管和接箍组成的。管柱的一端为螺纹，另一端为螺扣。连接部分的接箍直径都大于油管直径，相互连接起来的钢介质油管就组成了具有周期性结构的油管柱。声波在油管柱中以相同的机制传播，理论研究发现，油管柱的这种结构特征使得它在信号传输中呈现出梳状滤波器的结构特性，相当于声波通过了一个带通滤波器，其结果表现为：声波在某些频带上能通过，且衰减很少，形成了通带，而在某些频带上则因衰减严重而无法通过，形成了阻带。即在频谱上呈现通带与阻带相交替的梳状滤波器结构特性。这种复杂的频谱特性对选择传输信号的合适频率非常重要。

1.2声波沿油管柱传播的衰减特性

声波在油管柱中传播时，其信号强度会逐渐衰减，接箍、声波频率和周围介质的阻尼是造成衰减的主要原因。通常情况下，声波信号的传播衰减可以分为下面三中形式，一是油管内部吸收式衰减；二是接箍处扩射式衰减；三是散射式衰减；

其中，吸收式衰减实质上是声波在沿油管柱传播时，所发生的衰减是能量的转换：一部分转换成了热能；而另一部分则转换成了分子内部运动所需的能量【1】。

2.无线起爆样机

针对井下声波传输特性，研制了无线起爆样机，该起爆样机由空气压缩机、控制器、气动激振器、井下接收器及导气管组成。

空气压缩机技术指标：转速1080r/min，排量0.36m3/min，额定排气压力1.25MPa，匹配功率3.0kW。

气动激振器技术指标：振动频率10-20Hz，激振力幅10500N。

3.无线起爆原理

传输方法：由无线控制器对空气压缩机的气源进行编码，控制气动激振器发出声波编码信号，经油管传输抵达井下接收器所在位置，井下接收器接收编码信号，识别后执行引爆命令（模拟起爆，红灯亮），同时采集并存储收到的原始数据用于后续分析。

编码形式：一组信号由8位二进制编码组成，每位编码脉宽5s，间隔15s，气动激振器频率10-20Hz。在5s内气动激振器振动，编码为1，否则编码为0。

解码控制方法：井下接收器接收信号，若接收到的信号振动频率大于10Hz，则编码识别为1，否则为0。若识别出的编码信号与接收器设定的编码信号一致，则执行模拟起爆命令（红灯亮）。一组信号对应井下一个接收器。

4.结论