井下射孔器完井多参数实况监测方法

专利名称：井下射孔器完井多参数实况监测方法
井下射孔器完井多参数实况监测方法-.技术领域
本发明公开的井下射孔器完井多参数实况监测方法属石油、天然气、煤层气等井 下测量技术领域，具体涉及的是一种井下射孔器在射孔或/和高能气体压裂时测试其完井 效果的多参数实况监测方法。二.背景技术
射孔和压裂是打开油气层让地层流体流入井内的主要完井工序之一。射孔压裂工 艺是否合理直接影响石油产量的高低和射孔作业的安全。射孔器和高能气体压裂使用的射 孔弹和压裂药柱中含有炸药，火药等高含能材料，如果配方、工艺和传爆序列不合理，会导 致炸毁油井、射孔器卡在井下、误起爆、油井提前出沙等情况，如果威力太小不能压裂地层， 渗透性差，产量很低，甚至有油采不出来。由于我国总的石油储量不多，分布的地质条件复 杂，油层薄等原因，这些情况给射孔压裂工艺带来更多复杂和困难，也对射孔压裂工艺提出 更高要求。主管完井的油田服务公司研制了复杂的射孔和高能气体压裂工艺，如大庆油田 的动态负压复合射孔，辽河油田的下挂药复合射孔，西安204所的多脉冲复合射孔器和专 用于老井重新压裂的推进剂压裂弹，川庆钻探的高温深井由壬射孔器，西安123所的TCP射 孔器，胜利油田的定方位射孔工艺等等。射孔需要制定合理的射孔和压裂工艺，既要压裂地 层，又不能压坏井管。在有的工艺中，比如负压射孔的开阀时间等，销钉强度计算等均需要 井下实验的验证和完善。总之，测量射孔和压裂过程压力数据为评价射孔器的井下工作性 能以及完井效果均提供了重要的数据。这些射孔工艺利用火炸药爆炸爆燃产生瞬间的高压 力脉冲，整个过程30ms 500ms，在几千米井下的环境存在压力高、温度高、空间狭窄等不 利因素，可利用的手段很少。传统的方法是用铜柱测压法，但是只能测试峰值压力，不能测 试整个作用过程，信息量小，而且偏差很大，可信度低，逐渐被淘汰。法国Flopetrol公司的 SSDP系列，西安石油学院已研制的“井下存储式电子压力计”等属于静压计，采样率低，不属 于本课题研究的范围。美国IES公司研制了 HSDR series200记录仪，能够高速采集爆炸瞬 间的动态压力。中北大学也独立研制了类似仪器，指标稍高一些。这两种仪器只能测试爆炸 时环空压力，对射孔器内部压力无能为力，无法从根本上解决射孔器实况测试问题。本课题 的出发点是实时实况测试射孔器爆炸时井下内部压力和环空压力，以及冲击加速度，温度 等参数，定性定量研究射孔器的工艺参数、射孔压裂效果、性能和安全冗余大小等指标。射 孔器作为高能火工器材，在工作时内部火药和炸药等火工品要经历爆燃、爆炸等快速高压 过程。这个过程时间短、变化剧烈、很难控制，而且其机理很大一部分基于统计分析和经验 积累，对于仪器的定量分析难度很高。目前射孔器的测试方法仍停留在粗放的定性分析方 法上，对弹间干扰，及导爆索息爆等问题也是采用多次试验摸索规律的方法，效率低，且很 难从根本上解决问题。北京石油学院采用地面拉线的方法测得射孔器内压力，这种方法的 测试位置只能是上下堵头，不能测试射孔器内部不同位置的压力分布。西安通源石油科技 有限公司在地面采用采集卡测试了单发射孔弹爆炸时的压力，属于常规的压力测试问题， 与射孔器内爆炸压力环境不同。这两种方法都存在体积大、操作不便等不足和缺陷，都无法3在井下实况测试采用或实施。本发明的“井下射孔器完井多参数实况监测方法”针对射孔器 工作过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境，专门研制成井下射孔器内的测试仪以 及石油井下P_t等多参数测试仪，实时实况高速监测射孔器射孔或/和压裂时内部压力、射 孔器外部环空压力、环境温度、射孔器质心加速度等主要参数。进而结合地层压力、岩性、含 油饱和度等参数综合定量分析射孔器的各项参数，包括压裂效果、动态负压、射孔器外筒强 度、弹间干扰、套管承受最大压力、恢复压力等等。该方法中所采用的测试仪器是针对射孔 器和其工作环境专门研制生产的，具有抗干扰能力强、耐高温、耐高压、操作简便、精度高等 优点，其技术指标超过了国际、国内同类产品的水平。随着射孔工艺的发展，以及国内油田 对射孔效果、采油率和射孔安全性的要求越来越高，该“井下射孔器完井多参数实况监测方 法”必将成为井下射孔工艺选用的关键技术。针对以上分析的问题，我们研制出了本发明的 “井下射孔器完井多参数实况监测方法”中采用的射孔器内的监测试仪，它是专门测试射孔 或/和压裂时射孔器内部动态变化的多参数测试仪器。该测试仪器根据在射孔器内部布置 的位置和方向的不同，可以测得射孔弹、推进剂等诸元的压力变化行为，以及射孔器内部压 力场、温度场等的分布和变化过程。测得数据将为射孔器枪身设计的安全系数、射孔或/和 压裂效果、弹间干扰、及导爆索息爆等方面的分析提供比较准确的第一手资料。针对以上分 析的问题，我们还研制出了本发明的“井下射孔器完井多参数实况监测方法”中采用的射孔 器外的监测试仪，它是一种新型多参数石油井下测试仪，很好的解决了井下射孔或/和压 裂时射孔器外环空实况测试问题。本发明采用的“石油井下p-t等多参数测试仪”，是一种 井下多参数存储式电子测试仪，可以对井下射孔器外(环空)压力、温度、加速度及仪器电 池电压进行动态监测和记录，通过采取变频采样方法能较好的完成射孔或/和压裂过程及 恢复过程的动态全过程测试要求。它的性能指标达到或超过了国外同类产品的水平，同样 具有抗干扰能力强、耐高温、耐高压、操作简便、精度高等优点。它将对国内的油井动态存储 测试起到积极提升的作用，目前已广泛应用于中国的玉门、大庆、中原、辽河、长庆等油田。三.发明内容
本发明的目的是向社会提供“井下射孔器完井多参数实况监测方法”的技术方 案。本发明的“井下射孔器完井多参数实况监测方法”针对射孔器工作过程的高温、高压、高 冲击、有飞片等恶劣环境，专门研制成并采用井下射孔器内的测试仪和射孔器外的测试仪 实时实况高速监测射孔器射孔或/和压裂时内部压力、射孔器外部环空压力、环境温度、射 孔器质心加速度等主要参数，该技术方案提供一种射孔质量检测和射孔工艺研究的方法， 即井下射孔器完井多参数实况监测方法。该井下射孔器完井多参数实况监测方法必将成为 井下射孔工艺选用的先进技术。
关于这种井下射孔器完井多参数实况监测方法的技术方案是这样的首先采用了 存储测试技术，井下射孔器完井测试系统随射孔器下入井底，并实时监测爆炸时射孔器外 的压力参数，温度参数，特别是同时监测射孔器内的压力参数，以及射孔器自身加速度数据 等主要参数。其次采用高温固化技术，使电路固化成模块，提高井下高温，爆炸冲击条件下 电路可靠性。技术特点在于该实况监测方法系采用井下射孔器内的监测仪器和射孔器 外的监测仪器同时监测并协同工作，通过实时处理监测数据、实时存储监测信息得出井下 完井效果的射孔或/和压裂时的实况，该实况包括井下完井的射孔或/和压裂时的实时多参数射孔器内的压力、射孔器外的环空压力、射孔器自身冲击加速度、射孔或/和压裂时 的环境温度等，并通过采用变频采样方法较好的完成石油油井地面至井下射孔前、射孔压 裂过程及恢复过程的动态全过程实况测试要求，提供一种射孔质量检测和射孔工艺研究方 法，即井下射孔器完井多参数实况监测方法，该方法为井下复杂多变的完井过程及其监测 提供了实现的手段和技术。
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点有射孔器内的 监测仪器和射孔器外的监测仪器系采用相同频率的时间基准同步时钟并在地面同时开启 各自的同步时钟，采用相对时间的方法实现采样数据时间基准的同步，采用相对时间的方 法实现实况监测、纪录以及数据处理等。在


的图14中示意出采用相对时间的方法 实现采样数据时间基准同步的结果。
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点还有所述的井 下射孔器内的监测仪器由壳体及其内的多参数测试机构与电源组成。该射孔器内的监测仪 器采用各种耐高温的元器件并且填充耐高温胶灌封，还采用耐高温、抗冲击的高强度的壳 体和耐高温的密封圈等设置实现井下的高温、高压测量。其中，所述的壳体是防爆兼隔爆的 壳体，射孔器内的监测仪器采用抗冲击、耐高温和高压的壳体，这是井下射孔器完井过程的 高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的。其壳体内的多参数测试机构由微机或微 处理器或微电脑及其软件或固化软件监控的多参数监测电路组成。该射孔器内的监测仪器 的软件主要程序由读数程序、显示程序、打印程序、数据处理程序等组成，软件程序的主界 面由工具栏、命令栏、状态栏等组成，如软件命令栏由各命令按钮组成，主要有采用读数、 读取文件、定标读值、波形打印等组成。该射孔器内的监测仪器的多参数测试机构如是符合 本质安全型的，该多参数测试机构的电路模块全部用灌封胶灌封固化成电路体，并组装在 多级屏蔽层构成抗强电磁场的、抗冲击、耐高温与高压的高强度壳体中，这同样是井下射孔 器完井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的，电路模块灌封胶选择采用 公知市售的灌封胶即可。该监测仪器的多参数监测电路具体结构包括有多参数信息的采 集电路和处理电路、存储电路和控制电路等。多参数信息的采集电路包括压力、加速度、温 度等信息传感器和各信息采集模块，信息采集模块包括模拟适配模块等，模拟适配模块包 含电荷放大电路和电压放大电路等，各放大电路由运算放大器模块为主构成，该运算放大 器是个宽频带运算放大器。多参数信息的处理电路包括A/D模数转换模块、数字处理模块、 编码电路模块等，电路包括A/D转换电路、编码电路、解码电路等。A/D转换电路由A/D转换 模块为主构成，其输入端与二阶低通滤波器输出端联接，其输出端与数据总线联接，其输入 端与解码电路输出端联接。解码电路是有纠错功能的解码电路，纠错功能由其内可编程序 完成。编码电路由编码电路模块为主构成，编码电路联接并串转换电路。并串转换电路由 并串转换集成模块为主构成，其输出端即是处理电路模块的信息输出端。处理电路模块分 别联接并控制串并转换、解码电路、D/A转换电路的控制端。多参数信息的存储电路包括存 储模块，数字存储器件和地址发生器以及连接它们的数据总线和地址总线等。多参数信息 的控制电路包括控制模块，该模块包含晶振电路、时基电路、信息读取电路、接口电路和MCU 控制芯片等，控制电路由多路门控电路组成，它们分别联接并控制存储电路、触发电路、A/D 转换电路、并串转换、编码电路、数据总线的各控制端，它们还分别联接并受控于触发电路、 电源控制电路、计算机的接口电路的控制输出端。控制模块的时基电路如是由50MHZ高速5晶体振荡电路和分频电路组成，时基电路分别联接并控制A/D转换电路和多组存储器的控 制端。控制电路的接口电路是并行式接口电路，该电路分别联接并控制解码电路、D/A转换 电路的控制端。触发电路包括触发比较电路、多次重触发电路等，触发比较电路的输出端、 二阶低通滤波器输出端分别与控制电路联接。该射孔器内监测仪器的电源是高温电池，该 电池也是井下射孔器完井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的。射孔器 内的监测仪器测试得到的信息、数据不需要光纤缆线传输，只需要把监测完后的监测仪器 取出与计算机通过数据线连接读取监测结果即可。与计算机连接的接口电路是并行式接口 电路，读数接口电路是通过计算机并行式接口的标准的EPP模式或双向模式实现的。以上 所述的各电路均可采用公知技术设计实现，也可用公知和商售的电子元器件组装制作，只 要能实现以上所述的各电路之功能的均可使用。该射孔器内监测仪器具有微功耗功能，其 微功耗是其工作时功耗的1/10000、甚至还要低。在下电后和信息采集结束后电路均处于微 功耗状态，使该监测仪器适合在深井下、长时间工作。
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点还有所述的该 射孔器内的监测仪器是微小型的，是能置于被测体一射孔器内的、特别包括能跟随被测 体一射孔器一起运动(下井)的携带式微小型监测仪器，它的微小型程度达到它安装装 配不需改变射孔器的已有结构尺寸，毋需改变被测射孔器的结构便设置或安置在射孔弹炮 位上、或/和弹架轴向位置、或/和射孔器枪下接头中，这意味着在一个射孔器中可同时在 不同部位设置或安置好几个本监测仪器。不仅这样安装装配对射孔器的已有结构尺寸不产 生任何影响，设置或安置该监测仪器对射孔器内的压力，环空压力，冲击加速度，温度等性 能影响可以忽略，对射孔器的下井速度、下井方式、井下定位、井下深度、射孔或/和压裂工 艺与过程、起爆方式、完井监测和测量精度等不产生影响，也不会对点火起爆、误起爆或不 起爆等安全因素等带来不利影响。该射孔器内的监测仪器在监测中至少使用(须有)一台， 且一次测试能够获取射孔器内至少一个测试位置的多参数实况结果，这是本发明的技术方 案的一个重要发明点，这样的多监测结果是有好多益处的。
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点还有所述的井 下射孔器外的监测仪器是石油井下Ρ-t等多参数测试仪，该监测仪器由壳体及其内的多参 数测试机构与电源组成。该射孔器外的监测仪器采用各种耐高温的元器件并且填充耐高 温胶灌封，还采用耐高温、抗冲击的高强度的壳体和耐高温的密封圈等设置实现井下的高 温、高压测量。其中，所述的壳体是防爆兼隔爆的壳体，射孔器外的监测仪器采用抗冲击、 耐高温和高压的壳体，这是井下射孔器完井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境 所需要的。该射孔器外的监测仪器的壳体内的多参数测试机构由微处理器或微电脑及其软 件或固化软件监控的多参数监测电路组成。该射孔器外的监测仪器的软件主要程序由读 数程序、显示程序、打印程序、数据处理程序等组成，软件程序的主界面由工具栏、命令栏、 状态栏等组成，如软件命令栏由各命令按钮组成，主要有采用读数、读取文件、定标读值、 波形打印等组成。该射孔器外的监测仪器的多参数测试机构如是符合本质安全型的，该射 孔器外的监测仪器的电路模块全部用灌封胶灌封固化成电路体，并组装在多级屏蔽层构成 抗强电磁场的、抗冲击、耐高温与高压的高强度壳体中，这同样是井下射孔器完井过程的高 温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的，电路模块灌封胶选择采用公知市售的灌封 胶即可。该射孔器外监测仪器的多参数监测电路具体结构包括有多参数信息的采集电路部分和处理电路部分、存储电路部分和控制电路部分等。其中多参数信息的采集和处理部 分是该射孔器外监测仪器的核心。多参数信息的采集电路部分包括压力、加速度、温度等 信息传感器组件和各信息采集模块等，该石油井下多参数测试仪设置的高频采样电路包括 压力传感器、温度传感器、加速度传感器等的高频采样电路，采样频率选择并达到=IxlO6 2xl07点/s，该采样频率是比较高的。该新型的射孔器外监测仪器采取变频采样方法能较 好的完成地面到井下射孔前、射孔压裂过程及压裂后恢复过程的动态全过程实况监测与测 试要求。例如压力传感器选择采样响应速度> IOMHz与测量范围为0 500MPa并可调测 量范围的压力传感器，这种压力传感器是比较先进的。例如井下实时温度采样的温度传感 器选择采样响应速度彡25kHz与测量范围为-20°C 2000°C的温度传感器，这种温度传感 器温度测量范围广、响应速度快。例如实时加速度采样的加速度传感器选择采样响应速度 ^ 200kHz与测量范围为士50000g的加速度传感器，该加速度传感器加速度测量范围广、响 应速度快。信息采集模块包括模拟适配模块，模拟适配模块包含电荷放大电路和电压放大 电路，各放大电路由运算放大器模块为主构成，其运算放大器是个宽频带运算放大器。多 参数信息的处理电路部分包括多通道A/D模数转换模块、数字处理模块、编码电路模块等。 电路包括A/D转换电路、编码电路、解码电路等。A/D转换电路由A/D转换集成模块为主构 成，其输入端与二阶低通滤波器输出端联接，其输出端与数据总线联接，其输入端与解码电 路输出端联接。解码电路是有纠错功能的解码电路，纠错功能由其内可编程序完成。编码 电路由编码电路模块为主构成，编码电路联接并串转换电路。并串转换电路由并串转换集 成模块为主构成，其输出端即是处理电路部分的信息输出端。处理电路模块分别联接并控 制串并转换电路、解码电路、D/A转换电路的控制端。所述的多参数信息的存储电路部分包 括存储模块，多组随机存储器、数字存储器和地址发生器以及连接它们的数据总线和地址 总线等。多参数信息的控制电路部分包括控制模块，该模块包含晶振电路、时基电路、信息 读取电路、接口电路、触发电路、开关电路或门电路等和MCU控制芯片等。控制模块的时基 电路是由50MHZ高速晶体振荡电路和分频电路组成，时基电路分别联接并控制A/D转换电 路和多组存储器的控制端。控制电路由多路门控电路组成，它们分别联接并控制存储电路、 触发电路、A/D转换电路、并串转换、编码电路、数据总线的各控制端，它们还分别联接并受 控于触发电路、电源控制电路、计算机的接口电路的控制输出端。接口电路是并行式接口电 路，该电路分别联接并控制解码电路、D/A转换电路的控制端。触发电路包括触发比较电路、 多次重触发电路，触发比较电路的输出端、二阶低通滤波器输出端分别与控制电路联接。与 计算机连接的接口电路是并行式接口电路，读数接口电路是通过计算机并行式接口的标准 的EPP模式或双向模式实现的。该电路分别连接并控制各自的存储电路、控制电路的控制 端。所述的电源是耐高温抗冲击的电池，由多组电池组成，该电池也是井下射孔器完井过程 的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的，该配套设置的电源电路能监测电源参 数实时工况。电源控制电路由开关电路或/和门控电路功能联接组成，它们联接并控制多 组电池的多路电源电路。该射孔器外的监测仪器测试得到的数据、信息不需经过光纤缆线， 只需要把监测完后的监测仪器取出与计算机通过数据线连接读取监测结果即可。以上所述 的各电路均可用公知技术设计实现，也可用公知和商售的电子元器件组装制作，只要能实 现以上所述的各电路之功能的均可使用。该射孔器外的监测仪器这些功能、性能指标使它 能担当井下射孔器完井多参数实况监测的重任。7
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点还有所述的射 孔器外的监测仪器毋需加减震器或其他的缓冲机构通过接头或筛管直接安装或设置到被 测射孔器上，所述的射孔器外的监测仪器，即石油井下Ρ-t等多参数测试仪，它可以不需要 减震器(如减震环、减震垫等)或者其它缓冲材料、减震材料，通过接头或筛管直接安装或 设置到被测的射孔器上，显而易见该石油井下p-t等多参数测试仪具有高抗冲击性能，其 高抗冲击性能达到5万g。
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点还有在射孔或 /和压裂的开始时刻，所有设置或安置在测试位置的监测仪器，包括射孔器内的监测仪器和 射孔器外的监测仪器，在射孔或/和压裂的压力信号作用下均自动内触发启动并同时开始 实况监测，即设置或分布在射孔器内外的各个监测仪器，在射孔或/和压裂的压力信号作 用下通过各自的内触发电路控制各自启动工作开始实况监测、信息采样、记录、存储等。
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点还有该实况监 测方法能采用井下射孔器内的监测仪器和井下射孔器外的监测仪器在地面模拟井装置中 监测射孔器的实况。这是井下射孔器完井多参数实况监测方法的拓展或引伸，可在地面上 的模拟井装置中监测射孔器在完井过程中多参数实况结果，以检测射孔器的实况性能。
根据以上所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，技术特点还有所述的井 下射孔器内的监测仪器和射孔器外的监测仪器随射孔器深入井下预定位置实况监测，对被 测射孔器的结构，如安装装配不需改变射孔器的已有结构尺寸。对射孔器下井速度、下井方 式等工艺与工艺过程和安全性不产生影响。对射孔器内的压力，环空压力，冲击加速度，温 度等性能影响可以忽略。对射孔器井下定位和深度测量等精度不产生影响。不会对射孔器 外的起爆方式、点火起爆等安全因素带来影响。不会对射孔器外的误起爆或不起爆等带来 不利影响。这些都是由于射孔器内的监测仪器和射孔器外的监测仪器具有微小型化的体 积，壳体具有防爆兼隔爆性能，内部结构具有本质安全型的性能带来的良好性能和结果。
本发明的“井下射孔器完井多参数实况监测方法”优点很多1.本发明公开的“井 下射孔器完井多参数实况监测方法”针对射孔器在完井工作过程的高温、高压、高冲击、有 飞片等恶劣环境，专门研制成并采用井下射孔器内的测试仪和射孔器外的测试仪实时实况 高速监测射孔或/和压裂时射孔器内部压力、射孔器外部环空压力、环境温度、射孔器质心 加速度等主要参数，能为井下复杂多变的完井过程及其监测获得准确的第一手资料；2.该 井下射孔器完井多参数实况监测方法集高频与变频采样技术，先进的传感器技术，耐高温、 防高压、抗高冲击的尖端技术，超小型、微功耗等高新技术以及数字信息处理技术等一系 列高科技于本方法中，科技含量高；3.该井下射孔器完井多参数实况监测方法设计理念先 进，方法周密完臻，必将成为井下射孔工艺选用的先进技术，具有广阔应用前景；4.本发明 的“井下射孔器完井多参数实况监测方法”是我国创新设计、自主发明的井下射孔器完井工 艺领先的监测方法，设计巧妙，结构合理，精密稳定，可靠实用，值得推广使用。四.

本发明的说明书附图共有16幅
图1为一种射孔器多参数监测装配总结构图2为另一种射孔器多参数监测装配总结构图3为又一种射孔器多参数监测装配总结构图4为射孔器外的监测仪器一石油井下P_t等多参数监测仪器结构方框图5为石油井下Ρ-t等多参数监测仪器实体结构剖示图6为石油井下Ρ-t等多参数监测仪器工作状态图7为石油井下P-t等多参数监测仪器电路原理(模拟部分)图，其中a图为压 力采样电路原理图，b图为加速度采样电路原理图，c图为温度采样电路原理图，d图为电源 电压采样电路原理图8为石油井下P-t等多参数监测仪器电路原理(存储部分)图9为石油井下P-t等多参数监测仪器电路原理(采样控制部分)图10为射孔器内监测仪器实体结构剖示图11为射孔器内监测仪器电路原理(模拟部分)图12为射孔器内监测仪器电路原理(存储部分)图13为射孔器内监测仪器电路原理(控制部分)图14为射孔器内监测仪器和射孔器外监测仪器采用同步时钟、相对时间方法原 理图15为射孔器外监测仪器软件主程序方框图16为射孔器内监测仪器软件主程序方框图。
在各图中采用了统一标号，即同一物件在各图中用同一标号。在各图中
在各图中采用了统一标号，即同一物件在各图中用同一标号。在各图中1.射孔 器外监测仪器，即P-t等多参数测试仪；2.射孔器下接头；3. 1型氟胶0型圈；4.射孔器外 筒；5.挡板；6.弹架定位块；7.射孔器内监测仪器；8.射孔弹；9.弹架；10.射孔器上堵 头；11.导爆索；12.雷管；13.雷管保护盖；14.螺帽；15.温度传感器组件；16.压力传感 器组件；17.加速度传感器组件；18.模拟放大电路；19.接口电路；20.笔记本电脑；21.防 爆兼隔爆壳体；22.多通道A/D转换器；23 沈.随机存储器；27.微控制器；28.正六方 端盖；29.测试端螺堵；30. 2型氟胶0型圈；31.外筒；32.读数组件；33.密封塞；34.下堵 头；35.压螺；36.电池组件；37.导线；38.电路组件；39.螺钉；40.电源接通态；41.采集 模式；42.下井过程采集态；43.射孔采集态1 ；44.待读数一态；45.采集模式二保持态； 46.接通电源；47.射孔采集态2;48.恢复压力采集态；49.待读数二态；50.读数读出态； 51.编程1 ；52.上电；53.触发信号；54.记满256KW ；55.编程2 ；56.记满128KW ；57.下 电；58.记满10MKW ;59.计算机读数；60.读数完毕；61.压力模拟信号；62.加速度模拟 信号；63.温度模拟信号；64.电源电压模拟信号；65.基准电压源；66.地址发生器；67.多 通道A/D转换器的启动信号；68. A/D转换器读信号；69. A/D转换器片选信号；70.随机存 储器写信号；71.随机存储器读信号；72.随机存储器片选1信号；73.数据总线；74.地址 发生器清零信号；75.地址发生器时钟；76.随机存储器地址总线；77 80.随机存储器片 选2 ;81.上电控制信号；82.下电控制信号；83.高速晶体振荡器；84.套筒；85.绝缘胶垫； 86.电路面板；87.电路模块；88.电池压螺；89.耐高温0型圈；90.压电传感器座；91.压 电传感器；92.挡片；93.高温电池；94.压力模拟信号；95.模数转换器件片选信号；96. A/D 转换启动信号；97. A/D读信号；98.高速地址发生器时钟信号；99.高速地址发生器清零信 号；100.高速地址总线；101.高速数据总线；102.高速存储器写信号；103.模数转换器件读信号；104.高速存储器读信号；105.模数转换器件；106.高速存储器；107.高速地址发 生器；108.开始控制信号；109.低功耗控制信号；110. MCU控制器；111.晶振；112.串行编 程时钟信号；113.射孔器内监测仪器同步时钟；114.射孔器外监测仪器同步时钟；115.射 孔器内监测仪器同步时钟起始时刻；116.射孔器外监测仪器同步时钟起始时刻；117.射孔 器内监测仪器同步时钟结束时刻；118.射孔器外监测仪器同步时钟结束时刻；119.同步时 钟地面启动信号；120. RST全局复位中断；121.设置堆栈指针，关闭看门狗；122.初始化I/ 0，使能串口中断；123.中断使能；124.进入低功耗4; 125.读数中断；1 . IOs延时稳定； 127.返回；128.读取数据；129.读取数据结束；130.定时器A中断；131. IOs延时；132.初 始化AD、定时器A、B ;133.低速采样。134.定时器B中断；135.初始化内部RAM ;136.禁 止TA中断；137.初始化定时器A为500Hz ;138.内触发？ 139. AD125kHz高速采样；140.采 满128KW;141.进入定时器A的500Hz中速采样；142.采满256KW ； 143. RST全局复位；144. 设置堆栈指针，关闭看门狗；145.初始化1/0，使能上电及串口中断；146.使能中断；147. 进入低功耗休眠；148.读取数据中断；149.读取存储器中数据；150.数据读完；151.低速 采样；152.返回中断；153.上电中断；154.初始化定时器A;155.开启TA中断；156.高速 写入FIFO存储器；157.触发？ 158.开始高速采样；159.存储器记满；R1 Ii19.均为电阻； C1 C9.均为电容；IC1 IC14.均为集成电路模块。五.具体实施方式
本发明井下射孔器完井多参数实况监测方法的非限定实施例如下
实施例一.井下射孔器完井多参数实况监测方法
该例这种井下射孔器完井多参数实况监测方法的技术方案首先采用了存储测试 技术，井下射孔器完井测试系统随射孔器下入井底，并实时监测爆炸时射孔器外的压力参 数，温度参数，特别是同时监测射孔器内的压力参数，以及射孔器自身加速度数据等主要参 数。其次采用高温固化技术，使电路固化成模块，提高井下高温，爆炸等冲击条件下电路可 靠性。该例的实况监测方法系采用井下射孔器内的监测仪器和射孔器外的监测仪器同时监 测并协同工作，经过实时处理监测数据、实时存储监测信息得出井下完井效果的射孔或/ 和压裂时的实况，该实况包括井下完井的射孔或/和压裂时的实时多参数射孔器内的压 力、射孔器外的环空压力、射孔器自身冲击加速度、射孔或/和压裂时的环境温度等，并通 过采用变频采样方法(如高频\低频采样方法)较好的完成石油油井地面至井下射孔前、 射孔或/和压裂过程及恢复过程的动态全过程实况测试要求，提供一种射孔质量检测和射 孔工艺研究方法，即井下射孔器完井多参数实况监测方法，该方法为井下复杂多变的完井 过程及其监测提供了实现的手段和技术。该例的井下射孔器完井多参数实况监测方法中采 用的射孔器以及射孔器内的监测仪器、射孔器外的监测仪器等等具体结构由图3 图16等 联合示出，图3示出井下射孔器完井多参数实况监测方法中采用的一种射孔器多参数监测 装配总结构图，图3中1是采用的射孔器外的监测仪器，即Ρ-t等多参数测试仪，2是射孔 器下接头，3是1型氟胶0型圈，4是射孔器外筒，5是挡板，6是弹架定位块，7是射孔器内监 测仪器，8是射孔弹，9是弹架，10是射孔器上堵头，11是导爆索，12是雷管，13是雷管保护 盖，14是螺帽。请注意图3中在本图中的射孔器内监测仪器7共有两个，它们设置在射孔 器内的不同位置，一个在该射孔器内头部下接头中，一个在该射孔器内中部弹架轴向位置，10这意味着同时在不同部位设置或安置好几个射孔器内监测仪器，可监测到射孔器内不同位 置、不同方向的压力、加速度、温度等实况。图4为射孔器外的监测仪器即石油井下P_t等 多参数监测仪器结构方框图，图5为石油井下Ρ-t等多参数监测仪器实体结构剖示图，图6 为石油井下P_t等多参数监测仪器工作状态图，图7为石油井下Ρ-t等多参数监测仪器电 路原理(模拟部分)图，其中a图为压力采样电路原理图、b图为加速度采样电路原理图、 c图为温度采样电路原理图、d图为电源电压采样电路原理图，图8为石油井下P-t等多参 数监测仪器电路原理(存储部分)图，图9为石油井下P-t等多参数监测仪器电路原理(采 样控制部分)图。图10为射孔器内监测仪器实体结构剖示图，图11为射孔器内监测仪器 电路原理(模拟部分)图，图12为射孔器内监测仪器电路原理(存储部分)图，图13为射 孔器内监测仪器电路原理(控制部分)图，图14为射孔器内监测仪器和射孔器外监测仪器 采用同步时钟、相对时间方法原理图，图15为射孔器外监测仪器软件主程序方框图，图16 为射孔器内监测仪器软件主程序方框图。其中，图4 图9所示的是该例的井下射孔器完 井多参数实况监测方法中采用的射孔器外的监测仪器即p-t等多参数监测仪器的结构情 况。该例的井下射孔器完井多参数实况监测方法中采用的射孔器外的监测仪器，是石油井 下P-t等多参数监测仪器，该射孔器外的监测仪器采用各种耐高温的元器件并且填充耐高 温胶灌封，还采用耐高温、抗冲击的高强度的壳体和耐高温的密封圈等设置实现井下的高 温、高压测量。图4示出射孔器外的监测仪器一石油井下P-t等多参数监测仪器结构方框 图，图中15是温度传感器组件，16是压力传感器组件，17是加速度传感器组件，18是模拟 放大电路，19是接口电路，20是笔记本电脑，21是防爆兼隔爆壳体，射孔器外的监测仪器采 用抗冲击、耐高温和高压的壳体，这是井下射孔器完井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等 恶劣环境所需要的，22是多通道A/D转换器，23 沈是随机存储器，27是微控制器，如型号 80C51F的微机或微处理器。图5示出该石油井下P-t等多参数监测仪器实体结构剖示图。 图中 为正六方端盖，29为测试端螺堵，30为2型氟胶0型圈，31为外筒，32为读数组件， 33为密封塞，34为下堵头，35为压螺，36为电池组件，37为导线，38为电路组件，39为螺钉。 该监测仪器由壳体及其内的多参数测试机构与电源组成，该例的射孔器外的监测仪器有防 爆兼隔爆壳体，壳体内的多参数测试机构由微处理器或微电脑及其软件或固化软件监控的 多参数监测电路组成。该例的射孔器外的监测仪器的多参数测试机构，例如是符合本质安 全型的，该射孔器外的监测仪器的电路模块全部用灌封胶灌封固化成电路体，并组装在多 级屏蔽层构成抗强电磁场的、抗冲击、耐高温与高压的高强度壳体中，这同样是井下射孔器 完井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的，电路模块灌封胶选择采用公 知市售的灌封胶即可。该例的射孔器外的监测仪器的微处理器或微电脑(图4之27)选择 采用80C51F。该例的射孔器外的监测仪器的软件主要程序由读数程序、显示程序、打印程 序、数据处理程序等组成，软件程序的主界面由工具栏、命令栏、状态栏等组成，如软件命令 栏由各命令按钮组成，主要有采用读数、读取文件、定标读值、波形打印等组成。图15示出 射孔器外监测仪器软件主程序方框图，图中120为RST全局复位中断，121为设置堆栈指 针、关闭看门狗，122为初始化1/0，使能串口中断，123为中断使能，IM为进入低功耗4，125 为读数中断，126为IOs延时稳定，127为返回，128为读取数据，129为读取数据结束，130为 定时器A中断，131为IOs延时，132为初始化AD、定时器A、B, 133为低速采样，134为定时 器B中断，135为初始化内部RAM，136为禁止TA中断，137为初始化定时器A为500Hz，138为内触发？ 139为AD125kHz高速采样，140为采满U8KW，141为进入定时器A的500Hz中 速采样，142为采满256KW。该例的射孔器外的监测仪器的电池组件36，即其电源是耐高温 抗冲击的电池，由多组电池组成，该电池也是井下射孔器完井过程的高温、高压、高冲击、有 飞片等恶劣环境所需要的，该配套设置的电源电路能监测电源参数实时工况(详见图7之 d图)，如能监测该射孔器外的监测仪器电源电池组在开启时、结束时、运行工作时、低功耗 时(休眠时)实时电压、电流的参数信息。电源控制电路由开关电路或/和门控电路功能 联接组成，它们联接并控制多组电池的多路电源电路。该例的射孔器外监测仪器的多参数 监测电路具体结构包括有多参数信息的采集电路部分和处理电路部分、存储电路部分和 控制电路部分等。其中多参数信息的采集和处理部分是是射孔器外监测仪器的核心。多参 数信息的采集电路部分包括压力、加速度、温度等信息传感器组件(即是图4中的15是温 度传感器组件，16是压力传感器组件，17是加速度传感器组件)和各信息采集模块等，各信 息采集模块包括模拟适配模块，模拟适配模块包含电荷放大电路和电压放大电路(图4之 18)，放大电路由运算放大器模块为主构成，其运算放大器是个宽频带运算放大器。该例的 石油井下多参数测试仪设置的高频采样电路包括压力传感器16、温度传感器15、加速度传 感器17等的高频采样电路，采样频率选择并达到=IxlO6 hlO7点/s，该采样频率是比较 高的。图7示出石油井下P-t等多参数监测仪器模拟部分的电路原理图，其中a图为压力 采样电路原理图，16是压力传感器组件，65是它的供电端，例如压力传感器选择型号为 8511A-20K或HKM-375 (美国)、PTH702 (国产)，其采样响应速度彡IOMHz与测量范围为O 500MI^并可调测量范围的压力传感器，这种压力传感器是比较先进的。由IC1 IC3集成 电路模块和电阻R1 R4、R17 R19等组成压力信息的采样电路，IC1 IC3是宽频带运算放 大器模块、其型号INA128，61是采样压力模拟信号输出端。b图为加速度采样电路原理图， 17是加速度传感器组件，例如实时加速度采样的加速度传感器选择型号为YD50或 SYC988(国产)、8309(英国)，其采样响应速度彡200kHz与测量范围为士50000g的加速度 传感器，该加速度传感器加速度测量范围广、响应速度快。由IC4、IC5集成电路模块、电阻 R5 R7、电容C1 C5组成加速度信息的采样电路，IC4, IC5是宽频带运算放大器模块、其型 号为0PA340，62是采样加速度模拟信号输出端。c图为温度采样电路原理图，15是温度传 感器组件，45是它的供电端，例如井下实时温度采样的温度传感器选择型号为DOCOROM TR/02102、或STT-T-AlO (国产)，其采样响应速度彡25kHz与测量范围为_20°C 2000°C的 温度传感器，这种温度传感器温度测量范围广、响应速度快。由IC6集成电路模块、电阻& R10组成温度信息的采样电路，IC6是宽频带运算放大器模块、其型号为0PA340，63是采样温 度模拟信号输出端。d图为电源电压采样电路原理图，45是它的采样端(联接在电池电源 上)，由电阻R11 R12组成监测电源参数实时工况(如电源实时工况参数电压、电流等)的 采样电路，64是电源参数实时工况的模拟信号输出端。该例的射孔器外的监测仪器多参数 信息的处理电路部分包括多通道A/D模数转换模块、数字处理模块、编码电路模块等。电路 包括A/D转换电路、编码电路、解码电路等。A/D转换电路由A/D转换集成模块为主构成，其 输入端与二阶低通滤波器输出端联接，其输出端与数据总线联接，其输入端与解码电路输 出端联接。解码电路是有纠错功能的解码电路，纠错功能由其内可编程序完成。编码电路 由编码电路模块为主构成，编码电路联接并串转换电路。并串转换电路由并串转换集成模 块为主构成，其输出端即是处理电路部分的信息输出端。处理电路模块分别联接并控制串并转换电路、解码电路、D/A转换电路的控制端。该例的射孔器外的监测仪器的多参数信息 的存储电路部分包括存储模块，多组随机存储器、数字存储器和地址发生器以及连接它们 的数据总线和地址总线等。图8示出石油井下Ρ-t等多参数监测仪器存储部分的电路原理 图，图中22是多通道A/D转换器，23 沈均是随机存储器，66是地址发生器，61是压力模 拟信号，62是加速度模拟信号，63是温度模拟信号，64是电源电压模拟信号，67是多通道A/ D转换器的启动信号，68是A/D转换器读信号，69是A/D转换器片选信号，70是随机存储器 写信号，71是随机存储器读信号，72是随机存储器片选1信号，73是数据总线，74是地址发 生器清零信号，75是地址发生器时钟，76是随机存储器地址总线，77 80是随机存储器片 选2。该例的射孔器外的监测仪器的多参数信息的控制电路部分包括控制模块，该模块包含 晶振电路、时基电路、信息读取电路、接口电路、触发电路、开关电路或门电路等和MCU控制 芯片等。控制模块的时基电路是由50MHZ高速晶体振荡电路(图9之8 和分频电路组成， 时基电路分别联接并控制A/D转换电路和多组存储器的控制端。控制电路由多路门控电路 组成，它们分别联接并控制存储电路、触发电路、A/D转换电路、并串转换、编码电路、数据总 线的各控制端，它们还分别联接并受控于触发电路、电源控制电路、计算机的接口电路的控 制输出端。接口电路是并行式接口电路，该电路分别联接并控制解码电路、D/A转换电路的 控制端。触发电路包括触发比较电路、多次重触发电路，触发比较电路的输出端、二阶低通 滤波器输出端分别与控制电路联接。与计算机(图4之20)连接的接口电路(图4之19 等)是并行式接口电路，读数接口电路是通过计算机并行式接口的标准的EPP模式或双向 模式实现的。该电路分别连接并控制各自的存储电路、控制电路的控制端。图9示出石油 井下P-t等多参数监测仪器采样控制部分电路原理图，图中有微处理器或微控制器27，66 是地址发生器，高速晶体振荡器83，IC11, IC12均是非门集成电路模块，IC7 ICltl均是或门 集成电路模块，组成片选控制逻辑电路，65是基准电压源，67是多通道A/D转换器的启动信 号，68是A/D转换器读信号，69是A/D转换器片选信号，70是随机存储器写信号，71是随机 存储器读信号，72是随机存储器片选1信号，73是数据总线，74是地址发生器清零信号，75 是地址发生器时钟，76是随机存储器地址总线，77 80是随机存储器片选2，81是上电控 制信号，82是下电控制信号。还有一个发明点即结构特点是该例的射孔器外监测仪器采 取变频采样方法(采用高频和低频的采样方法)，能较好的完成地面到下井过程、射孔或/ 和压裂过程及压裂后恢复过程的动态全过程实况监测与测试要求。该例的射孔器外的监测 仪器测试得到的数据、信息不需经过光纤缆线，只需要把监测完后的监测仪器取出与计算 机(图4之20)通过数据线连接读取监测结果即可。图6示出该例的射孔器外监测仪器， 即石油井下P-t等多参数监测仪器工作状态转换变化图，图中40为电源接通态，41为采集 模式，42为下井过程采集态，43为射孔采集态1，44为待读数一态，45为采集模式二保持态， 46为接通电源，47为射孔采集态2，48为恢复压力采集态，49为待读数二态，50为读数读出 态，51为编程1，52为上电，53为触发信号，M为记满256KW，55为编程2，56为记满U8KW， 57为下电，58为记满10MKW，59为计算机读数，60为读数完毕。该例以上所述的各电路均 可用公知技术设计实现，也可用公知和商售的电子元器件组装制作，只要能实现以上所述 的各电路之功能的均可使用。该例的射孔器外的监测仪器这些功能、性能指标使它能担当 井下射孔器完井多参数实况监测的重任。该例的射孔器外监测仪器的另一个发明点是该 例的射孔器外的监测仪器毋需加减震器或其他的缓冲机构通过接头或筛管直接安装或设置到被测射孔器上，就是说该射孔器外的监测仪器，即石油井下P_t等多参数测试仪，它可 以不需要减震器(如减震环、减震垫等)或者其它缓冲材料、减震材料如泡沫塑料等，通过 接头或筛管直接安装或设置到被测的射孔器上，显而易见该石油井下P_t等多参数测试仪 具有高抗冲击性能，其高抗冲击性能达到5万g。附图10 图13所示的是该例的井下射孔 器完井多参数实况监测方法中采用的射孔器内的监测仪器的结构情况。该例的井下射孔器 内的监测仪器由壳体及其内的多参数测试机构与电源组成。该例的射孔器内的监测仪器的 壳体是防爆兼隔爆的壳体，射孔器内的监测仪器采用抗冲击、耐高温和高压的壳体，这是井 下射孔器完井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的。该例的射孔器内的 监测仪器的多参数测试机构如是符合本质安全型的，该例的射孔器内的监测仪器采用各种 耐高温的元器件并且填充耐高温胶灌封，还采用耐高温、抗冲击的高强度的壳体和耐高温 的密封圈等设置实现井下的高温、高压测量。该多参数测试机构的电路模块全部用灌封胶 灌封固化成电路体，并组装在多级屏蔽层构成抗强电磁场的、抗冲击、耐高温与高压的高强 度壳体中，这同样是井下射孔器完井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要 的，电路模块灌封胶选择采用公知市售的灌封胶即可。其中，图10为射孔器内监测仪器实 体结构剖示图，图中84为套筒，85为绝缘胶垫，86为电路面板，87为电路模块，88为电池 压螺，89为耐高温0型圈，90为压电传感器座，91为压电传感器，92为挡片，93为高温电池。 该射孔器内的监测仪器壳体内的多参数测试机构由微机或微处理器或微电脑及其软件或 固化软件监控的多参数监测电路组成。该例的射孔器内的监测仪器微机或微处理器或微电 脑(图13之110)选择采用型号80C51F。该例的该射孔器内的监测仪器的软件主要程序由 读数程序、显示程序、打印程序、数据处理程序等组成，软件程序的主界面由工具栏、命令 栏、状态栏等组成，如软件命令栏由各命令按钮组成，主要有采用读数、读取文件、定标读 值、波形打印等组成。图16示出射孔器内监测仪器软件主程序方框图，图中143为RST全 局复位，144为设置堆栈指针，关闭看门狗，145为初始化1/0，使能上电及串口中断，146为 使能中断，147为进入低功耗休眠，148为读取数据中断，149为读取存储器中数据，150为数 据读完，151为低速采样，152为返回中断，153为上电中断，154为初始化定时器A，155为开 启TA中断，156为高速写入FIFO存储器，157为触发？ 158开始高速采样，159.为存储器记 满。该监测仪器的多参数监测电路具体结构包括有多参数信息的采集电路和处理电路、存 储电路和控制电路等。多参数信息的采集电路包括压力、加速度、温度等信息传感器和各信 息采集模块，信息采集模块包括模拟适配模块等，模拟适配模块包含电荷放大电路和电压 放大电路等，各放大电路由运算放大器模块为主构成，该运算放大器是个宽频带运算放大 器。图11示出该例的射孔器内监测仪器模拟部分电路原理图，图中未给出加速度、温度等 信息传感器及其信息采集电路，只给出压力传感器91构成的压力信息采集电路，该电路由 IC13、IC14集成电路模块、电阻R13 R16、电容C6 C9等组成，该压力信息的采样电路的IC13、 IC14是宽频带运算放大器模块、其型号0PA340，压力传感器选择型号为6215BQ(瑞士)、 SYC-10000-0829(国产)，其采样响应速度彡10MHz，测量范围为0 llOOMPa。94是采样压 力模拟信号输出端。该监测仪器的多参数信息的处理电路包括A/D模数转换模块、数字处 理模块、编码电路模块等，电路包括A/D转换电路、编码电路、解码电路等。A/D转换电路由 A/D转换模块为主构成，其输入端与二阶低通滤波器输出端联接，其输出端与数据总线联 接，其输入端与解码电路输出端联接。解码电路是有纠错功能的解码电路，纠错功能由其内可编程序完成。编码电路由编码电路模块为主构成，编码电路联接并串转换电路。并串转 换电路由并串转换集成模块为主构成，其输出端即是处理电路模块的信息输出端。处理电 路模块分别联接并控制串并转换、解码电路、D/A转换电路的控制端。该监测仪器的多参数 信息的存储电路包括存储模块，数字存储器件和地址发生器以及连接它们的数据总线和地 址总线等。上述这些结构示于图12中，图12为射孔器内监测仪器存储部分电路原理图，图 中105是模数转换器件即A/D转换电路，106是高速存储器，107是高速地址发生器，100是 高速地址总线，101是高速数据总线。94为压力模拟信号输入，95为模数转换器件片选信 号，96为A/D转换启动信号，97为A/D读信号，98为高速地址发生器时钟信号，99为高速地 址发生器清零信号，102为高速存储器写信号，103为模数转换器件读信号，104为高速存储 器读信号。该监测仪器的多参数信息的控制电路包括控制模块，该模块包含晶振电路、时基 电路、信息读取电路、接口电路和MCU控制芯片等，控制电路由多路门控电路组成，它们分 别联接并控制存储电路、触发电路、A/D转换电路、并串转换、编码电路、数据总线的各控制 端，它们还分别联接并受控于触发电路、电源控制电路、计算机的接口电路的控制输出端。 控制模块的时基电路如是由50MHZ高速晶体振荡电路和分频电路组成，时基电路分别联接 并控制A/D转换电路和多组存储器的控制端。控制电路的接口电路是并行式接口电路，该 电路分别联接并控制解码电路、D/A转换电路的控制端。触发电路包括触发比较电路、多次 重触发电路等，触发比较电路的输出端、二阶低通滤波器输出端分别与控制电路联接。图13 示出射孔器内监测仪器控制部分电路原理图，图中110是微处理器或微电脑，如是MCU控 制器，111是晶振电路。108为开始控制信号，109为低功耗控制信号，112为串行编程时钟 信号。该射孔器内监测仪器的电源是高温电池(如图10之93)，该电池也是井下射孔器完 井过程的高温、高压、高冲击、有飞片等恶劣环境所需要的。该射孔器内的监测仪器测试得 到的信息、数据不需要光纤缆线传输，只需要把监测完后的监测仪器取出与计算机通过数 据线连接读取监测结果即可。与计算机连接的接口电路是并行式接口电路，读数接口电路 是通过计算机并行式接口的标准的EPP模式或双向模式实现的。以上所述的各电路均可采 用公知技术设计实现，也可用公知和商售的电子元器件组装制作，只要能实现以上所述的 各电路之功能的均可使用。该例的射孔器内监测仪器具有微功耗功能，其微功耗是其工作 时功耗的1/10000、甚至还要低。图13之109是低功耗控制信号，在该监测仪器的微机或微 电脑110的控制下，由软件程序(如图16之147为进入低功耗休眠)等支持实现。在下电 后和信息采集结束后该监测仪器的电路均处于微功耗状态，使该监测仪器适合在深井下、 长时间工作。该例的射孔器内的监测仪器是微小型的，是能置于被测体一射孔器内、特别 包括能跟随被测体一射孔器一起运动(下井)的携带式微小型监测仪器，它的微小型程度 达到它安装装配不需改变射孔器的已有结构尺寸，毋需改变被测射孔器的结构便设置或 安置在射孔弹炮位上、或/和弹架轴向位置、或/和射孔器枪下接头中(请见图3射孔器内 之两个监测仪器7)，这意味着在一个射孔器中可同时在不同部位设置或安置好几个本监测 仪器，该情形已示于图3中，在图3中射孔器内监测仪器7共有两个，一个设置在射孔器内 头部下接头中，一个设置在射孔器内中部弹架轴向位置，它们设置在射孔器内的不同位置。 不仅这样安装装配对射孔器的已有结构尺寸不产生任何影响，设置或安置该监测仪器对射 孔器内的压力，环空压力，冲击加速度，温度等性能影响可以忽略，对射孔器的下井速度、下 井方式、井下定位、井下深度、射孔或/和压裂工艺与过程、起爆方式、完井监测和测量精度等不产生影响，也不会对点火起爆、误起爆或不起爆等安全因素等带来不利影响。该射孔器 内的监测仪器在监测中至少使用一台(实际使用两个)监测仪器，且一次测试能够获取射 孔器内至少一个(实际在两个)测试位置的多参数实况结果，如该例的图3中所示的一次 测试，在射孔器内有两个测试位置设置了射孔器内监测仪器，能够获取射孔器内不同位置 的多参数实况结果，这是本发明的技术方案的一个重要发明点，这样的多监测结果是有好 多益处的。该例的井下射孔器完井多参数实况监测方法，包括射孔器内的监测仪器和射孔 器外的监测仪器采用相同频率的时间基准同步时钟，并在地面同时开启各自的同步时钟， 采用相对时间的方法实现采样数据时间基准的同步，采用相对时间的方法实现实况监测、 纪录以及数据处理等。在

的图14中示意出采用相对时间的方法实现采样数据时 间基准同步的结果。图中113为射孔器内监测仪器同步时钟，114为射孔器外监测仪器同 步时钟，115为射孔器内监测仪器同步时钟起始时刻，116为射孔器外监测仪器同步时钟起 始时刻，117为射孔器内监测仪器同步时钟结束时刻，118为射孔器外监测仪器同步时钟结 束时刻，119为同步时钟地面启动信号。该例的井下射孔器完井多参数实况监测方法中，在 射孔或/和压裂的开始时刻，所有设置或安置在测试位置的监测仪器，包括射孔器内的监 测仪器和射孔器外的监测仪器，在射孔或/和压裂的压力信号作用下均自动内触发启动并 同时开始实况监测，即设置或分布在射孔器内外的各个监测仪器，在射孔或/和压裂的压 力信号作用下通过各自的内触发电路(请见射孔器的内外监测仪器的触发电路及各自微 机的软件控制信号内触发138、触发157等)控制各自启动工作，开始实况监测、信息采 样、记录、存储等。该例的井下射孔器完井多参数实况监测方法还有该实况监测方法能采 用井下射孔器内的监测仪器和井下射孔器外的监测仪器在地面模拟井装置中监测射孔器 的实况。这是井下射孔器完井多参数实况监测方法的拓展或引伸，可在地面上的模拟井装 置中监测射孔器在完井过程中多参数实况结果，以检测射孔器的实况性能。该例的井下射 孔器完井多参数实况监测方法还有该例的井下射孔器内的监测仪器和射孔器外的监测仪 器随射孔器深入井下预定位置实况监测，对被测射孔器的结构，如安装装配不需改变射孔 器的已有结构尺寸。对射孔器下井速度、下井方式等工艺与工艺过程和安全性不产生影响。 对射孔器内的压力，环空压力，冲击加速度，温度等性能影响可以忽略。对射孔器井下定位 和深度测量等精度不产生影响。不会对射孔器外的起爆方式、点火起爆等安全因素带来影 响。不会对射孔器外的误起爆或不起爆等带来不利影响。这些都是由于射孔器内的监测仪 器和射孔器外的监测仪器具有微小型化的体积，壳体具有防爆兼隔爆性能，内部结构具有 本质安全型的性能带来的良好性能和结果，这是井下射孔器完井过程的高温、高压、高冲 击、有飞片等恶劣环境所需要的和必须具备的。
实施例二 .井下射孔器完井多参数实况监测方法
该例的井下射孔器完井多参数实况监测方法中采用的射孔器以及射孔器内的监 测仪器、射孔器外的监测仪器等等具体结构由图1、图4 图16等联合示出，图1示出井下 射孔器完井多参数实况监测方法中采用的另一种射孔器多参数监测装配总结构图。该例的 井下射孔器完井多参数实况监测方法与实施例一的井下射孔器完井多参数实况监测方法 不同点有1.该例的射孔器内中部设置一个射孔器内的监测仪器7，它设置或安置在射孔 器内的射孔弹炮位上，要指出的是该例图1中的射孔器内监测仪器7与图3中的射孔器内 的监测仪器7(位于射孔器内中部的)相互旋转90度角度放置的，这样可监测到不同方向16的压力、加速度、温度等情况。2.该例的压力传感器选择采样响应速度> 3MHz，测量范围为 0 500MPa。3.该例的加速度传感器选择采样响应速度彡200kHz，测量范围为士25000g。 4.该例的温度传感器选择采样响应速度彡25kHz，测量范围为-20°C 1000°C。5.该例的 变频采样方法，其高频采样频率选择=IxlO6点/S。该例的井下射孔器完井多参数实况监测 方法其余未述的，全同于实施例一中所述的，不再重述。
实施例三.井下射孔器完井多参数实况监测方法
该例的井下射孔器完井多参数实况监测方法中采用的射孔器以及射孔器内的监 测仪器、射孔器外的监测仪器等等具体结构由图2、图4 图16等联合示出，图2示出井 下射孔器完井多参数实况监测方法中采用的再一种射孔器多参数监测装配总结构图。该 例的井下射孔器完井多参数实况监测方法与实施例一、实施例二的井下射孔器完井多参数 实况监测方法不同点有1.该例的射孔器内中部设置一个射孔器内的监测仪器7，它设置 或安置在射孔器内的射孔弹架轴向位置上，要指出的是该例的图2中的监测仪器7与图 1中的监测仪器7 (都位于射孔器内的中部)，但相互旋转90度角度放置的，这样可监测到 不同方向的压力、加速度、温度等情况。2.该例的压力传感器选择采样响应速度彡10MHz， 测量范围为500 llOOMPa。3.该例的加速度传感器选择采样响应速度> 200kHz，测量范 围为士25000g-士50000g。4.该例的温度传感器选择采样响应速度彡25kHz，测量范围为 1000°C 2000°C。5.该例的变频采样方法，其高频采样频率选择(1 WxlO7点/s。该例 的井下射孔器完井多参数实况监测方法其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的， 不再重述。
权利要求
1.一种井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于该实况监测方法系采用井下 射孔器内的监测仪器和射孔器外的监测仪器同时监测，通过处理监测数据得出井下完井效 果的射孔或/和压裂时的实况，该实况包括井下完井的射孔或/和压裂时的实时多参数射 孔器内的压力、射孔器外的环空压力、射孔器自身冲击加速度、射孔或/和压裂时的环境温度。
2.根据权利要求1所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于射孔器内 的监测仪器和射孔器外的监测仪器系采用相同频率的时间基准同步时钟并在地面同时开 启各自的同步时钟，采用相对时间的方法实现实况监测。
3.根据权利要求1所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于所述的井 下射孔器内的监测仪器由壳体及其内的多参数测试机构与电源组成其中，所述的壳体是 防爆兼隔爆的壳体，所述的多参数测试机构由微机及其软件监控的多参数监测电路组成， 所述的电源是高温电池。
4.根据权利要求3所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于所述的井 下射孔器内的监测仪器在监测中至少使用一台，且一次测试能够获取射孔器内至少一个测 试位置的多参数实况；所述的该射孔器内的监测仪器毋需改变被测射孔器的结构便设置或 安置在射孔弹炮位上、或/和弹架轴向位置、或/和射孔器枪下接头中。
5.根据权利要求1所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于所述的井 下射孔器外的监测仪器是石油井下P-t等多参数测试仪，该监测仪器由壳体及其内的多参 数测试机构与电源组成，其中，所述的壳体是防爆兼隔爆的壳体，所述的多参数测试机构由 微处理器及其软件监控的多参数监测电路组成，所述的电源是耐高温抗冲击的电池。
6.根据权利要求5所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于所述的射 孔器外的监测仪器毋需加减震器或其他的缓冲机构通过接头或筛管直接安装或设置到被 测射孔器上，高抗冲击性能为5万g。
7.根据权利要求1、或3、或5所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于 在射孔或/和压裂的开始时刻，所有设置或安置在测试位置的监测仪器，包括射孔器内的 监测仪器和射孔器外的监测仪器，在射孔或/和压裂的压力信号作用下均自动内触发启动 并同时开始实况监测。
8.根据权利要求1所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于该实况监 测方法能采用井下射孔器内的监测仪器和井下射孔器外的监测仪器在地面模拟井装置中 监测射孔器的实况。
9.根据权利要求1、或3、或5所述的井下射孔器完井多参数实况监测方法，特征在于 所述的井下射孔器内的监测仪器和射孔器外的监测仪器随射孔器深入井下预定位置实况 监测，对被测射孔器的工艺、结构和安全性不产生影响。
全文摘要
井下射孔器完井多参数实况监测方法属石油、天然气等井下测量技术领域，针对射孔器在完井过程的高温、高压、高冲击等恶劣环境，该方法专门研制成井下射孔器的监测仪器和射孔器外的监测仪器，这是我国创新设计、自主发明的领先仪器，采用井下射孔器内外的测试仪同时监测、实时处理监测数据，得出井下完井效果的射孔或/和压裂时的实况多参数射孔器内压力、射孔器外环空压力、射孔器自身冲击加速度、射孔或/和压裂时环境温度等，利用变频采样方法实现了油井地面至井下射孔前、射孔压裂过程及恢复过程的动态实况测试要求，该方法集变频采样、数字处理、传感器、超小型、微功耗、耐高温、防高压、抗高冲击等高新尖科技于一身，科技含量高，功能强、性能良，设计先进，结构合理，精密稳定，可靠实用，值得推广使用。
文档编号E21B43/11GK102041985SQ20101054895
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者崔春生, 张红艳, 李新娥, 杨志刚, 沈大伟, 祖静, 裴东兴, 马铁华 申请人:中北大学