CN1006242B - 油管运载射孔枪的引爆系统 - Google Patents

Abstract

在落井棒引爆系统中装有一个落井棒缩回装置，在未引爆的情况下打捞落井棒或取出由管时可以保证落井棒的下面端部不会与引爆器相撞。安全装料装置需要在射孔枪下到油井时所产生的油井压力来对油管运载射孔引爆装置进行装药，如果要将实弹的射孔枪收回的话，则在射孔枪从油井中取出来的时候，安全装药装置会自动地处于安全的位置上。油管运载射孔装置引爆的特殊形状的装置包括中心部分具有较大冲量的小直径的探棒。

Description

油管运载射孔枪的引爆系统

本发明是关于由油管运载的射孔枪所用的引爆系统，特别是关于一种具有在未引爆情况下的安全装置的落井棒引爆系统。

油管运载射孔枪是一种用油管悬挂射孔枪进行石油套管射孔的方法。在一定的钻井设计和条件下，油管运载射孔要比一般的电缆射孔有很大的优点。

钻井设计对于油井的生产能力起重要的作用。根据油田储量的特征，油井可以自然地进行钻探，可以采取流砂控制措施，或者采取一些激励方法。射孔工艺和设备的选择对于油井的生产能力也是很重要的。油管运载的射孔方法对于所有类型的钻井设计来说都能得到较好的射孔效率。用大直径的射孔枪能够得到间距较大的射孔。欠平衡的射孔可以在引爆时开始出油时使用。油田储量试验可以在射孔和测量压力和流量的同时进行。

油管运载射孔系统至少有一个射孔枪安装在生产油管或钻杆管柱的下部伸到油井中。射孔枪可以装配成任何需要的长度和射孔密度。可以加上一个包皮把要射孔的一部分井深与油井的其余部分隔开。在射孔枪定好位置以后，可以用几种引爆器中的一种来进行引爆。如果愿意的话，在射孔枪引爆以后，射孔枪可以落到新的射孔以下的敞开的套管中，以便进行生产井的测井，可以使用修光工具，或者进行射孔的激励。也可以在油井得到控制以后把射孔枪与油管管柱一起收回。

油管运载射孔所用的一种引爆技术就是落井棒引爆系统。在这种系统中，将一个圆柱形的重物或落井棒从油管中落下去，撞击装在射孔枪上端的引爆器。在美国专利NO.3，706，344（Vann）中就有一个落井棒的实施例。在Vann的专利申请的附图1-7中，在油管管柱13与套管射孔枪23之间安装一个射孔枪引爆装置23。这个射孔枪引爆装置包括一个轴44，它用黄铜做的安全销50固定在直立的缸体42上。在进行引爆的时候，将一个重物45从油管管柱中落下去，撞击轴44的上端，将安全销剪断并使轴44的下端撞到直立缸体42中的带锥度的引爆针51上。引爆针51插入到环形引爆盒54中使导火线雷管39起作用。射孔枪蜂窝形药柱由导火线引爆。

美国专利4，299，287号公开的一种利用落井棒引爆油井中的油管运载射孔枪的引爆系统，它包括，在油管管柱与至少一个射孔枪之间安装一个由撞击引爆的装置，上述引爆装置包括靠近油管管柱的第一端用来接受一个引爆力和靠近上述至少一个射孔枪的第二端用来把引爆力传递给上述的至少一个射孔枪，一个落井棒装入油管中并与上述引爆装置的第一端相撞。

落井棒引爆系统的一个固有的问题是，落井棒往往不能以足够的撞击力打到引爆器上使引爆装置起作用，因为有碎石堆积在引爆器上部的周围、落井棒卡在油管中或者其他什么原因。这种未引爆带来一个非常严重的情况，因为落井棒必须从油井中打捞出来，或者油管管柱要带着所装的炸药从油井中取出来，并且上面还有落井棒或者放在已装炸药的引爆器上。在不正确的位置上偶而进行引爆将会严重地破坏油井，造成费用上的损失。如果在地面上偶然引爆将会给油井区的操作工人和设备带来很大的危险。

本发明的一个目的就是为了减少未引爆以后从油井中打捞落井棒或取出油管管柱时的那种危险局面。

本发明的一部分就是一个具有落井棒缩回装置的落井棒引爆系统，这个装置可以保证在未引爆的情况下使落井棒在从油井打捞出来或取出油管管柱的过程中不与引爆器相撞。

本发明的另一部分是有一个安全装药装置，在将射孔枪下到油井中的时候，油井的压力需要用来进行油管运载射孔引爆装置的装药，采用这个安全装药装置可以在射孔枪从油井中取出时自动地移到一个安全的位置，如果一个实弹的射孔枪必须要予以收回的话。

本发明的另一部分是利用一个特殊形状的装置来进行油管运载射孔枪雷管的引爆，这一装置包括一个中心部分冲量很大的小直径的探棒。

本发明的进一步的目的及其优点在下面参照附图对一些实施例的详细说明中可以看得更清楚，所附图包括：

图1所示是下到油井中的具有落井棒引爆系统的油管运载射孔装置的示意图;

图2所示是具有芯棒缩回装置的落井棒装置;

图3所示是引爆装置的落井棒接受段并附有引爆器及导向装置的一部分。

图1中画出了一个典型的装有套管的井孔1，具有一般的石油套管2，环形的水泥层3及泥浆4。油管运载射孔枪夹持器5被悬挂在装有套管的井孔中的油管管柱6上。图上所示的落井棒20是在油管里面没有支撑的状态，落井棒位于落井棒接受段10的上方，处于即将撞击并爆炸的瞬间。落井棒接受段10连接在油管管柱6与射孔枪夹持器5之间，包括导向装置11，雷管套筒装置12（位于装料接头14之中）以及装在射孔枪夹持器5上的引爆器连接装置15。在雷管套筒装置12与装料接头14之间的空间用来装油管中沉淀下来的碎石，以免把雷管的通道堵塞起来。

在一个实施例中，固定在装料接头14和引爆器连接装置15之中的雷管套筒装置12可以被认为是引爆系统的引爆装置。从图3中可以看到，在一个推荐的实施例中，本发明的引爆系统可以包括一个安全装药连接装置50，它能中断引爆装置的引爆导线70。落井棒20和落井棒接受段10将分别在图2和图3中详细说明。

图2所示是一个落井棒20的一个推荐实施例。这个落井棒装置包括带鼻尖导头22的弹簧芯棒21以及装在弹簧芯棒第一个端部上的引爆针23。弹簧芯棒21的第二个端部装有活塞25，这个活塞可在落井棒外壳30中滑动并由密封圈26进行密封。在一个实施例中，弹簧芯棒可以用一个定位螺丝（图上未示）固定到活塞上。落井棒外壳30的第一个端部用上面的接头31盖住，这个接头上装有密封圈32。弹簧芯棒21和活塞25用芯棒导座35装到落井棒外壳30中，这个芯棒导座35安装在落井棒外壳30的第二个端部上。在落井棒外壳30中，有一个弹簧24被压缩在活塞25和芯棒导座35之间。在上面接头31和活塞25之间的空间是一个油腔37，它也在落井棒外壳30之中。

在弹簧芯棒21的第二个端部有一个管路40，管路的第一部分41设在活塞25的下面以便沟通与内腔33之间的油路。另外，也可以用一个横向的通孔来代替上述的这个第一部分油路41。管路的第二部分42与活塞25中相应的开孔48在一条线上。在油腔37和活塞开孔48之间的油路上有一个阻尼孔装置45装在活塞25中。这个阻尼孔装置45是通过定位器46和密封圈47装到活塞25上。在生产操作中，阻尼孔装置45用来使油腔37中的油渗流到内腔33中，以便使落井棒外壳30中的弹簧芯棒21慢慢地往回缩，渗流到内腔33中的过多的油可以通过芯棒导座35与弹簧芯棒21之间的间隙从落井棒中渗到油井中去。阻尼孔装置45具有一系列的重叠在一起的钻孔和开槽的板，从而在油腔37与活塞48之间设置了一个曲折迂回的油路。不过，也可以用其他适当的限制流量的装置来代替这种阻尼孔装置。

在所举例的实施例中所用的特殊油是Dow-Corning200型的含硅油（Silicon Oil），其粘度大约为12，500里沲（CS.）。

在一个实施例（图上未示）中，在阻尼孔装置与油腔之间加上一个筛网以避免阻尼孔堵塞，这个筛网可以用一个盖帽固定在活塞上。另外，为了组装和安装上的方便，也可以将阻尼孔装置安装在油腔的附近而不是象这个实施例中那样装得那么深。在推荐的实施例中，上面接头31上还可以有一个放气阀34。在组装的时候，这个放气阀34可以保证油腔37完全被油充满而没有任何空气存在。

在组装落井棒的时候，先将活塞25装到弹簧芯棒21上并且拧紧，接着将阻尼孔装置45装到活塞25上。应该注意到，在所举例的实施例中，活塞与阻尼孔装置是分开的以便于制造;组装以后可以成为一个整体结构。在活塞和弹簧芯棒组装起来以后，将弹簧24套到弹簧芯棒上并加以压缩。接着，将芯棒导座35装到弹簧芯棒的端部，顶在弹簧的一端上。将弹簧压到活塞25上直到芯棒导座在弹簧芯棒上移动到一个孔（图上未示）并与孔对准为止。此时，将一个定位销插到这个孔中将弹簧和芯棒导座固定在这个位置上。

其次，将鼻尖导头22装上，并把上面已经组装好的芯棒/弹簧组合体装到落井棒外壳30中去，然后把芯棒导座与外壳30装到一起。在上述组装的各工序之间要进行必要的润滑以保证活塞能在外壳之中自由地滑动。

为了往落井棒中加油，可将上面的接头31取下来，使落井棒外壳保持直立位置，将油加入油腔中，一直加到油线以上。此时将放气阀34松开，将上面的接头31拧到外壳上迫使油从放气阀34溢出，从而可以保证油腔中再没有空气。

此时，落井棒已经组装好可以使用，只是还没有安装引爆针，还没有将弹簧芯棒的定位销拔出来。在所举例的实施例中，引爆针是细长形的，建议把引爆针放在外面不要装进去，直到落井棒下到油井中以前才将引爆针装上以免将其碰坏。

在落井棒往油井里放以前才把定位销拔出来，此时弹簧芯棒21开始慢慢地缩回。在所举例的实施例中，弹簧芯棒完全缩回需要一到五个小时，缩回所用的时间取决于井孔中的温度和压力。在93.33℃（200°F）温度和6.8948×10⁷牛顿/米²（10000磅/英寸²）压力下，弹簧芯棒缩回的时间大约为两小时。当已经确定引爆不成功，需要打捞落井棒或取出油管时，则在打捞或取油管以前，上述这段时间可以用来通过振动或其它办法使（被卡住的）落井棒松开，或者准备打捞工具。

在下面说明引爆系统操作过程时将要讨论到，在按照本发明的这个实施例中，芯棒导座35的外表面将用做一个阻挡装置，用来确定在弹簧芯棒缩回去以后引爆针23相对于引爆装置的位置。一旦油腔中的油通过阻尼孔装置45渗流到内腔33中、落井棒的接触端已经缩回并离开了引爆装置，那么落井棒的接触端肯定要与引爆装置分离开，如果需要从油井下面把落井棒打捞上来，或者要把油管管柱及射孔枪夹持器取出来的话，就可以保证不会由于落井棒与引爆装置相撞而发生引爆。

虽然未必会有这种情况，但是由于鼻尖导头22卡在导向装置11中以致引爆针无法与引爆装置相撞，也可能造成未引爆现象。这种情况可能是因为在导向装置里有碎石堆积在卡住的鼻尖导头上面，从而影响到缩回。在本发明的另一个实施例中，可以在鼻尖导头的圆周上开一个槽，好让碎石通过导向装置落入装料接头14中。通常的未引爆是由于落井棒卡在油管管柱中引爆装置以上的位置上，在导向装置11上的倒棱端可以防止落井棒已经缩回的接触端与引爆装置相撞，即使落井棒又松开并且落下来的话也不会再相撞。

图3所示是图1中的那个落井棒接受段10。在油管管柱6上悬挂着的是上面的装料接头连接装置55，装料接头14就固定在它上面。安全装药连接装置50安装在装料接头14的另一端，并用密封圈54进行密封，引爆导线套筒80由安全装药连接装置50来支撑。引爆器连接装置15安装在安全装药连接装置50的另一端，并且用密封圈16加以密封。在引爆器连接装置15与射孔枪夹持器5之间用一个过渡环60进行外径上的过渡。这个连接部分可以用密封圈61加以密封。应该指出，在引爆器连接装置15与射孔枪夹持器之间可以加上一个垫片或者其他接头之类，如果需要进行射孔枪的定位和连接的话。

导向装置11装在装料接头14之中，位于雷管75之上，这个导向装置用来引导落下来的落井棒的接触端与雷管相撞。导向装置11包括一个倒棱的上端面，这个倒棱的端面作为上面所讲的落井棒上的那个阻挡装置的接合面。

雷管75是通过底座76装到雷管底座支架77上，外面有雷管上盖78。雷管上盖78是用密封圈81与引爆导线套筒80密封的。导线套筒的定心器79是用有头螺丝82装到引爆导线套筒80上的，用来把雷管75定在装料接头14的中心位置上，同时留出一个通道，让碎石通过油管管柱6和导向装置11，在导线套筒的周围落在安全装药连接装置50上面的装料接头的内腔56中。引爆导线套筒80通过接头卡盘51和密封圈52和53与安全装药连接装置50进行密封。

在安全装药连接装置50中，导线70被安全装药挡板90隔开导线70在安全装药挡板90上下两侧的每一个端头分别与引爆的助爆器72a和72b相连接。上面的助爆器72a用夹持器73a固定在导线套筒80之中并且由导线夹头74a将导线定在导线套筒的中心位置上。下面的助爆器72b用夹持器73b固定在导线支座95′中，并且由导线夹头74b将导线定在导线支座的中心位置上。

安全装药系统包括安全装药挡板90，它有一个开孔部分（开孔的断面没有示出）可以移运到与助爆器72a和72b之间的引爆通道对准，处于装药的位置上。如图3所示，挡板是处于安全位置上，引爆力被挡板断开、阻止引爆。带槽的挡板夹持器91紧靠在安全装药挡板90的一端上，并且使其面对弹簧92的弹力停在一定的位置上，弹簧装在弹簧保持器93中，用密封圈94将这个保持器与安全装药连接装置的机体密封起来。用密封圈95将挡板所在的内腔与油井中的泥浆隔开，防止泥浆从带槽的挡板夹持器91那里渗进去。当引爆装置下到油井的时候，作用在安全装药挡板上的压力会使挡板上的开孔部分与助爆器引爆通道对正，对引爆装置进行装药。

从图3中可以看得很清楚，安全装药连接装置50并不是必须要用的，装料接头14可以直接与引爆连接装置15连接而不必把导线断开。只要导线70能够将引爆力传到下面一个助爆器72c那里，就可以进行引爆装置的装药。在另一个实施例中，安全装药连接装置可以是必须采用的。

引爆器连接装置15上有一个纵向的孔，导线70即从这个孔中穿过。在引爆器连接装置15的一端，导线70与接受引爆力的助爆器72b相连，而导线70的另一端则与传递引爆力的助爆器72c相连接。设在导线70周围的密封室62用密封圈63密封在引爆器连接装置的纵向空腔中。密封室有压缩板64、压缩衬套65、激励密封（energizing seal）66和密封压盖67安装在导线70的周围。密封室62在密封圈63以下的外表面是与泥浆通过压力阀68相连通的，压力阀68包括一个压力阀锁紧螺母和一个带密封圈（图上未示）的压力杆。密封室62及其附带的密封压盖67、激励密封66、压缩板64和压缩衬套65之所以必要是因为穿过雷管上盖78与油井的泥浆系统连通了。这个密封室及其密封装置可以在未引爆的场合下将射孔枪夹持器与泥浆隔离开。在另外一个实施例（图上未示）中，上述密封装置可以用一个钢的活塞代替，这个钢活塞用一个夹头支撑在密封室中，并且在密封室中用密封圈将合成橡胶管中的导线密封起来。压力阀装置68的作用是在把引爆系统从油井中取出来以后，可以很容易地把雷管、导线、助爆器和炸药所产生的烟气排走，从而在拆除连接装置，装料接头和炸药箱体等的时候不会有压力释放的问题。引爆器连接装置15中的纵向空腔里有一个接头卡盘83，用密封圈84密封在上面部分，这个接头卡盘用来通过挡环96来支撑导线夹持器95′，而挡环96由一个防护罩97加以固定。

下面有一个助爆器72c与导线70的下端相连，而导线和助爆器都用夹盘86夹持在传送模87之中，这些装置都位于引爆器连接装置15的纵向空腔内。传送模87用有头螺丝88固定到引爆器连接装置15上。因此，传递引爆力的下面的这个助爆器72c就已经准备好，可以与射孔枪装置上端的接受引爆力的助爆器（图上未示）进行连接了，这样就可以把首先产生于雷管75的引爆力传递给射孔枪装置中的炸药。

夹盘86、导线夹头74a和导线夹头74b分别在助爆器72c、72a和72b的那个部位将导线夹持住，以保持导线的垂直方向。

应该注意到，尽管在本发明实施例的说明中采用了几种结构的连接装置，这是因为特定的油管和射孔枪支持器的尺寸所需要的，这些连接装置在应用本发明的不同情况下是可以改变的。选择适当的连接装置来正确地连接引爆系统对于射孔技术的内行来说是一件简单的事。

在引爆系统运往油井现场以前可以组装成一大件并在油井现场进行装药。引爆器连接装置和安全装药连接装置中的导线、助爆器、密封部件以及其他一些零件都可以在工厂制造过程中组装好，只是不要装上雷管。这样可以保证在运往油井现场的过程中具有一定程度的安全性。在准备把引爆装置下到油井中的时候，可以将雷管、雷管底座和雷管上盖装上，并且将装料接头和导向装置与引爆器连接装置和安全装料连接装置组装到一块。组装好的引爆装置就可以与射孔枪支持器连接起来，并且装到油管管柱的端部，下到油井中去。

用本发明的引爆系统来引爆油管运载射孔枪的操作过程如下。先把弹簧芯棒21中的定位销拔出来，使落井棒中的弹簧动作，弹簧24将活塞25压向充满油的油腔37。在弹簧的作用下，引爆针23开始慢慢地向芯棒导座或阻挡装置35那个方向缩回。随后，落井棒20从油管管柱6中落下去，鼻尖导头22通过导向装置11后使引爆针23与雷管75相撞，从而开始射孔枪的引爆过程。在引爆的这一过程中，鼻尖导头在落下的过程中已经往回缩了一些距离，但是还不到阻止引爆的程度。在未能引爆的场合下，上述回缩动作继续进行，因此在准备打捞落井棒或取出油管的时候，引爆针与芯棒导座之间的距离已经小于到导向装置的倒棱端面或阻挡装置的相对应的距离了。因此，即使在打捞落井棒或取出油管过程中落井棒又撞到引爆装置上，也不可能使引爆装置引爆。

应该这样理解，本发明并不限于这里所说的这些具体的详细结构、操作，材质和实施例。因为在本发明的范围内，这方面的内行可以进行改进和变态。比如说，在本发明的另一个实施例中，这里所举例的实施例中的那个缩回装置可以用另外一个装置来代替，它可以利用落井棒落入油井中以后的压力变化来驱动，因为在未引爆的情况发生以后，落井棒从油井中升上来的时候压力要降低。因此，本发明只受权利要求规定的范围所限。

Claims (13)

1、一个利用落井棒引爆油井中的油管运载射孔枪的引爆系统，该系统包括：

a）在油管管柱与至少一个射孔枪之间安装一个由撞击引爆的装置，上述引爆装置包括靠近油管管柱的第一端用来接受一个引爆力和靠近上述至少一个射孔枪的第二端用来把引爆力传递给上述的至少一个射孔枪;

b）一个落井棒装入油管中并与上述引爆装置的第一端相撞，

其特征在于：

上述落井棒包括一个外壳并带一个阻挡装置，在外壳中装有一个活动的芯棒，在芯棒上有一个接触端并且可以相对于阻挡装置移动，上述落井棒还包括一个缩回装置，在这个缩回装置动作以后可以使接触端向阻挡装置移动;

c）一个导向装置用来接受上述的落井棒并且引导上述接触端与上述引爆装置的第一端相撞;

d）固定在上述引爆装直上的支撑装置用来接受上述阻挡装置，这里，当上述缩回装置动作以后上述落井棒的接触端向上述阻挡装置移动到一定程度，阻挡装置与支撑装置靠到一起了，从而就能防止落井棒的接触端与引爆装置相撞和引爆，因此在出现未引爆的情况下，就可以安全地把落井棒从油管中打捞出来或者可以安全地把射孔枪从油井中取出来。

2、按权利要求1所述的装置，其特征在于，其中缩回装置装有一个定位销，它在将落井棒装入油管管柱中以前从缩回装置拔出，使缩回装置开始动作。

3、按照权利要求2所述的装置，其特征在于，其中缩回装置包括一个装有弹簧的活塞，活塞安装在上述芯棒上，油腔中的油通过芯棒渗流出来，随着油的渗流，活塞和芯棒缩回到油腔中去。

4、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，其中支撑装置包括导向装置上端的倒棱部分。

5、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括由油井压力驱动的安全装药装置，这个安全药装置把上述引爆装置的第一端与第二端之间的引爆导线断开。

6、按照权利要求5所述的装置，其特征在于，其中安全装药装置包括一个安全装药挡板，挡板具有一个开孔部分，它可以在引爆装置下到油井的时候借助于油井中的压力进行移动，与装在被断开的引爆导线两端上的助爆器对准中心线，并且还可以在引爆装置从油井中升起来的时候错开中心线处于一个安全的位置上。

7、按照权利要求1所述的装置，其特征在于，其中上述的接触端上有一个直径比较小的引爆针，它可以在引爆的时候以很大的冲量撞击上述引爆装置的第一端的中心部位。

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