CN101302928A - 油管输送射孔电能安全引爆系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油工业的油管输送射孔电能安全引爆系统。其技术方案是：主要由一级或一级以上的射孔器组成，每一级射孔器由电源棒、压控通断器、压控起爆器、夹层增压装置和直线发电机组成，所述的压控通断器、压控起爆器、夹层增压装置和直线发电机组装为一个整体，其中，压控起爆器装在压控通断器下端的射孔枪内，压控通断器的下端与夹层增压装置活动连接；夹层增压装置的下端与直线发电机活动连接，有益效果是：利用电源棒中的电源，将压控通断器与压控起爆器接通，引爆一级射孔器，产生的压力传送给夹层增压装置，推动直线发电机运动发电，将下一级射孔器引爆，确保地面施工人员的安全，并且简便、可靠、安全、可重复使用。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种石油工业射孔技术，特别涉及一种油管输送射孔电能安全引爆系统。
二、背景技术：
国内外油管输送射孔普遍采用投棒或加液压的方式引发射孔枪的火工品起爆，而实现射孔目的。以往的油管(钻杆)输送射孔起爆器有机械撞击式起爆器、压力激发式起爆器、延时式压力起爆器几种。机械撞击式起爆器可分为防砂起爆器、双效起爆器、密封式起爆器等几种。是利用一个金属棒在油管内自由下落产生的动能，推动下部起爆器的撞针，使活塞下滑，撞击火帽(雷管、起爆器)起爆，从而完成射孔。其弊端是由于杂物过多或油内出砂严重，堆集在起爆器上方，使金属棒无法下落撞击火工件，不能实现射孔；对于出砂严重的井，砂粒将起爆器埋掉，金属棒下落时一起被埋掉，进行打捞时，一旦打捞失败，延时上起油管，在起油管过程中，由于油管震动或顿钻，砂粒渐渐减少，金属棒下行，进而引爆射孔器，造成误射孔或者井口爆炸，造成一定的经济损失，施工人员的人身安全亦无法保证。
压力激发式起爆器可分为双效式起爆器、开孔式复合起爆器、枪尾压力起爆器等几种起爆器。是利用井液压力推动活塞，剪断安全销，活塞继续向下滑动，驱动撞针，切断安全销，撞针向下运动撞击火帽，火帽发火引爆射孔器，实现射孔。起弊端是可利用的起爆器种类多，使用的火工件型号多，易造成混乱；结构比较复杂，运输时分开储存，施工时易引起组装失误，造成无法起爆；常温和高温起爆器外型不易分辨，销钉设计压力值不一样，不利于发放，一旦发放错误，容易造成误射孔；根据井深设定压力值时，起爆器的销钉易滑落，不易察觉，一旦用于施工，造成不可预测的后果；此类起爆器组装时，火工件比较敏感，一旦出现差错，会在地面爆炸，造成人员的伤亡。
延时式压力起爆器是在普通起爆器的基础上，增加了一延时筒和辅助部件。起爆器起爆的同时，引燃上点火管，延时药燃烧，延时5-10分钟后，再将下点火管引燃，下点火管将点火药引燃，点火药将雷管引爆，从而激发传爆器，引爆射孔器，实现射孔。其弊端与压力激发式起爆器的弊端一致。
综上所述，生产使用的火工品数量及种类多，成本高，施工人员的安全风险大。
三、发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构简单、安全可靠、制造成本低的油管输送射孔电能安全引爆系统。
其技术方案是：主要由一级或一级以上的射孔器组成，每一级射孔器由电源棒、压控通断器、压控起爆器、夹层增压装置和直线发电机组成，所述的电源棒为一个独立个体，所述的压控通断器、压控起爆器、夹层增压装置和直线发电机组装为一个整体，其中，压控起爆器装在压控通断器下端的射孔枪内，压控通断器的下端与夹层增压装置活动连接；夹层增压装置的下端与直线发电机活动连接，利用电源棒中的电源，将压控通断器与压控起爆器接通，引爆一级射孔器，一级射孔器引爆生产物产生的压力传送给夹层增压装置，推动直线发电机运动发电，将下一级射孔器引爆。
其中，电源棒主要由外壳、护帽和腔体组成，护帽上设有与外界相通的孔，并与外壳的顶端活动连接，外壳的下端活动连接腔体；所述的外壳内装有弹片、活塞插头、弹簧、电阻和电源，所述的弹片顶在活塞插头的顶端，活塞插头的底端套有弹簧，并用绝缘垫隔开，电阻上设有插座以便与导电插头连通，并与电源由导线连通；所述的外壳下端内部装有导电插座与绝缘体，绝缘体与腔体设有通孔，与外界相通。
上述的电源采用电容式、磁电式、涡轮发电式、压电晶体式或电池(DC)。
其中，压控通断器包括导电插头、活塞、弹簧、绝缘垫、压控起爆器和射孔枪，射孔枪内装有压控起爆器，压控起爆器的上端空腔内设有导电插头、活塞、弹簧和绝缘垫，导电插头通过绝缘垫与射孔枪绝缘，活塞内装有弹簧，弹簧一端顶在活塞的内壁，另一端顶在射孔枪的台阶上。
上述的导电插头呈三棱型。
其中的压控起爆器包括短路片、弹簧、外壳、导线、桥丝，外壳上端开有孔，使压控通断器的导电插头可通过，内部装有短路片，短路片通过弹簧顶在外壳上，通过导线将弹簧与外壳内腔的桥丝连通，桥丝通过导线与外壳短路，这样桥丝处于金属壳体的全封闭状态。
上述的外壳的中间设有孔，绝缘体装在孔内，绝缘体中间设有小孔，穿过绝缘体的导线将弹簧与外壳内腔的桥丝连通。
其中的夹层增压装置包括活塞杆、增压头和夹层枪，夹层枪的上端通过与上一级射孔枪活动连接，下端通过与直线发电机活动连接，活塞杆的一端与上一级射孔枪紧密连接，另一端与增压头连接，夹层枪上设有多个与外界连通的通孔。
其中的直线发电机包括传压杆、剪切销、线圈、磁钢、壳体、绝缘体和导线，所述的传压杆内部设有装剪切销的孔，下端缠有线圈，中间通过密封圈与壳体的内腔紧密连接，线圈引出导线，将电能引到下一个装置；壳体的内腔装有磁钢，线圈可以在磁钢内相对运动切割磁力线，产生电能。
本发明的有益效果是：利用电能安全引爆井下的射孔器，减少火工品使用的数量及种类，可省去油管输送射孔中的安全枪，确保地面施工人员的安全，并具有简便、可靠、安全、可重复使用。
四、附图说明：
附图1是本发明的电源棒的结构示意图；
附图2是本发明的压控通断器的结构示意图；
附图3是本发明的压控起爆器的结构示意图；
附图4是本发明的夹层增压装置的结构示意图；
附图5是本发明的直线发电机的结构示意图；
附图6是本发明的压控通断器、压控起爆器、夹层增压装置和直线发电机组成一体的结构示意图；
其中：图1中：护帽a1、弹片a2、活塞插头a3、弹簧a4、电阻a5、电源a6、外壳a7、导电插座a8、绝缘体a9、腔体a10、绝缘垫a11；
图2：导电插头b1、活塞b2、弹簧b3、绝缘垫b4、压控起爆器c和射孔枪b6；
图3：短路片c1、弹簧c2、绝缘体c3、外壳c4、导线c5、桥丝c6、装药体c7；
图4：活塞杆d1、增压头d2、夹层枪d3、通孔d4和密封圈d5；
图5：传压杆e1、剪切销e2、线圈e3、磁钢e4、壳体e5、绝缘体e6和导线e7、活塞杆e11、增压头e12、夹层枪e13、通孔e14和壳体e15；
图6：电源棒(a)、压控通断器(b)、压控起爆器(c)、夹层增压装置(d)和直线发电机(e)、下一级射孔器(f)；。
五、具体实施方式：
参照附图6，对本发明作进一步的描述，其技术方案是：主要由一级或一级以上的射孔器组成，每一级射孔器由电源棒a、压控通断器b、压控起爆器c、夹层增压装置d和直线发电机e组成，所述的电源棒a为一个独立个体，所述的压控通断器b、压控起爆器c、夹层增压装置d和直线发电机e组装为一个整体，其中，压控起爆器c装在压控通断器b下端的射孔枪内，压控通断器b的下端与夹层增压装置d活动连接；夹层增压装置d的下端与直线发电机e活动连接，利用电源棒a中的电源，将压控通断器与压控起爆器接通，引爆一级射孔器，一级射孔器引爆生产物产生的压力传送给夹层增压装置d，推动直线发电机运动e发电，将下一级射孔器f引爆。
参照附图1，所述的电源棒a主要由外壳a7、护帽a1和腔体a10组成，护帽上设有与外界相通的孔，并与外壳a7的顶端活动连接，外壳的下端活动连接腔体a10；所述的外壳a7内装有弹片a2、活塞插头a3、弹簧a4、电阻a5和电源a6，所述的弹片a2顶在活塞插头a3的顶端，活塞插头a3的底端套有弹簧a4，并用绝缘垫a11隔开，电阻a5上设有插座以便与导电插头连通，并与电源a6由导线连通；所述的外壳a7下端内部装有导电插座a8与绝缘体a9，绝缘体a9与腔体a10设有通孔，与外界相通。
所述的电源6采用电容式、磁电式、涡轮发电式、压电晶体式或电池DC。
另外，活塞插头a3与外壳内腔之间设有密封圈，活塞插头a3与外壳内腔、护帽a1组成的密闭空间通过护帽上设有孔与外界相通，在外界压力大于内部压力时，弹片推动导电插头压缩弹簧，弹簧压缩到设定的程度时，导电插头与电阻接通，电源开始自毁式放电；当射孔完毕后，射孔器上提，在外界压力小于内部压力时，弹簧开始弹起，活塞插头和电阻断开，放电结束，防止漏电的发生，保护地面施工人员。
另外，上述的活塞插头a3的主体为柱形，底端设有较细的锥形插头与电阻a5上的插座配合；所述的外壳a7的内腔设有台阶，阻止活塞插头的柱形主体继续下行。
其工作过程是在直井、大斜度井、水平井射孔施工时，将投棒式电源棒的电源蓄满电能，投入油管内，在电源棒的下滑过程中，当到达一定深度以后，在井液压力的作用下，弹片推动导电插头压缩弹簧，弹簧压缩到设定的程度时，导电插头与电阻接通，电源开始自毁式放电。当电源棒下滑到设定层位后，导电插座与下部压控通断器的导电插头导通，电源开始向下部供电，从而引爆射孔器。当射孔完毕后，射孔器上提，在外界压力小于内部压力时，弹簧开始弹起，活塞插头和电阻断开，放电结束，防止漏电的发生，保护地面施工人员。
参照附图2，压控通断器b包括导电插头b1、活塞b2、弹簧b3、绝缘垫b4、压控起爆器c和射孔枪b6，射孔枪b6内装有压控起爆器，压控起爆器的上端空腔内设有导电插头b1、活塞b2、弹簧b3和绝缘垫b4，导电插头b1通过绝缘垫b4与射孔枪绝缘，活塞b2内装有弹簧b3，弹簧b3一端顶在活塞b2的内壁，另一端顶在射孔枪b6的台阶上。
其中，导电插头b1呈三棱型，可以保证充分导通。
其工作原理和过程如下：射孔器下放到油管内一定深度以后，在井液压力的作用下，活塞带动导电插头向下滑动，导电插头与压控起爆器接通，当由井口投放的电源棒到达设定层位时与导电插头接通，电源开始向压控起爆器供电，引爆射孔器。当射孔完毕射孔器上提后，外界压力小于设定压力时，在弹簧的弹力作用下，导电插头与压控起爆器分离，这样可以避免未起爆的射孔器在地面发生意外爆炸，确保地面施工人员的安全。
参照附图3，所述的压控起爆器c包括短路片c1、弹簧c2、外壳c4、导线c5、桥丝c6，外壳c4上端开有孔，使压控通断器的导电插头可通过，内部装有短路片c1，短路片c1通过弹簧c2顶在外壳c4上，外壳c4的中间设有孔，绝缘体c3装在孔内，绝缘体c3中间设有小孔，穿过绝缘体c3的导线c5将弹簧c2与外壳内腔的桥丝c6连通，桥丝c6通过导线与外壳c4短路，这样桥丝c6处于金属壳体的全封闭状态；外壳c4内的桥丝c6的下方设有装药体c7。
所述的外壳c4的中间设有孔，绝缘体c3装在孔内，绝缘体c3中间设有小孔，穿过绝缘体c3的导线c5将弹簧c2与外壳内腔的桥丝c6连通。
其工作过程和原理如下：
当压控通断器的导电插头顶到短路片时，短路片压缩弹簧，短路片与外壳断开，来自电源棒的电源与桥丝构成回路，开始向桥丝供电，引爆射孔器。当射孔器因故不能引爆，需要把射孔器提升到地面时，随着井液压力的减小，弹簧在弹力的作用下又通过短路片与外壳接通，桥丝短路，保证了桥丝又处于金属壳体的全封闭状态，消除了由于杂散电流、静电、射频感应等素因引起的射孔器误爆的可能性，保护地面施工人员的安全。
参照附图4，所述的夹层增压装置d包括活塞杆d1、增压头d2和夹层枪d3，夹层枪d3的上端通过与上一级射孔枪活动连接，下端通过与直线发电机活动连接，活塞杆d1的一端通过密封圈d5与上一级射孔枪紧密连接，另一端与增压头d3连接，夹层枪d3上设有多个与外界连通的通孔d4。
其工作原理是：利用一级射孔器内的爆轰压力定向泄放到夹层枪内，和扩大冲击加载的受力面积，可靠启动直线发电机运行，确保产生的电能引爆下一级射孔器，实现射孔的目的。
参照附图5，所述的直线发电机e包括传压杆e1、剪切销e2、线圈e3、磁钢e4、壳体e5、绝缘体e6和导线e7，所述的传压杆e1内部设有装剪切销e2的孔，下端缠有线圈e3，中间通过密封圈与壳体e5的内腔紧密连接，线圈e3引出导线e7，将电能引到下一个装置；壳体e5的内腔装有磁钢e4，线圈e3可以在磁钢e4内相对运动切割磁力线，产生电能。当然，也可以将线圈3与磁钢4互换，其他方案不变，也可以达到同样的发电效果。
其工作原理是：利用一级射孔器内的爆轰压力定向泄放到夹层枪内，和扩大冲击加载的受力面积，可靠启动直线发电机运行，确保产生的电能引爆下一级射孔器，实现射孔的目的。
上述系统不仅可以适用于油管输送射孔(TCP)技术，同时也配合适用于电缆输送射孔。
上述实施例的具体使用方法和过程如下：
一、大斜度井(井眼斜度一般不大于50度)油管输送射孔时，在井液压力下压控通断器的导电插头与压控起爆器接通，当射孔器到达油井设定层位后，将投棒式电源棒的电源蓄满电能，投入油管内，在电源棒的下滑过程中，当到达一定深度以后，在井液压力的作用下，
弹片推动导电插头压缩弹簧，弹簧压缩到设定的程度时，导电插头与电阻接通，电源开始自毁式放电。当电源棒下滑到设定层位后，导电插座与下部压控通断器的导电插头导通，电源开始向下部供电，从而引爆射孔器。当射孔完毕后，射孔器上提，在外界压力小于内部压力时，弹簧开始弹起，活塞插头和电阻断开，放电结束，防止漏电的发生。同时，压控通断器提到地面以后，内部弹簧也向上弹起，导电插头与压控起爆器断开，不会引起地面爆炸，均起到保护地面施工人员的作用。
二、水平井射孔。原理同上，只是将电源棒投入油筒后，同时采用泵压推动力将电源棒推进到预定层位并与压控通断器接通，引发压控起爆器起爆，达到第一层(最上端一层)射孔器射孔的目的。
三、水平井夹层以下的油层射孔器的引爆，是靠上层(第一层)射孔器起爆后，所产生的爆生产物推动夹层增压装置进一步增压，通过夹层枪内的液柱传递给直线发电机，液柱的压力，推动传压杆下滑，进而切断剪切销，使传压杆带着线圈继续向下滑动，线圈在磁钢内相对运动切割磁力线，产生电能，通过导线与下一级射孔器连通，引爆射孔器，达到射孔的目的。
四、电缆输送射孔时，只需要压控通断器与压控起爆器配装即可。通过电缆与压控通断器接通供电，引发压控起爆器起爆，达到射孔目的。
Claims (9)
1.一种油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：主要由一级或一级以上的射孔器组成，每一级射孔器由电源棒(a)、压控通断器(b)、压控起爆器(c)、夹层增压装置(d)和直线发电机(e)组成，所述的电源棒(a)为一个独立个体，所述的压控通断器(b)、压控起爆器(c)、夹层增压装置(d)和直线发电机(e)组装为一个整体，其中，压控起爆器(c)装在压控通断器(b)下端的射孔枪内，压控通断器(b)的下端与夹层增压装置(d)活动连接；夹层增压装置(d)的下端与直线发电机(e)活动连接，利用电源棒(a)中的电源，将压控通断器与压控起爆器接通，引爆一级射孔器，一级射孔器引爆生产物产生的压力传送给夹层增压装置(d)，推动直线发电机运动(e)发电，将下一级射孔器(f)引爆。
2.根据权利要求1所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的电源棒(a)主要由外壳(a7)、护帽(a1)和腔体(a10)组成，护帽上设有与外界相通的孔，并与外壳(a7)的顶端活动连接，外壳的下端活动连接腔体(a10)；所述的外壳(a7)内装有弹片(a2)、活塞插头(a3)、弹簧(a4)、电阻(a5)和电源(a6)，所述的弹片(a2)顶在活塞插头(a3)的顶端，活塞插头(a3)的底端套有弹簧(a4)，并用绝缘垫(a11)隔开，电阻(a5)上设有插座以便与导电插头连通，并与电源(a6)由导线连通；所述的外壳(a7)下端内部装有导电插座(a8)与绝缘体(a9)，绝缘体(a9)与腔体(a10)设有通孔，与外界相通。
3.根据权利要求2所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的电源(6)采用电容式、磁电式、涡轮发电式、压电晶体式或电池(DC)。
4.根据权利要求1所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的压控通断器(b)包括导电插头(b1)、活塞(b2)、弹簧(b3)、绝缘垫(b4)、压控起爆器(c)和射孔枪(b6)，射孔枪(b6)内装有压控起爆器，压控起爆器的上端空腔内设有导电插头(b1)、活塞(b2)、弹簧(b3)和绝缘垫(b4)，导电插头(b1)通过绝缘垫(b4)与射孔枪绝缘，活塞(b2)内装有弹簧(b3)，弹簧(b3)一端顶在活塞(b2)的内壁，另一端顶在射孔枪(b6)的台阶上。
5.根据权利要求4所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的导电插头(b1)呈三棱型。
6.根据权利要求1所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的压控起爆器(c)包括短路片(c1)、弹簧(c2)、外壳(c4)、导线(c5)、桥丝(c6)，外壳(c4)上端开有孔，使压控通断器的导电插头可通过，内部装有短路片(c1)，短路片(c1)通过弹簧(c2)顶在外壳(c4)上，通过导线(c5)将弹簧(c2)与外壳内腔的桥丝(c6)连通，桥丝(c6)通过导线与外壳(c4)短路，这样桥丝(c6)处于金属壳体的全封闭状态。
7.根据权利要求6所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的外壳(c4)的中间设有孔，绝缘体(c3)装在孔内，绝缘体(c3)中间设有小孔，穿过绝缘体(c3)的导线(c5)将弹簧(c2)与外壳内腔的桥丝(c6)连通。
8.根据权利要求1所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的夹层增压装置(d)包括活塞杆(d1)、增压头(d2)和夹层枪(d3)，夹层枪(d3)的上端通过与上一级射孔枪活动连接，下端通过与直线发电机活动连接，活塞杆(d1)的一端与上一级射孔枪紧密连接，另一端与增压头(d3)连接，夹层枪(d3)上设有多个与外界连通的通孔(d4)。
9.根据权利要求1所述的油管输送射孔电能安全引爆系统，其特征是：所述的直线发电机(e)包括传压杆(e1)、剪切销(e2)、线圈(e3)、磁钢(e4)、壳体(e5)、绝缘体(e6)和导线(e7)，所述的传压杆(e1)内部设有装剪切销(e2)的孔，下端缠有线圈(e3)，中间通过密封圈与壳体(e5)的内腔紧密连接，线圈(e3)引出导线(e7)，将电能引到下一个装置；壳体(e5)的内腔装有磁钢(e4)，线圈(e3)可以在磁钢(e4)内相对运动切割磁力线，产生电能。
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