CN103147725A - 一种用于油气井射孔作业的压差起爆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于包括上接头、活塞组件、中间接头、下接头和解锁击发机构；上接头与中间接头螺纹连接，中间接头与与下本体螺纹连接，三段接头连接后形成空心阶梯圆柱体；上接头输入端设有与沉砂管螺纹连接的内螺纹孔；活塞组件与中间接头采用螺纹连接，活塞组件的撞杆通过中间接头的台阶定位孔进行轴向定位；解锁击发机构固连在下本体的中心孔中并通过密封圈进行密封。本发明实现了对击针自锁；此外，爆炸组件采用了双发火可有效提高发火可靠性。突出优点是设置了压力通道的中间接头结构设计保证了下管串的安全及可靠，钢球限位击针及双发火结构设计保证了发火的安全及可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气井TCP油管传输射孔装置领域，尤其涉及油管输送射孔与地层测试器联合作业简称：测试联作及负压射孔等压力式射孔工艺所需起爆装置，用以实现在下管串的安全与可靠及点火起爆的安全与可靠。
背景技术
目前，国内的压力射孔起爆装置种类较多，但均采用一定压力作用下剪断剪切销钉，使击针作用火工件引爆射孔枪。该方法对剪切销钉剪切值的准确性有很高要求，另外，经误起爆引起的误射孔事故分析，射孔管柱下井时会遇到急停急放、镦钻等不正常作业方式，引起波动压力，一旦波动压力超过压力起爆装置设置的安全压力，会造成事故的发生。针对该问题，破裂盘压差起爆装置(ZL01259895.X)采用了破裂盘取代剪切强度并不十分准确的剪切销钉，破裂盘破碎打开通道后，压差作用活塞剪断剪断销钉，击针撞击火工件发火，起爆可靠性得到了提高。然而，该装置对破裂盘强度有较高要求，且破裂盘成本较高。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于油气井射孔作业的压差起爆装置，用于测试联作、负压射孔等射孔工艺中压差起爆装置，解决压力起爆装置因压力波动和销钉剪切值不准确而误起爆引起的误射孔事故问题。
技术方案
一种用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于包括上接头2、活塞组件3、中间接头4、下接头5和解锁击发机构6；所述活塞组件3包括活塞3-1、活塞套3-2、钢制销钉3-3、活塞背帽3-4、定位销3-5、撞杆背帽3-6、撞杆3-7和销钉挡套3-8；活塞3-1为圆柱体，输入端的外壁采用多个道剪切钢制销钉3-3固定活塞套3-2，活塞套3-2上设有销钉挡套3-8并形成第一级台阶，活塞套3-2的外壁设有第二级台阶，其输出端依次与活塞背帽3-4、撞杆3-7和撞杆背帽3-6螺纹连接；所述上接头2、活塞组件3、中间接头4、下接头5和解锁击发机构6的连接关系为：上接头2与设置了压力通道的空心圆柱体的中间接头4螺纹连接并在圆柱孔通过密封圈进行密封，中间接头4与与下本体5螺纹连接，三段接头连接后形成空心阶梯圆柱体；上接头2输入端设有与沉砂管1螺纹连接的内螺纹孔；活塞组件3与中间接头4采用螺纹连接并通过密封圈进行密封，活塞组件3的第一层台阶与上接头2和中间接头4连接形成的台阶位置吻合，中间接头4内壁设有与活塞组件3的第二层台阶吻合的台阶，活塞组件3的撞杆3-7通过中间接头的台阶定位孔进行轴向定位；解锁击发机构6螺纹连接在下本体5的中心孔中并通过密封圈进行密封。
所述下接头5为一空心阶梯圆柱体且沿轴线设有变截面通孔，两端分别设有连接中间接头4和射孔枪的外螺纹孔及密封槽。
所述解锁击发机构6包括钢球挡套6-1、钢球锁套6-2、剪切销钉6-3、弹簧6-4、击针6-5、钢球6-6、雷管座6-7、火帽6-8、雷管6-9、扩爆管座6-10和扩爆管6-11；钢球挡套6-1为设有销钉槽和球形孔的圆柱体，输入端为实心体，输出端为空心体；钢球锁套6-2为设有销钉槽和球形孔的空心阶梯圆柱体，输入端与钢球挡套6-1销钉连接，输出端外螺纹与下接头5螺纹连接，输出端内螺纹与扩爆管座6-10螺纹连接，在输入端内孔装有弹簧6-4，弹簧6-4一端与钢球挡套6-1内孔端面接触，另一端与安装在钢球锁套6-2输出端内孔击针6-5端面接触；钢球6-6放置于钢球锁套6-2的球形孔处与钢球锁套6-2中心孔处的击针6-5弧形面相接触，在钢球锁套6-2与钢球挡套6-1销钉连接下，钢球挡套6-1限制钢球6-6径向移动，实现了对击针6-5自锁。
所述钢制销钉3-3为18个，且一排均布。
所述钢制销钉3-3为36个，且两排均布。
所述钢制销钉3-3为54个，且三排均布。
有益效果
本发明提出的一种用于油气井射孔作业的压差起爆装置，从结构入手，采用了钢制前剪切销钉替代铜剪切销钉，提高了剪切销钉剪切值的准确性；中间接头设置了压力通道，确保装置在承压环境下，活塞上下端同时承受压力，即让剪切销钉不承压，可有效避免误起爆发生；解锁击发机构中采用了凹弧结构击针，通过钢球与击针凹弧面接触，实现了对击针自锁；此外，爆炸组件采用了双发火可有效提高发火可靠性。本发明的突出优点是设置了压力通道的中间接头结构设计保证了下管串的安全及可靠，钢球限位击针及双发火结构设计保证了发火的安全及可靠。
有益效果体现在以下几个方面：
1、由于采用了压差结构设计，通过在装置中间接头开设压力通孔，使下管柱过程中，活塞上下端压力平衡，即保证了活塞销钉槽中的剪切销钉受平衡力作用，从而有效避免压力波动引起误起爆误射孔事故的发生。
2、由于活塞组件类型由以前的18孔、40孔优化为18孔、36孔和54孔，满足了不同井深耐压需求。其中，活塞组件Ⅰ型，销钉孔数18孔，一排均布，耐压：50MPa；活塞组件Ⅱ型，销钉孔数36孔，两排均布，耐压：100MPa；活塞组件Ⅲ型，销钉孔数54孔，三排均布，耐压：150MPa。若需要指标为耐60MPa时，可选择活塞组件Ⅱ型，通过计算销钉个数，去掉多余销钉可达到耐压指标。
3、由于选用剪切销钉材料不同，将钢制销钉取代传统的铜销钉，具有使用方便，剪切值恒定、准确度高等优点。
4、由于采用双发火结构，提高压差起爆装置的发火可靠性。该结构是在解锁击发机构中设计两个击针，由同一个弹簧推动，可最大限度保证发火同步性。在火工组件设计中采用双火帽、双雷管，其中任何一路发火均能可靠引爆扩爆药柱。
附图说明
图1：本发明的压差起爆装置结构示意图；
图2：图1中活塞组件3的示意图；
图3：图1中解锁击发机构6的示意图；
1-沉砂管、2-上接头、3-活塞组件、3-1-活塞、3-2-活塞套、3-3-剪切销钉、3-4-活塞背帽、3-5-定位销、3-6-撞杆背帽、3-7-撞杆、3-8-销钉挡套、4-中间接头、5-下接头、6-解锁击发机构、6-1-钢球挡套、6-2-钢球锁套、6-3-剪切销钉、6-4-弹簧、6-5-击针、6-6-钢球、6-7-雷管座、6-8-火帽、6-9-雷管、6-10-扩爆管座、6-11-扩爆管。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
正如图1所示，本发明包括沉砂管1、上接头2、活塞组件3、中间接头4、下接头5、解锁击发机构6及若干密封圈。所述沉沙管1为设有多个矩形槽的空心圆柱体，其输入端焊接有盖帽，起防沙作用，输出端与上接头2螺纹连接，矩形槽可作为压力通道，可使油管内压力作用到活塞组件3中活塞3-1的上端面；上接头2为空心阶梯圆柱体且沿轴线设有变截面通孔，输入端外侧设有与油管连接的外螺纹，输出端与中间接头4螺纹连接并通过密封圈进行密封；所述中间接头4为一设置了压力通道的空心圆柱体，其输入端外部与上接头2螺纹连接，内部与活塞组件3输出端外螺纹螺纹连接并密封，输出端与下接头5螺纹连接；所述下本体5为一空心阶梯圆柱体，输入端带有一锥形圆台，输出端可与射孔枪螺纹连接，下本体5的内孔与解锁击发机构6的钢球锁套6-2螺纹连接并通过密封圈进行密封。
正如图2所示，所述活塞组件3由活塞3-1、活塞套3-2、剪切销钉3-3、活塞背帽3-4、定位销3-5、撞杆背帽3-6、撞杆3-7和销钉挡套3-8构成。所述活塞3-1为设有销钉槽和密封槽的圆柱体，在输入端的外壁上采用多个剪切钢制销钉3-3固定活塞套3-2，并通过密封圈密封。活塞套3-2上套有销钉挡套3-8形成第一级台阶。在活塞套3-2的外壁上密封槽与螺纹之间设有第二级台阶，其输出端依次与活塞背帽3-4、撞杆3-7和撞杆背帽3-6螺纹连接，通过安装在活塞背帽3-4销钉槽中的定位销3-5限制活塞3-1轴向移动。
本优选实施例的优点在于压差结构设计，即在所述中间接头4上设置压力通道得结构设计。该结构实现了活塞组件3上剪切销钉3-3在下管柱过程中不承受上下压力，避免了销钉误切断而导致误射孔事故的发生。当本发明到达预定起爆位置后，封隔器座封、测试阀负压开孔装置打开后，活塞上端承受封隔器上方环空压力，下端承受油管内液柱压力，作用活塞上、下端面压力不同而形成压差，需要起爆时，可利用油管、套管包括外加压力压力差作用于活塞3-1，当压力差大于剪切销钉3-3剪断安全值时销钉被剪断。
本优选实施例的解锁击发机构6设计。如图3所示，所述解锁击发机构6由钢球挡套6-1、钢球锁套6-2、剪切销钉6-3、弹簧6-4、两个击针6-5、两个钢球6-6、两个雷管座6-7、两个火帽6-8、两个雷管6-9、扩爆管座6-10和扩爆管6-11构成。所述解锁击发机构6与下接头5螺纹连接并在中心孔处密封；所述钢球挡套6-1为设置了销钉孔和球形孔的阶梯形圆柱体，输入端为实心体，输出端为空心体，输入端外径小于输出端外径；所述钢球锁套6-2为管壁上设有销钉盲孔和球形孔的空心阶梯圆柱体，输入端与钢球挡套6-1销钉连接，输出端外螺纹与下接头5螺纹连接，输出端内螺纹与扩爆管座6-10螺纹连接，在输入端中心孔内装有弹簧6-4，弹簧6-4一端与钢球挡套6-1内孔端面接触，另一端与安装在钢球锁套6-2内击针6-5端面接触；钢球6-6放置于钢球锁套6-2的球形孔处与钢球锁套6-2中心孔处的击针6-5弧形面相接触，在钢球锁套6-2与钢球挡套6-1销钉连接下，钢球挡套6-1限制钢球6-6径向移动，实现了对击针6-5自锁。
本优选实施例的装配工艺具体装配过程为：首先，将密封圈套入扩爆管座6-11的密封槽内，再将扩爆管6-11用固化胶粘接在扩爆管6-10内孔。将两个火帽6-8和两个雷管6-9分别粘接在雷管座6-7的工字型孔内。将钢球锁套6-2套入密封圈，再将弹簧6-4装入钢球锁套6-2输入端内孔。在钢球锁套6-2轴线方向对称分布的两内孔分别装入两个击针6-5，使击针6-5平面端与弹簧6-4相接触，在钢球锁套6-2球形孔处放入两个钢球6-6，使钢球球面与击针6-5的弧形面接触，借助工具压缩弹簧，使钢球挡套6-1销钉孔与钢球锁套6-2销钉盲孔对正，并安装剪切销钉6-3。将粘接好的雷管座6-7与扩爆管座6-10依次由钢球锁套6-2输出端装入，并通过扩爆管座6-10外螺纹与钢球锁套6-2内螺纹螺纹连接完成解锁击发机构6的装配。
其次，将活塞3-1及活塞套3-2装配密封圈，并在对应销钉孔内插入数个钢制销钉3-3。将活塞3-1输出端与活塞背帽3-4螺纹连接，并安装定位销钉3-5。将撞杆3-7小直径端装配密封圈并套入撞杆背帽3-6，并与活塞3-1输出端螺纹连接。在活塞套3-2输入端套上销钉挡套3-8后组成活塞组件3。
最后，在中间接头4和下接头5上分别装配密封圈，中间接头4与下接头5输入端螺纹连接。从中间接头4输入端拧入活塞组件3，并使起撞杆3-7插入到下接头5输入端孔内并密封。将解锁击发机构6由下接头5输出端装入并拧紧。将上接头2输出端与中间接头4螺纹连接。并将沉沙管1装入上接头2中完成总装配。
本优选实施例的工作过程是，当压差起爆装置下井到位后，封隔器座封，测试阀负压开孔装置打开，生产孔、测试阀和油管连通，封隔器以下压力即为油管压力，活塞下端面作用压力为油管压力，封隔器上端环空与装置内部连通，活塞上端压力即为套管压力。井口加压，活塞3-1上、下端面承受压差大于活塞组件3中的剪切销钉3-3的剪切力的安全值后，剪切销钉3-3被剪断，活塞3-1连同活塞背帽3-4、撞杆背帽3-6及撞杆3-7一同下行撞击钢球挡套6-1输入端，在该撞击作用下，钢球挡套6-1销钉孔中的剪切销钉6-3瞬间剪断，钢球挡套6-1下行并推动钢球锁套孔内弹簧6-4，将弹簧弹力作用于两击针6-5，当钢球档套6-1下行至与钢球锁套6-2球形孔对正位置，释放钢珠钢球6-6，瞬间实现击针6-5解锁，击针6-5撞击火帽6-8点火，引爆雷管6-9及扩爆管6-11，完成起爆作业。
Claims (6)
1.一种用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于包括上接头（2）、活塞组件（3）、中间接头（4）、下接头（5）和解锁击发机构（6）；所述活塞组件（3）包括活塞（3-1）、活塞套（3-2）、钢制销钉（3-3）、活塞背帽（3-4）、定位销（3-5）、撞杆背帽（3-6）、撞杆（3-7）和销钉挡套（3-8）；活塞（3-1）为圆柱体，输入端的外壁采用多个道剪切钢制销钉（3-3）固定活塞套（3-2），活塞套（3-2）上设有销钉挡套（3-8）并形成第一级台阶，活塞套（3-2）的外壁设有第二级台阶，其输出端依次与活塞背帽（3-4）、撞杆（3-7）和撞杆背帽（3-6）螺纹连接；所述上接头（2）、活塞组件（3）、中间接头（4）、下接头（5）和解锁击发机构（6）的连接关系为：上接头（2）与设置了压力通道的空心圆柱体的中间接头（4）螺纹连接并在圆柱孔通过密封圈进行密封，中间接头（4）与与下本体（5）螺纹连接，三段接头连接后形成空心阶梯圆柱体；上接头（2）输入端设有与沉砂管（1）螺纹连接的内螺纹孔；活塞组件（3）与中间接头（4）采用螺纹连接并通过密封圈进行密封，活塞组件（3）的第一层台阶与上接头（2）和中间接头（4）连接形成的台阶位置吻合，中间接头（4）内壁设有与活塞组件（3）的第二层台阶吻合的台阶，活塞组件（3）的撞杆（3-7）通过中间接头的台阶定位孔进行轴向定位；解锁击发机构（6）螺纹连接在下本体（5）的中心孔中并通过密封圈进行密封。
2.根据权利要求1所述用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于：所述下接头（5）为一空心阶梯圆柱体且沿轴线设有变截面通孔，两端分别设有连接中间接头（4）和射孔枪的外螺纹孔及密封槽。
3.根据权利要求1所述用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于：所述解锁击发机构（6）包括钢球挡套（6-1）、钢球锁套（6-2）、剪切销钉（6-3）、弹簧（6-4）、击针（6-5）、钢球（6-6）、雷管座（6-7）、火帽（6-8）、雷管（6-9）、扩爆管座（6-10）和扩爆管（6-11）；钢球挡套（6-1）为设有销钉槽和球形孔的圆柱体，输入端为实心体，输出端为空心体；钢球锁套（6-2）为设有销钉槽和球形孔的空心阶梯圆柱体，输入端与钢球挡套（6-1）销钉连接，输出端外螺纹与下接头（5）螺纹连接，输出端内螺纹与扩爆管座（6-10）螺纹连接，在输入端内孔装有弹簧（6-4），弹簧（6-4）一端与钢球挡套（6-1）内孔端面接触，另一端与安装在钢球锁套（6-2输出端内孔击针（6-5）端面接触；钢球（6-6）放置于钢球锁套（6-2）的球形孔处与钢球锁套（6-2）中心孔处的击针（6-5）弧形面相接触，在钢球锁套（6-2）与钢球挡套（6-1）销钉连接下，钢球挡套（6-1）限制钢球（6-6）径向移动，实现了对击针（6-5）自锁。
4.根据权利要求1所述用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于：所述钢制销钉（3-3）为18个，且一排均布。
5.根据权利要求1所述用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于：所述钢制销钉（3-3）为36个，且两排均布。
6.根据权利要求1所述用于油气井射孔作业的压差起爆装置，其特征在于：所述钢制销钉（3-3）为54个，且三排均布。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130612 |