CN103306646A - 一种用于油气井多级射孔器的控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于油气井多级射孔器的控制装置及其控制方法，包括连接在一起的分级射孔上接头和分级射孔下接头，所述分级射孔上接头的另一端连接上级射孔器，所述分级射孔下接头另一端则连接下级射孔器；所述分级射孔下接头内部安装有分级射孔控制装置，该分级射孔控制装置包括设置在分级射孔下接头上端口处的上级接线插针和设置在分级射孔下接头下端口处的下级接线插针，所述上级接线插针和下级接线插针之间设置有通断插杆，所述下级接线插针的下端连接伸缩连接插针组件；所述分级射孔控制装置还包括用来连接和控制上级接线插针和下级接线插针的控制电路板。有效避免下一级射孔器点火电流的杂散性误起爆上一级射孔器刚接通的雷管，可以用于检测相应级电路通断情况，提高了分级射孔控制装置的安全可靠性。

Description

一种用于油气井多级射孔器的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及油气井射孔设备及工具，具体讲的是一种实现油气井多级射孔器连接和逐级点火的控制装置及其控制方法。

背景技术

油气井分级射孔技术是指利用特殊的控制装置连接多级射孔器及桥塞工具，采用电缆将装配的多级射孔器及工具一次下入井内，通过地面射孔仪器控制实现每一个目的层段逐级点火射孔及工具做功。针对某些油气井一次完井需要射开多个油气层段，且每个层段厚度薄，层段间隔距离大等特点，以往针对此类油气井一般采用电缆输送多次下井完成射孔及工程作业，或者采用油管连接射孔器输送射孔，其缺点是电缆输送下井次数多，耗时长，油管输送使用大量的射孔空枪或者油管连接，工序复杂，不易控制。油气层段分级射孔工艺技术针对该类井况优点突显，它可以利用特殊的连接控制装置将多个层段的射孔器及工程作业工具连接在一起，使用电缆输送一次全部下入井内，每一次地面射孔仪器控制点火只能引爆其下一级射孔器，其上级其它射孔器点火回路均处于开路状态，当点完下一级射孔器后，上一级射孔器点火回路自动闭合，依次实施可以实现一次下井完成多个层段逐级分段点火射孔及桥塞作业，提高了作业时效，缩短了施工周期。该技术尤其是应于非常规油气层射孔作业，实现多簇、多级射孔与桥塞，是提高储层压裂改造失效及效果的关键配套技术。不过上述技术在安全可靠性上还有待改进，因为在点火时容易引起下一级射孔器点火电流的杂散性误起爆上一级射孔器刚接通的雷管，造成安全隐患。另外还缺少故障检测功能等。

有鉴于此，针对上述问题，提出一种设计合理且有效改善上述缺失的实现油气井多级射孔器连接和逐级点火的控制装置及其控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于油气井多级射孔器的控制装置及其控制方法，有效避免下一级射孔器点火电流的杂散性误起爆上一级射孔器刚接通的雷管，同时在下一级射孔器未被成功点火前，其上一级射孔器点火电路一直断开，而且每一级射孔器的检测电阻值不同，可以用于检测相应级电路通断情况，判断哪一级射孔器接通，提高了分级射孔控制装置的安全可靠性。

为了达成上述目的，本发明提供了一种用于油气井多级射孔器的控制装置，包括连接在一起的分级射孔上接头和分级射孔下接头，所述分级射孔上接头的另一端连接上级射孔器，所述分级射孔下接头另一端则连接下级射孔器；所述分级射孔下接头内部安装有分级射孔控制装置，该分级射孔控制装置包括设置在分级射孔下接头上端口处的上级接线插针和设置在分级射孔下接头下端口处的下级接线插针，所述上级接线插针和下级接线插针之间设置有通断插杆，所述下级接线插针的下端连接伸缩连接插针组件；所述分级射孔控制装置还包括用来连接和控制上级接线插针和下级接线插针的控制电路板。

所述控制电路板由单向二极管、检测电阻、微动开关和三组接线脚组成，三组接线脚分别为上通接线脚、下通接线脚和点火接线脚，检测电阻与单向二极管并联，一端同时接点火接线脚，单向二极管另一端接雷管后并接地，检测电阻另一端直接接地，所述多级射孔器中除第一级的控制电路板下通接线脚连接并联的单向二极管和检测电阻外，其他级的控制电路板直接连接下级接线插针，且每一级射孔器单向二极管连接方向相邻级交错，检测电阻阻值不同。

所述上级接线插针为两根且安装在上接线盘所设置的两道带内螺纹和密封面的孔道中，所述上级接线插针上端分别连接上贯通线和点火线，下端分别连接控制电路板上通接线脚和点火接线脚；所述上接线盘由上固定环固定在分级射孔下接头内腔中。

所述控制电路板通过中固定盘固定在分级射孔下接头内腔中的固定螺纹孔上，所述中固定盘设置有六个孔道。

所述下级接线插针安装在触动活塞中，所述触动活塞外侧设置两道密封圈槽和一组销钉孔，左右两端中间设置一道带内螺纹和密封面的孔道，右侧端口大尺寸倒角；所述下级接线插针上端连接在控制电路板的下通接线脚上，下端连接下贯通线，左端一侧设置用于连接通断插杆的内螺纹孔；所述通断插杆左端设置凹槽、右端设置外螺纹，套上固定螺母固定在触动活塞左端一侧。

所述伸缩连接插针组件安装在下固定盘上开设的带内螺纹的孔道中，所述伸缩连接插针组件外侧设置用于安装固定外螺纹。

所述伸缩连接插针组件由绝缘胶木、上插针、弹簧、下插针组成，上插针、弹簧、下插针安装在绝缘胶木内，其中下插针可以伸缩，用于连接下一级射孔器贯通线触点。

所述分级射孔上接头左端设置用于连接上级射孔器的外螺纹和实现密封的两道密封圈槽；所述分级射孔上接头右端设置用于连接分级射孔下接头的内螺纹和内密封面；所述分级射孔上接头中部设置接线孔，接线孔孔道里侧设置密封面，外侧设置内螺纹，并在接线孔孔道内安装设有两道密封圈槽和外螺纹的堵头；所述分级射孔上接头内部设置贯通通道。

所述分级射孔下接头左端设置用于连接分级射孔上接头的外螺纹和实现密封的两道密封圈槽；所述分级射孔下接头右端设置用于连接下级射孔器的外螺纹和实现密封的两道密封圈槽，所述分级射孔下接头外侧中部设置卡板槽；所述分级射孔下接头内部设置不同内径带台阶的圆筒型空腔，从左至右一次设置有固定上固定环的内螺纹、上接线盘的密封面、控制电路板的安装空间、中固定盘的固定螺纹孔、通断插杆的贯穿通道、触动活塞的密封面、卡销钉台阶、固定下固定盘的内螺纹。

为了达成另一目的，本发明提供了一种用于油气井多级射孔器的控制装置的控制方法，其步骤为：

多级射孔器由分级射孔控制装置连接，第一级射孔器射孔前其每一级分级射孔控制装置上的触动活塞处在原始位置，由销钉固定；

控制电路板上的微动开关压下，使上通接线脚与下通接线脚接通，点火电流可以通过上下贯通线传输到第一级射孔器的雷管上，其他级分级射孔控制机构上的控制电路板点火接线脚此时均与贯通线断路；

在进行第一级射孔器射孔时，其他级射孔器均被有效屏蔽，当完成第一级射孔器射孔后，射孔器穿孔，射孔液涌入第一级射孔器内，在井内压力作用下，第一级分级射孔控制机构中的触动活塞向上运动，切断销钉，通断插杆向上运动，微动开关弹出并滑入通断插杆上的凹槽内，第一级分级射孔控制机构中的上通接线脚与下通接线脚永久断开，并与点火接线脚可靠接通，此时第二级射孔器的点火雷管被接通，其他级依旧均断开；

依次操作就能实现对多级射孔器进行连接和逐级分段点火射孔的控制。

相较于现有技术，本发明采用地面射孔仪器输出正向或者负向直流完成点火，每级控制装置相邻之间采用正负电交错点火，更加有效避免下一级射孔器点火电流的杂散性误起爆上一级射孔器刚接通的雷管，同时在下一级射孔器未被成功点火前，其上一级射孔器点火电路一直断开，而且每一级射孔器的检测电阻值不同，可以用于检测相应级电路通断情况，判断哪一级射孔器接通，提高了分级射孔控制装置的安全可靠性。

总之，本发明可以有效地将多级射孔器连接在一起，并安全可靠地控制多级射孔器实现逐级分级射孔，简化了施工工序、缩短了施工周期；分级射孔控制机构及电路单元结构设计简洁合理，重复利用率高，成本低，易实现。

附图说明

图1为本发明一种用于油气井多级射孔器的控制装置的总装剖视图；

图2为本发明一种用于油气井多级射孔器的控制装置的分级射孔上接头与堵头结构示意图；

图3为本发明一种用于油气井多级射孔器的控制装置的分级射孔下接头结构示意图；

图4为本发明一种用于油气井多级射孔器的控制装置的控制电路板线路图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

根据图1，一种用于油气井多级射孔器的控制装置，结构由分级射孔上接头1和分级射孔下接头2连接上下级射孔器，分级射孔控制机构安装在分级射孔下接头2内，其中分级射孔控制机构由上固定环4、上接线盘5、上级接线插针6、控制电路板7、中固定盘8、通断插杆9、触动活塞10、下级接线插针11、下固定盘12、伸缩连接插针组件13组成。

所述分级射孔控制机构中的中固定盘8设置六个孔道，其中控制电路板7通过中固定盘8固定在分级射孔下接头2内侧固定螺纹孔209上。

所述分级射孔控制机构中的通断插杆9左端设置凹槽、右端设置外螺纹，套上固定螺母，固定在触动活塞10左端一侧。

所述分级射孔控制机构中的触动活塞10外侧设置两道密封圈槽和一组销钉孔，左右两端中间设置一道带内螺纹和密封面的孔道，右侧端口大尺寸倒角，用于安装下级接线插针11，其上端连接在控制电路板7的下通接线脚上，下端连接下贯通线；左端一侧设置内螺纹孔，用于连接通断插杆9。

所述分级射孔控制机构中的下固定盘12左右两端中间设置一带内螺纹孔道，用于安装伸缩连接插针组件13，外侧设置外螺纹，用于安装固定。

所述分级射孔控制机构中的伸缩连接插针组件13由绝缘胶木、上插针、弹簧、下插针组成，上插针、弹簧、下插针安装在绝缘胶木内，其中下插针可以伸缩，用于连接下一级射孔器贯通线触点。

所述分级射孔控制机构中的上固定环4外侧设置外螺纹，用于安装固定。

所述分级射孔控制机构中的上接线盘5设置两道带内螺纹和密封面的孔道，用于安装两根上级接线插针6，上端分别连接上贯通线和点火线，下端分别连接控制电路板7上通接线脚和点火接线脚。

参见图2，所述分级射孔上接头1，左端设置外螺纹101和两道密封圈槽102，用于连接上级射孔器并实现密封；右端设置内螺纹106和内密封面107，用于连接分级射孔下接头；中部设置接线孔103，接线孔孔道里侧设置密封面105，外侧设置内螺纹104，并安装设有两道密封圈槽302和外螺纹301的堵头3，便于上下级射孔器连接线；内部设置贯通通道108，便于上下级射孔器连接线。

参见图3，所述分级射孔下接头2，左端设置外螺纹201和两道密封圈槽202，用于连接分级射孔上接头1并实现密封，右端设置外螺纹205和两道密封圈槽204，用于连接下级射孔器并实现密封，外侧中部设置卡板槽203；内部设置不同内径带台阶的圆筒型空腔，从左至右一次设置有固定上固定环4的内螺纹206、上接线盘5的密封面207、控制电路板7的安装空间208、中固定盘8的固定螺纹孔209、通断插杆9的贯穿通道213、触动活塞10的密封面210、卡销钉台阶211、固定下固定盘12的内螺纹212，以上均用于安装分级射孔控制机构。

参见图4，所述分级射孔控制机构中的控制电路板7由单向二极管、检测电阻、微动开关和三组接线脚组成，三组接线脚分别为上通接线脚、下通接线脚和点火接线脚，检测电阻与单向二极管并联，一端同时接点火接线脚，单向二极管另一端接雷管后并接地，检测电阻另一端直接接地，其中除第一级控制电路板7下通接线脚连接并联的单向二极管和检测电阻外，其他级控制电路板7直接连接下级接线插针，且每一级射孔器单向二极管连接方向相邻级交错，检测电阻阻值不同。

参见图1、图2、图3、图4，具体描述一下各部分的连接构造：

①分级射孔上接头1实施方式：

在堵头3和分级射孔上接头1相应密封圈槽302和202内安装密封圈，堵头3旋入分级射孔上接头1的接线孔103位置；并将分级射孔上接头1外螺纹101旋接在上级射孔器下端，上级射孔器贯通线和点火线穿入分级射孔上接头1的贯通通道108内。

②分级射孔下接头2实施方式：

先在触动活塞10安装上两道密封圈、四颗剪切销钉，将下级接线插针11和通断插杆9安装在触动活塞相应位置，然后通断插杆9朝左将触动活塞10从分级射孔下接头2右端捅入，剪切销钉正好落在211与210之间的台阶上；将控制电路板7一固定脚固定在中固定盘8上，控制电路板7朝左从分级射孔下接头2左端捅入，落在208与213之间的台阶上，上两道固定螺丝固定在209上，且让下级接线插针11上端与通断插杆9左端从中固定盘8相应孔道伸出，下接线插针11连接到控制电路板7的下通接线脚上，通断插杆挤在微动开关上，使微动开关压下，同时固定控制电路板7另一固定脚；取两根上级接线插针6安装在上接线盘5相应孔道，上接线盘5安装两道密封圈，并从分级射孔下接头2左端捅入，捅入前两根上级接线插针5分别接在控制电路板7的上通接线脚和点火接线脚上；将组装好的伸缩连接插针组件13安装在下固定盘12上，下固定盘12从分级射孔下接头2右端旋接在212上，固定触动活塞10，并使伸缩连接插针组件13中的上插针与下级接线插针11的下端连接，上固定环4从分级射孔下接头2左端旋接在206上，固定上接线盘5；最后将分级射孔下接头2右端205旋接在下级射孔器上端。

③分级射孔上、下接头组合实施方式：

将分级射孔下接头2左端201旋接在分级射孔上接头1的右端106上，同时分级射孔下接头2的两根上级接线插针6上延长线穿入分级射孔上接头1的贯通通道108内，拧开堵头3，取出上下连接线，并将对应线各自互相牢固连接，缠上耐温绝缘胶布，做好绝缘，最后将堵头3旋入接线孔103内。

根据以上所述的用于油气井多级射孔器的控制装置，其控制方法分为以下几个步骤：

多级射孔器由分级射孔控制装置连接，第一级射孔器射孔前其每一级分级射孔控制装置上的触动活塞10处在原始位置，由销钉固定；

控制电路板7上的微动开关压下，使上通接线脚与下通接线脚接通，点火电流可以通过上下贯通线传输到第一级射孔器的雷管上，其他级分级射孔控制机构上的控制电路板7点火接线脚此时均与贯通线断路；

在进行第一级射孔器射孔时，其他级射孔器均被有效屏蔽，当完成第一级射孔器射孔后，射孔器穿孔，射孔液涌入第一级射孔器内，在井内压力作用下，第一级分级射孔控制机构中的触动活塞10向上运动，切断销钉，通断插杆9向上运动，微动开关弹出并滑入通断插杆9上的凹槽内，第一级分级射孔控制机构中的上通接线脚与下通接线脚永久断开，并与点火接线脚可靠接通，此时第二级射孔器的点火雷管被接通，其他级依旧均断开；

依次操作就能实现对多级射孔器进行连接和逐级分段点火射孔的控制。

根据上述方法的步骤，该分级射孔控制装置采用地面射孔仪器输出正向或者负向直流完成点火，每级控制装置相邻之间采用正负电交错点火，更加有效避免下一级射孔器点火电流的杂散性误起爆上一级射孔器刚接通的雷管，同时在下一级射孔器未被成功点火前，其上一级射孔器点火电路一直断开，而且每一级射孔器的检测电阻值不同，可以用于检测相应级电路通断情况，判断哪一级射孔器接通，提高了分级射孔控制装置的安全可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (10)

1.一种用于油气井多级射孔器的控制装置，包括连接在一起的分级射孔上接头（1）和分级射孔下接头（2），所述分级射孔上接头（1）的另一端连接上级射孔器，所述分级射孔下接头（2）另一端则连接下级射孔器；其特征在于，所述分级射孔下接头（2）内部安装有分级射孔控制装置，该分级射孔控制装置包括设置在分级射孔下接头（2）上端口处的上级接线插针（6）和设置在分级射孔下接头（2）下端口处的下级接线插针（11），所述上级接线插针（6）和下级接线插针（11）之间设置有通断插杆（9），所述下级接线插针（11）的下端连接伸缩连接插针组件（13）；所述分级射孔控制装置还包括用来连接和控制上级接线插针（6）和下级接线插针（11）的控制电路板（7）。

2.根据权利要求1所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述控制电路板（7）由单向二极管、检测电阻、微动开关和三组接线脚组成，三组接线脚分别为上通接线脚、下通接线脚和点火接线脚，检测电阻与单向二极管并联，一端同时接点火接线脚，单向二极管另一端接雷管后并接地，检测电阻另一端直接接地，所述多级射孔器中除第一级的控制电路板（7）下通接线脚连接并联的单向二极管和检测电阻外，其他级的控制电路板（7）直接连接下级接线插针，且每一级射孔器单向二极管连接方向相邻级交错，检测电阻阻值不同。

3.根据权利要求2所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述上级接线插针（6）为两根且安装在上接线盘（5）所设置的两道带内螺纹和密封面的孔道中，所述上级接线插针（6）上端分别连接上贯通线和点火线，下端分别连接控制电路板（7）上通接线脚和点火接线脚；所述上接线盘（5）由上固定环（4）固定在分级射孔下接头（2）内腔中。

4.根据权利要求2所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述控制电路板（7）通过中固定盘（8）固定在分级射孔下接头（2）内腔中的固定螺纹孔（209）上，所述中固定盘（8）设置有六个孔道。

5.根据权利要求2所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述下级接线插针（11）安装在触动活塞（10）中，所述触动活塞（10）外侧设置两道密封圈槽和一组销钉孔，左右两端中间设置一道带内螺纹和密封面的孔道，右侧端口大尺寸倒角；所述下级接线插针（11）上端连接在控制电路板（7）的下通接线脚上，下端连接下贯通线，左端一侧设置用于连接通断插杆（9）的内螺纹孔；所述通断插杆（9）左端设置凹槽、右端设置外螺纹，套上固定螺母固定在触动活塞（10）左端一侧。

6.根据权利要求2所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述伸缩连接插针组件（13）安装在下固定盘（12）上开设的带内螺纹的孔道中，所述伸缩连接插针组件（13）外侧设置用于安装固定外螺纹。

7.根据权利要求6所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述伸缩连接插针组件（13）由绝缘胶木、上插针、弹簧、下插针组成，上插针、弹簧、下插针安装在绝缘胶木内，其中下插针可以伸缩，用于连接下一级射孔器贯通线触点。

8.根据权利要求1所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述分级射孔上接头（1）左端设置用于连接上级射孔器的外螺纹（101）和实现密封的两道密封圈槽（102）；所述分级射孔上接头（1）右端设置用于连接分级射孔下接头的内螺纹（106）和内密封面（107）；所述分级射孔上接头（1）中部设置接线孔（103），接线孔（103）孔道里侧设置密封面（105），外侧设置内螺纹（104），并在接线孔（103）孔道内安装设有两道密封圈槽（302）和外螺纹（301）的堵头（3）；所述分级射孔上接头（1）内部设置贯通通道（108）。

9.根据权利要求1所述的一种用于油气井多级射孔器的控制装置，其特征在于，所述分级射孔下接头（2）左端设置用于连接分级射孔上接头（1）的外螺纹（201）和实现密封的两道密封圈槽（202）；所述分级射孔下接头（2）右端设置用于连接下级射孔器的外螺纹（205）和实现密封的两道密封圈槽（204），所述分级射孔下接头（2）外侧中部设置卡板槽（203）；所述分级射孔下接头（2）内部设置不同内径带台阶的圆筒型空腔，从左至右一次设置有固定上固定环（4）的内螺纹（206）、上接线盘（5）的密封面（207）、控制电路板（7）的安装空间（208）、中固定盘（8）的固定螺纹孔（209）、通断插杆（9）的贯穿通道（213）、触动活塞（10）的密封面（210）、卡销钉台阶（211）、固定下固定盘（12）的内螺纹（212）。

10.一种用于油气井多级射孔器的控制装置的控制方法，其步骤为：

多级射孔器由分级射孔控制装置连接，第一级射孔器射孔前其每一级分级射孔控制装置上的触动活塞（10）处在原始位置，由销钉固定；

控制电路板（7）上的微动开关压下，使上通接线脚与下通接线脚接通，点火电流可以通过上下贯通线传输到第一级射孔器的雷管上，其他级分级射孔控制机构上的控制电路板（7）点火接线脚此时均与贯通线断路；

在进行第一级射孔器射孔时，其他级射孔器均被有效屏蔽，当完成第一级射孔器射孔后，射孔器穿孔，射孔液涌入第一级射孔器内，在井内压力作用下，第一级分级射孔控制机构中的触动活塞（10）向上运动，切断销钉，通断插杆（9）向上运动，微动开关弹出并滑入通断插杆（9）上的凹槽内，第一级分级射孔控制机构中的上通接线脚与下通接线脚永久断开，并与点火接线脚可靠接通，此时第二级射孔器的点火雷管被接通，其他级依旧均断开；

依次操作就能实现对多级射孔器进行连接和逐级分段点火射孔的控制。

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