CN106460489B - 用于井孔工具的冗余点火系统 - Google Patents

Abstract

一种用于引爆与井下工具相关联的爆炸体的装置，包括：多个点火头部，各点火头部包括启动爆炸体，该启动爆炸体在引爆时产生高阶输入；以及漏斗件，该漏斗件设置成通过使用单个高阶输出而引爆与井下工具相关联的爆炸体。该漏斗件有本体，该本体包括：多个输入开口，各输入开口靠近相关联的启动爆炸体，以便接收所产生的高阶输入；单个输出开口；以及流动通路，该流动通路使得该多个输入开口与该单个输出开口连接。

Description

用于井孔工具的冗余点火系统

技术领域

本发明涉及用于给一个或多个井下工具点火的装置和方法。更特别是，本发明是用于提高点火系统的可靠性的控制装置和方法的领域，该点火系统用于给冲击井下工具点火。

背景技术

与完成油井或天然气井相关的一种行动是井套筒的穿孔。在该处理过程中，穿孔(例如通道或孔)形成于井的套筒中，以便能够在井孔和烃生产地层之间流体连通，该烃生产地层由井横贯。这些穿孔通常通过穿孔枪来形成，该穿孔枪装载有成形装药。枪通过电线、滑线或盘管或者其它装置而降低至井孔内，直到它邻近烃生产地层。然后，地面信号驱动与穿孔枪相连的点火头部，该点火头部再使得成形装药引爆。由成形装药的爆炸形成的抛射体或射流使得套筒穿孔，从而允许地层流体从该地层穿过所述穿孔而流入至生产管柱内，用于流向地面。

很多油井工具将高阶(high-order)引爆包含为它们的操作的一部分。当用于启动高阶引爆的系统发生故障时，修复和重新试图进行合适的井孔操作可能很昂贵并耗费时间。本发明涉及用于提高用于产生高阶引爆的装置的可靠性的方法和装置。

发明内容

在多个方面，本发明提供了一种用于引爆与井下工具相关联连的爆炸体的装置。该装置可以包括多个点火头部和漏斗件。各点火头部可以包括启动爆炸体，该启动爆炸体在被引爆时产生高阶输入。漏斗件通过使用单个高阶输出而使得与井下工具相关联的爆炸体被引爆。漏斗件有本体，该本体包括多个输入开口、单个输出开口以及使得该多个输入开口与该单个输出开口连接的流动通路。各输入开口可以靠近相关联的启动爆炸体，以便接收所产生的高阶输入。

在另一实施例中，装置可以包括：多个并排的点火头部，各点火头部包括启动爆炸体，该启动爆炸体在引爆时产生高阶输入；以及漏斗件。该漏斗件可以包括：多个输入开口，各输入开口靠近相关联的启动爆炸体，以便接收所产生的高阶输入，其中，各输入开口与相关联的通道连通；汇合部，该汇合部连接该多个输入开口的相关联的通道；单个输出通道，该单个输出通道有与汇合部连接的第一端，及第二端；以及单个输出开口，该单个输出开口形成于该单个输出通道的第二端处。

应当知道，已经相当广义地概括了本发明的特定特征，以便可以更好地理解随后的本发明详细说明，并可以了解对本领域的贡献。当然，还有本发明的附加特征，该附加特征将在后面介绍，且在一些情况下形成附加权利要求的主题。

附图说明

为了详细理解本发明，下面将结合附图详细介绍优选实施例，附图中，相同元件给出相同标号，且附图中：

图1表示了根据本发明一个实施例的炸药点火系统的侧剖图；

图2表示了根据本发明一个实施例的炸药点火系统的侧剖图；

图3A-D示意表示了根据本发明多个实施例的流动通路的侧视图；以及

图4示意表示了用于在井孔中使用一个或多个井下工具来执行一个或多个预定任务的地面设备的正视图。

具体实施方式

本发明涉及用于提供冗余点火系统的装置和方法，该冗余点火系统用于驱动一个或多个井下工具。本发明容易有不同形式的实施例。在图中表示和在本文中详细介绍了本发明的特定实施例，应当知道，本发明的说明将认为是本发明的原理的解释说明，而并不是为了将本发明限制于这里所示和所述的实施例。

首先参考图1，图中以剖视图示意表示了根据本发明制成的点火组件100的一个非限定实施例。点火组件100可以包括多个点火头部120、多个启动爆炸体140和漏斗件160。这些部件可以固定在外壳180内。外壳180可以由一个或多个管形部件来形成。可以通过使用敲击工具、压力驱动机构、电信号或者任意其它已知的驱动结构来驱动点火头部120。点火头部220可以并排布置，以方便同时驱动。点火头部200可以独立地驱动，或者可以共用相同的驱动机构。各点火头部120分别使用合适的密封件而密封在外壳的空腔内。因此，启动爆炸体140的高阶在终止于漏斗件160之前相互隔离。漏斗件160可以通过使用辅助爆炸体182和导爆线184而与相邻的井下工具进行能量连接。

漏斗件160包括本体162和流动通路164。流动通路164有多个进口通道166、168，这些进口通道166、168分别与形成于本体162中的开口170、172连通，该本体162可以是柱形部件。开口170、172靠近启动爆炸体140。进口通道166、168终止于汇合部174处，该汇合部174有单个出口通道176。该单个出口通道176与形成于本体162中的开口178连通，该开口178靠近辅助爆炸体182。因此，启动爆炸体140的高阶输出分别通过开口170、172而进入本体162，但是在汇合部174处合并，并作为单个高阶输出而从开口178离开。该单个高阶输出可以用于使得辅助爆炸体182引爆。

外壳180可以包括螺纹连接部181，以便与相邻结构例如附属件或壳体连接。外壳180可以提供液体密封的内部，用于点火头部120、启动爆炸体140和漏斗件160。还有，漏斗件160可以使用保持环190而保持在外壳180内。

下面参考图2，图中以剖视图示意表示了根据本发明制成的点火组件200的另一非限定实施例。点火组件200可以包括多个点火头部220、多个高阶爆炸材料240和漏斗件260。这些部件可以固定在外壳280内。可以使用点火信号来驱动点火头部220，通过使用敲击工具、压力驱动机构、电信号或者任意其它已知的驱动结构来提供该点火信号。点火头部220可以并排布置，以方便通过使用相同的点火信号而同时驱动。同时的意思是相互在10秒内、相互在1秒内、相互在几分之一秒内。点火头部200可以被独立地驱动，或者可以共用相同的驱动机构。漏斗件260可以通过使用辅助爆炸体282和导爆线284而与相邻的井下工具进行能量连接。

漏斗件260包括本体262、流动通路264和启动器290。流动通路264有多个进口通道266、268，这些进口通道266、268分别与形成于本体262中的开口270、272连通。开口270、272靠近高阶爆炸材料240。进口通道266、268终止于汇合部274处，该汇合部274有单个出口通道276。该单个出口通道276与本体262中的开口278连通，该开口278靠近启动器290。启动器290可以固定在形成于本体262中的凹口孔292或其它类似空腔内。启动器290可以包括高阶炸药，该高阶炸药在被引爆时产生高阶输出。该高阶输出被导向辅助爆炸体282。

因此，启动爆炸体240的高阶输出分别通过开口270、272而进入本体262，在汇合部274处合并，并作为单个高阶输出而从开口278离开。该单个高阶输出可以用于使得启动器290引爆。启动器290响应地产生高阶输出，该高阶输出使得辅助爆炸体282引爆，这再使得导爆线284引爆。

下面参考图3A-D，图中表示了漏斗件160的不同实施例，该漏斗件160用于使得两个或更多的高阶输入合并成单个高阶输出。

图3A表示了根据本发明的漏斗件160的一个可选实施例。漏斗件160包括流动通路300，该流动通路300有多个通道302。各通道302有分开的开口304，用于接收高阶输入。不过，通道302与公共开口306连通，高阶输入通过该公共开口306而离开。通道302可以为大致直线形(线性)，并且相互不平行，或者有轴线308，该轴线308大致与冲击波的传播方向对齐。如图所示，通道302在它们的整个长度上并不平行，但也可以是在各自长度的主要部分上并不平行(即超过50％)。

图3B表示了根据本发明的漏斗件160的另一可选实施例。漏斗件160包括流动通路310，该流动通路310有多个通道312。各通道312与分开的开口314连通，用于接收高阶输入。通道312在汇合部316处相交，该汇合部316与出口通道318连接。出口通道与开口319连通，高阶输入通过该开口319离开。通道312为弯曲形(非线性)。另外，出口通道318的直径尺寸比通道312的直径更大(即至少大百分之二十)。

图3C表示了根据本发明的漏斗件160的另一可选实施例。漏斗件160包括流动通路320，该流动通路320有多个通道322。各通道322与分开的开口324连通，用于接收高阶输入。通道322在汇合部326处相交，该汇合部326与出口通道328连接。出口通道与开口329连通，高阶输入通过该开口329离开。通道322为线性，并形成“V”形。

图3D表示了根据本发明的漏斗件160的另一可选实施例。漏斗件160包括流动通路330，该流动通路330有三个通道332。各通道332与分开的开口334连通，用于接收高阶输入。通道332在汇合部336处相交，该汇合部336与出口通道338连接。出口通道与开口339连通，高阶输入通过该开口339离开。应当知道，实施例也可以使用四个或更多通道332。

下面将结合图1和4介绍使用点火系统100的一种示例模式。为了清楚起见，将参考穿孔枪来介绍点火系统100。不过应当知道，点火系统100并不局限于这样使用。

参考图4，图中表示了井结构和/或烃生产设备400，其位于所关注的地层上面。根据本发明制成的点火系统100与井下工具404连接，用于在井孔405中执行一个或多个预定的井下任务。设备400能够包括已知的装备和结构，例如在地面408处的平台406、钻塔410、井头412以及有套筒或无套筒的管道/管414。工作管柱416从钻塔410悬挂在井孔405内。工作管柱416能够包括钻管、盘管、电线、滑线、或者任意其它已知的传送装置。工作管柱416能够包括遥测线或者其它信号/电传输介质，其建立从地面至井下工具404(该井下工具404与工作管柱416的端部连接)的单向或双向遥测通信。为了清楚，图中表示了具有地面控制器(例如电源)418的遥测系统，该地面控制器418用于通过布置在工作管柱416中的电缆或信号传输线420来发送电信号。

在一种使用模式中，点火系统100包含在工具404内。工具404可以包括井工具12，使用高阶引爆来点火或以其它方式驱动所述井工具12。如前所述，用于给该点火系统100点火的信号可以是压力变化、冲击、时间延迟、电信号或者任意其它合适的驱动方法。通常，所有的点火头部120都通过信号而被驱动，并将冲击它们的相关联的启动爆炸体140。通过冲击，启动爆炸体140各自进行高阶引爆。这些引爆引起冲击波，以便分别进入开口170、172。冲击波沿它们的相应通道166、168传播，在汇合部174处组合，然后作为合并的冲击波而沿单个出口通道176传播。合并的冲击波从单个出口通道176离开，并引爆高阶爆炸材料182。

当一个点火头部120不能被驱动时，剩余的有功能的点火头部120进行冲击并且使得相关联的启动爆炸体140引爆。这种引爆引起冲击波，以便进入任一开口170或172。冲击波沿相应通道166或168传播，并通过汇合部174而进入单个出口通道176。冲击波从单个出口通道176离开，并引爆高阶爆炸材料182。因此，尽管并不是全部的点火头部120都起作用，但是也获得成功的点火事件。

如上所述，高阶引爆是产生高幅值压力波(即冲击波)和热能的引爆。同样，高阶炸药是配制成在引爆时产生高阶引爆的炸药。在点火头部组件中，当撞针冲击和引爆一引爆器时，产生高阶引爆，其包括高阶炸药。主爆炸体和辅助爆炸体以及启动器可以使用一种或多种高级炸药。示例的高级炸药包括但不局限于：RDX(六边形，Cyclotrimethylenetrinltramine)、HMX(八边形，Cyclotetramethylenetetranitramine)、HNS和PYX。

由上述可知，已经公开的发明包括用于使得与井下工具相关联的爆炸体引爆的装置。该装置可以包括多个点火头部以及漏斗件。各点火头部可以包括启动爆炸体，该启动爆炸体在被引爆时产生高阶输入。漏斗件通过使用单个高阶输出而引爆与井下工具相关联的爆炸体。漏斗件有本体，该本体包括多个输入开口、单个输出开口以及使得该多个输入开口与该单个输出开口连接的流动通路。各输入开口可以定位得靠近相关联的启动爆炸体，以便接收所产生的高阶输入。在实施例中，流动通路可以包括：多个进口通道，各进口通道与一个输入开口连通；单个出口通道，该出口通道与单个输出开口连通；以及汇合部，该汇合部使得该多个进口通道与单个出口通道连接。在实施例中，装置可以包括启动器，该启动器位于漏斗件中，并与该单个输出开口相邻。启动器可以使用高阶引爆来使得与井下工具相关联的爆炸体被引爆。

由上述可知，已经公开的发明还包括一种装置，该装置可以包括多个并排的点火头部，各点火头部包括启动爆炸体，该启动爆炸体在被引爆时产生高阶输入，以及漏斗件。漏斗件可以包括：多个输入开口，各输入开口靠近相关联的启动爆炸体，以便接收所产生的高阶输入，其中，各输入开口与相关联的通道连通；汇合部，该汇合部连接该多个输入开口的相关联的通道；单个输出通道，该单个输出通道有与汇合部连接的第一端，以及第二端；以及单个输出开口，该单个输出开口形成于该单个输出通道的第二端处。在实施例中，与该多个输入开口相关联的通道可以在各个相关联通道的长度的主要部分上相互并不平行。在实施例中，该单个出口通道的直径尺寸比与该多个输入开口相关联的通道的直径大至少百分之二十。还有，装置可以包括外壳，该外壳有密封内部，该多个点火头部和漏斗件布置在该密封内部中。外壳可以设置成使得启动爆炸体的高阶输出在进入漏斗件之前相互隔离。并排的点火头部可以设置成由相同点火信号来同时驱动。在结构中，井下工具还可以包括导爆线，该导爆线通过爆炸体来引爆。在实施例中，装置可以包括启动器，该启动器位于该单个输出开口附近，启动器包括高阶炸药，该高阶炸药在通过高阶引爆而被引爆时产生高阶输出，高阶炸药的高阶输出用于使得爆炸体被引爆。

由上述可知，已经公开的发明还包括多个实施例，其中，与该多个输入开口相关联的通道可以在各相关联通道的长度的主要部分上相互并不平行，其中，多个并排的点火头部设置成由相同点火信号来同时驱动，且装置还可以包括外壳，该外壳有密封内部，该多个点火头部和漏斗件布置在该密封内部中，外壳设置成使得启动爆炸体的高阶输出在它进入漏斗件之前相互隔离。

前述说明涉及本发明的特定实施例，是为了示例和解释的目的。不过显然，本领域技术人员应当知道，在不脱离本发明范围的情况下可以对上述实施例进行多种变化和改变。下面的实施例将解释为包含所有这些变化和改变。

Claims (12)

1.一种用于引爆与井下工具相关联的爆炸体的装置，包括：

多个独立地驱动的点火头部，各点火头部包括启动爆炸体，该启动爆炸体在爆炸时产生高阶输入；以及

漏斗件，该漏斗件设置成通过使用单个高阶输出而引爆与井下工具相关联的爆炸体，该漏斗件有本体，该本体包括：

多个输入开口，各输入开口靠近相关联的启动爆炸体，以便接收所产生的高阶输入；

单个输出开口；以及

流动通路，该流动通路使得所述多个输入开口与所述单个输出开口连接；

其中各输入开口与相关联的通道连通；并且该本体包括汇合部，该汇合部连接该多个输入开口的相关联的通道。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，该流动通路包括：

多个进口通道，各进口通道与所述多个输入开口中的一个输入开口连通；

单个出口通道，所述单个出口通道与所述单个输出开口连通；

其中该汇合部使得所述多个进口通道与所述单个出口通道连接。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括：

启动器，该启动器位于漏斗件中，并与所述单个输出开口相邻，该启动器使用高阶爆炸来引爆与井下工具相关联的爆炸体。

4.一种用于引爆与井下工具相关联的爆炸体的装置，包括：

多个并排的、独立地驱动的点火头部，各点火头部包括启动爆炸体，该启动爆炸体在爆炸时产生高阶输入；

漏斗件，该漏斗件具有本体，其包括：

多个输入开口，各输入开口靠近相关联的启动爆炸体，以便接收所产生的高阶输入，其中，各输入开口与相关联的通道连通；

汇合部，该汇合部连接所述多个输入开口的相关联的通道；

单个出口通道，所述单个出口通道有与汇合部连接的第一端，以及第二端；以及

单个输出开口，所述单个输出开口形成于所述单个出口通道的第二端处，其中，该多个输入开口、该汇合部以及该单个出口通道协作以由所产生的高阶输入中的至少一个来形成单个高阶输出，所述单个出口通道的第二端的朝向设置成将所述单个高阶输出导向所述与井下工具相关联的爆炸体。

5.根据权利要求4所述的装置，其中：与所述多个输入开口相关联的通道在各相关联通道的长度的主要部分上相互并不平行。

6.根据权利要求5所述的装置，其中：所述单个出口通道的直径尺寸比与所述多个输入开口相关联的通道的直径大至少百分之二十。

7.根据权利要求4所述的装置，还包括：外壳，该外壳有密封内部，所述多个并排的、独立地驱动的点火头部和漏斗件布置在所述密封内部中。

8.根据权利要求7所述的装置，其中：外壳设置成使得启动爆炸体的高阶输出在进入漏斗件之前相互隔离。

9.根据权利要求4所述的装置，其中：所述多个并排的、独立地驱动的点火头部设置成由相同的点火信号来同时驱动。

10.根据权利要求4所述的装置，其中：井下工具还包括导爆线，该导爆线通过所述与井下工具相关联的爆炸体来引爆。

11.根据权利要求4所述的装置，还包括：启动器，该启动器位于所述单个输出开口附近，启动器包括高阶炸药，该高阶炸药在通过高阶引爆而爆炸时产生高阶输出，高阶炸药的高阶输出设置成用于引爆所述与井下工具相关联的爆炸体。

12.根据权利要求4所述的装置，其中：与所述多个输入开口相关联的通道在各相关联通道的长度的主要部分上相互并不平行，其中，所述多个并排的、独立地驱动的点火头部设置成由相同的点火信号来同时驱动，且所述装置还包括外壳，该外壳有密封内部，所述多个并排的、独立地驱动的点火头部和漏斗件布置在所述密封内部中，所述外壳设置成使得所述启动爆炸体的高阶输出在进入漏斗件之前相互隔离。