CN1074970A - 油田井下套管焊接扩径弹 - Google Patents

Abstract

本发明是一种油田井下套管焊接扩径弹，由弹 头、弹身、弹尾组成。其特点是：弹头的撞击开关点燃 火药燃烧产生高温、高压气体的同时，启动定时器控 制引爆时间，先引爆焊接炸药从两端焊接焊管，同时 引爆剪切炸药切断焊管，再延迟引爆扩径炸药，扩大 焊管内径，做到焊接扩径、剪切一步完成。解决了长 期以来人们想解决而未能解决的难题，为今后油田井 下错断套管、弯曲套管从物理修复向化学修复的转变 开辟了新纪元。

Description

本发明涉及油田井下套管修理，主要用于修理套管错断、破裂、外漏的油田井下套管弹。该焊接扩径弹由弹头、弹身、弹尾、炸药、雷管等组成。

目前油田井下套管焊接是人们长期想解决而没有解决的难题，采用普通的焊接方法是无法在井下操作，采用爆炸焊接就可以在井下操作，因为它是一种固相焊接过程，通过炸药加速金属件使之发生高速倾斜碰撞而实现焊接，但是它要求焊接面平整清洁和瞬态碰撞点前方的气体有流出窗口，若在焊接面之间的空间充满介质如高温高压气体，水及高密度泥浆时实现爆炸焊接，就必须将该空间密封起来，把介质排出干净，并对焊接面进行特殊处理。

英国国际研究和发展公司的D.J.Brown介绍了一种水下爆炸焊接，在水深120m钢管对口爆炸焊接，焊接面进行了除锈处理，并在密封、抽水的真空条件下进行的，而井下套管的爆炸焊接不具备水下除锈、密封的操作条件。

本发明的目的是为了建立现有技术不具备的条件、而提供一种能在油田井下除锈、排空泥浆的套管焊接扩径弹。

本发明的构思：为了实现上述目的，在油田井下套管爆炸焊接，首先必须解决除锈、排空泥浆的难题，解决这一难题的办法：先用可压缩性好的高压气体替代可压缩性差的泥浆，采用火药燃烧产生高温高压气体将套管和焊管之间泥将排空，并利用套管内壁上蜡和油在高温高压下碳化后还原氧化铁，产生一层无锈的新界面，但是高温高压气体充满套管与焊管之间，如何爆炸焊接，必须打破常规的爆炸焊接办法，设计一种特殊爆炸焊接即从两端开始同时爆炸焊接，气体压缩在“储气腔”中，结果是两端焊接，中间留有一定的空腔。另外泥浆排空是一种瞬态效应，时间极短，提前或迟后都会造成爆炸焊接的失败，用定时器控制，根据火药燃烧完时间计算，确定定时的时间，点燃火药的同时启动定时器。爆炸焊接后，套管内径缩小，可以使用油田井下整形弹扩径完成，本发明采用焊接与扩径一步完成，但不能同时进行，因为扩径时影响焊管与套管的焊接，只能先焊接后扩径，在装药上采取分段装药延迟起爆的办法，在两端焊接炸药之间引入扩径炸药，焊接炸药与扩径炸药接触处插入延时片。为了使焊管与母体脱离，用剪切炸药切断焊管。

本发明由弹头1-10，弹身11-17、弹尾18-28、三大部分组成，弹头由空心压帽1、封密圈2、撞击板3、撞击开关4、定时器5、连接件6构成;弹身由上隔板11、焊管12、剪切炸药13、雷管14、焊接炸药15、延迟片16、扩径炸药17构成;弹尾由药筒18、火药包覆层19、火药20、点火药21、点火头22、下隔板23、密封垫26筒盖27木栓28构成。

撞击板3：由两层铝板制成，中间夹着撞击开关4、下层有引线孔。

定时器5：用电子式定时器，电点火的同时定时器开动计时引爆电雷管。

连接件6：用45＃钢制成，有平台7、中心孔8、螺纹盲孔9、密封槽10，用于连接钻管和焊管。

上隔板11：用非金属材料，硬塑料或硬木制成，有中心孔和引线槽。

剪切炸药13：高爆速炸药如含有黑索金的高聚物粘接炸药。

雷管14：用耐压密封电雷管。

焊接炸药15和扩径炸药17：用低爆速浇铸炸药如含梯恩梯的粘结炸药。

延迟片16：用塑料制成，延迟引爆时间。

药筒18：用非金属材料硬塑料或硬木制成，内装火药、点火药、点火头。

火药包覆层19：用作控制火药燃烧方向。

火药13：用高燃速火药，燃烧产生高温高压气体。

点火药14：用黑火药，点燃火药。

点火头15：电火花点火头，点燃点火药。

本发明的制造：用45＃钢加工成塔式双圆桶连接件，底部有中心孔，底部下有凹进圆台柱形、大圆侧面有4个螺纹盲孔和密封槽，小圆外侧有螺纹内侧有平台和螺纹，弹身外壳用焊管，弹尾外壳用硬木或硬塑料加工成药筒。连接件内装有定时器，焊管内装有剪切炸药，焊接炸药、扩径炸药和雷管，药筒内装有火药，点火药、点火头。连接件与焊管用螺母连接，焊管和药筒紧配合连接。

本发明的排气孔是根据火箭发动机中心排气或为了飞行稳定而在中心周围多孔排气，由于油田井下只需要排空泥浆，最好变成环形多孔侧面排气，对称的4个或8个排气孔。

本发明中用的撞击开关是依靠撞击杆的冲击力使簧片闭合接通电路，但是井下泥浆比重大，撞击杆下降速度慢，冲击杆有时接触不到冲击板上，有发生“瞎火”的现象，为了解决这问题，最好把簧片换成干簧管继电器，在撞击杆端部装上圆柱形的磁铁，撞击杆下井不接触冲击板，在一定距离内磁铁的磁场作用于干簧管使其触点闭合接通电路。

本发明中用的定时器的定时时间是根据火药燃烧估算确定的，不完全反映井下排空泥浆的时间，因为火药燃烧时间随井内压力的变化而变化。最好的办法利用高温高压气体对井内温度的影响，泥浆介质传递温度慢，泥浆温度要比气体温度低得多，利用温度的差别检测温度变化来判断套管与焊管之间的泥浆是否排空，定时器连接一个温度传感器，传感器根据温度的变化，探测到泥浆排空，给定时器发出启动信号，定时时间1-2秒，确保泥浆充分排空再引爆炸药。

本发明中焊接炸药和扩径炸药的装药结构呈哑铃形，装药的确定由计算机软件给出，软件是爆炸焊接及扩径装药计算程序，本程序是二维有限差分程序，给定装药时，能计算焊管及套管的变形量及焊接区的大小。反之在给定的焊管及套管的变形量及焊接区的大小能计算装药，给出数据的方式也能用图形显示。

本发明比现有技术有如下优点：

1、解决了人们长期想解决而无法解决的油田井下焊接的难题。

2、油田井下套管焊接，扩径及焊管剪切一步完成。

3、结构巧妙，控制可靠，操作简单。

本发明的附图说明如下：

附图1是油田井下套管焊接扩径弹的剖面图：

1-空心压帽、2-密封圈、3-撞击板、4-撞击开关、5-定时器、6-连接件、7-平台、8-中心孔、9-螺纹盲孔、10-密封槽、11-上隔板、12-焊管、13-剪切炸药、14-雷管、15-焊接炸药、16-延迟片、17-扩径炸药、18-药筒、19-火药包覆层、20-火药、21-点火药、22-点火头、23-下隔板、24-引线槽、25-排气孔、26-密封垫、27-筒盖、28-木栓。

附图2是附图1中的排气孔的一种环形多孔横截剖面图。

附图3：是传感器所在位置的剖面图：

29-温度传感器

实施例：

1、参照附图1实施：

用45＃钢加工成塔式双圆桶连接件6的底外径110mm，中心孔Φ4，大圆侧面有4个螺纹盲孔22，盲孔下有4mm宽的密封槽，小圆的外径70mm，上部内径60mm，高20mm，平台7宽5mm，下部内径50mm，高110mm。

用硬木加工药筒11，药筒底外径111mm，底厚50mm，内径80mm，筒底上有凹面直径60mm，高10mm，药筒内壁上有引线槽24穿过筒底，在药筒内装入经包覆的火药20，直径80mm，高80mm，在火药中心粘上点火药21、点火头22插入点火药中，点火头导线从药筒内壁上引线槽穿过管底引出。用有中心排气孔25的下隔板23压紧，在下隔板上压上密封垫26，再用有中心排气孔的筒盖27压紧，并用木栓28锁紧。在药筒底凹面上装入高40mm，直径60mm的焊接炸药15，中心装有雷管，雷管导线从筒底引出，用固药胶先将扩径炸药17的一端粘接上延时片16而后粘接到焊接炸药上，延时片用泡沫塑料厚13mm，直径25mm，扩径炸药高1500mm，直径25mm，用同样的方法，同样的延时片和焊接炸药粘接到扩径炸药的另一端。用固药胶将荷叶形的剪切炸药13粘在焊接炸药上，荷叶直径80mm、厚5mm，荷叶杆高60mm，直径10mm，套上外径114mm，内径111mm，长2000mm的焊管12与药筒底紧配合连接，将点火头22和2个雷管的三根导线从上隔板11中心孔引出，上隔板压入焊管内，二根雷管导线通过中心孔21连到定时器5上，点火头导线连接到撞击开关4上，定时器导线和撞击开关连接，连接件的密封槽10套上密封圈，螺纹盲孔9与焊管螺母连接，把定时器放入连接件空腔内，把带有撞击开关的撞击板压在平台4上，再用密封圈2压紧，螺紧空心压帽。

使用时将连接件与钻杆连上，把油田井下焊接扩径弹放到套管损坏的部位，用2m长的撞击杆冲击撞击板、接通撞击开关，点燃火药的同时启动定时器几秒钟内完成焊接扩径的任务。

2、按照实施例1的制造方法，参照附图2实施，将中心孔排气改成环形侧面多孔排气，在药筒的侧面钻8个孔，孔塞呈圆台形，下隔板改成无孔的隔板。

3、参照实施例1制造方法和参照附图3实施。不同的是把撞击开关的簧片换成干簧管继电器，定时器与撞击开关的连线改成与传感器29导线连接，装药根据焊管内径111mm，套管变形量10mm焊接长度10mm用软件计算焊接炸药直径55mm高20mm，扩径炸药直径20mm高1600mm。

Claims (5)

1、一种油田井下套管焊接扩径弹由弹头、弹身、弹尾组成，其特征在于弹头1-10内有撞击开关4，定时器5，弹身11-17内有剪切炸药13、雷管14、焊接炸药15、延时片16、扩径炸药17，弹尾18-28内有火药20、点火药21、点火头22、排气孔25；弹头的撞击开关与点火头、定时器及定时器与雷管用导线连接，弹身的扩径炸药两端分别先与延时片粘接而后与焊接炸药粘接、雷管插入焊接炸药中，一端的焊接炸药面上粘接剪切炸药，弹尾的火药粘接点火药，点火头插入点火药中；弹身的焊管一端与弹头的连接件6螺母连接、另一端与弹尾的药筒20紧配合连接。

2、根据权利要求1所述的套管焊接扩径弹，其特征在于排气孔是由多个的环形的侧面孔构成。

3、根据权利要求1所述的套管焊接扩径弹，其特征在于撞击开关的簧片换成干簧管继电器。

4、根据权利要求1所述的套管焊接扩径弹，其特征在于定时器的启动信号由温度传感器发出。

5、根据权利要求1所述的套管焊接扩径弹，其特征在于装药的确定由计算机软件给出，软件是爆炸焊接及扩径装药计算程序即二维有限差分程序。

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