CN108131108A - 一种雷管启动液压坐封工具及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种雷管启动液压坐封工具及其应用，坐封工具包括自上至下依次连接的电子控制机构、雷管启动机构、液压传递机构和动力执行机构。雷管启动机构根据电子控制机构传输的启动信号引爆雷管，剪断启动剪钉，推动活塞到达预定位置，连通液压传递的通道，液压传递机构用于将井筒内的液压传递至护套与中心管的间隙内，使护套与连杆产生相对运动；动力执行机构将液压产生的拉力递至桥塞或球座上，使之丢手并完成坐封。选择雷管代替传统的火药，是因为雷管是标准件，提供的爆炸力稳定，且雷管体积小，是火工中的常用部件，储存和运输比火药柱方便，便于现场灵活组织施工，同时使用雷管的坐封工具容易清洗和回收利用，能够降低成本。

Description

一种雷管启动液压坐封工具及其应用

技术领域

本发明属于石油工业井下控制工具技术领域，具体涉及一种雷管启动液压坐封工具及其应用。

背景技术

随着世界石油资源的不断开发，储层物性好、品位高的油田越来越少，低渗透致密油气藏已成为石油天然气生产的主体。针对致密油气藏，最有效的办法就是大排量、大液量和大砂量的体积改造技术，能够最大限度的改造油气藏，一般通过投放桥塞或球座等工具实现套管内的封堵，具有不限级数压裂、工艺简单、压后井筒完整性好的特点，被越来越多的油田所运用。目前，在该工艺技术中的核心部分是火药坐封工具，该工具上端连接射孔枪，下端连接桥塞等设备，通过地面传递的信号，使火药柱燃烧产生的高能气体，使工具发生内管和外管的相对运动，完成桥塞或球座的丢手和坐封。

目前国内外火工方式主要通过火药柱实现，这种方式主要存在以下问题：一、因为火药柱是非标准件，需要定制加工，所以火药柱燃烧产生的推力不够稳定，受工人技术水平、模具影响较大；二、火药属于受管控物品，运输审批程序复杂，且定制加工周期较长，不能够大批量生产和储存，不便于现场灵活组织施工；三、火药柱成本较高，使投放坐封工具的成本也随之升高；四、使用火药产生的火药燃烧残渣较多，十分粘稠，不易清洗，投放和坐封的回收不方便。以上不足限制了火药坐封工具在低渗透油气藏中的使用，同时也不利于电缆射孔与压裂联作工艺的推广运用。

发明内容

本发明的目的是克服现有火药坐封工具存在的火药柱需定制加工、火药运输审批复杂、成本高、火药燃烧后残渣较多导致难清洗以及投放坐封不方便的问题。

为此，本发明提供了一种雷管启动液压坐封工具，包括自上至下依次连接的电子控制机构、雷管启动机构、液压传递机构和动力执行机构。

所述电子控制机构包括上下连接的电缆保护管和接头，电缆保护管和接头形成的轴向空腔内设有自上至下依次电连接的电缆、电子控制电路、信号线。

所述雷管启动机构包括上下连接的连接接头和活塞缸，连接接头与电缆保护管、接头连接，连接接头内自上至下依次安装有点火器、导爆管、雷管，点火器与信号线电连接，雷管外部安装有保护套；活塞缸内安装有活塞，活塞通过启动销钉固定在承压环上，承压环安装在活塞缸与连接接头连接处的活塞缸内壁上，所述活塞内部为空心，壁上开有内进液孔，活塞缸壁上开设外进液孔，外进液孔可与内进液孔连通，所述活塞底端安装锁簧，活塞缸内壁开设环形的凹槽，锁簧可被锁在凹槽内。

所述液压传递机构由内部组件和外部组件组成，其中外部组件包括自上至下依次通过螺纹连接为一体的护帽、上护套、下护套、外连接套，内部组件置于外部组件形成的轴向空腔内，包括自上至下依次螺纹连接的连接头、中心管、上连杆、内连接套、下连杆，所述活塞缸尾部伸入护帽内与连接头螺纹连接，中心管内沿轴向开设有十字形液压通道；

所述内部组件和外部组件通过外连接套上的坐封销钉连接在一起，上护套与中心管、下护套和上连杆组成的空腔内装有液压油，上护套壁上安装有塑料泄压销钉一，下护套壁上安装有塑料泄压销钉二。

所述动力执行机构由套筒、下连杆、锁紧螺母组成，所述套筒连接在外连接套下端，下连杆连接在上连杆下端，锁紧螺母安装在下连杆底部。

所述电缆保护管和接头、接头和连接接头、连接接头和保护套、连接接头和活塞缸、活塞缸和活塞、中心管和连接头、连接头和上护套、上护套和下护套、下护套和中心管、下护套和上连杆、上连杆和外连接套之间均设有密封圈。

一种雷管启动液压坐封工具的应用，包括以下步骤：

步骤一，组装射孔与压裂联作工具串

按井口至井底顺序电缆、磁定位器、射孔枪、雷管启动液压坐封工具、桥塞或球座依次连接组成射孔与压裂联作工具串；

步骤二，通井和洗井

对所需射孔和压裂井进行通井和洗井；

步骤三，射孔和压裂

下入步骤一的射孔与压裂联作工具串至井内坐封位置，地面发送电信号通过电缆()传输给电子控制电路，电子控制电路将电信号解码成启动信号后，通过信号线引燃点火器和导爆管，最后引爆能量更高的雷管，剪断活塞与承压环之间的启动剪钉，推动活塞到达预定位置，并通过活塞上的锁簧锁在活塞缸上的凹槽内，同时外进液孔与内进液孔连通，打开液压传递机构的通道，液压传递机构通过十字形液压通道把将井筒内的液压传递至下护套与中心管之间的间隙，在液压的作用下推动液压传递机构的内部组件和外部组件产生相对运动，液压传递机构运动时将上护套与中心管、下护套和上连杆组成的空腔内的液压油通过塑料泄压销钉一和塑料泄压销钉二挤出，将桥塞或球座丢手并使之坐封，然后上提剩余工具串至射孔段位置，地面继续发出电信号，依次点燃上部的射孔枪进行射孔，之后起出丢手后的工具串，大排量注入压裂液对本段进行压裂，重复上述步骤依次完成每段的改造任务。

本发明的有益效果：

一、雷管加工成本低廉，能够大幅缩减工具费用，对于经济有效的开发低渗透致密油气藏具有很大优势。

二、雷管是标准件，爆炸力稳定，采用雷管剪断坐封销钉、同时利用井筒内的液柱压力推动机构运动的坐封工具，结构固定，不必像火药一样根据不同井深加工不同的火药柱，能够有效提高工具对不同井况的适应性。

三、雷管是射孔作业中常用的部件，其储存和运输比火药柱更加方便，火药柱的报批和运输往往需要几个月的时间，且不能够长期储存，经常影响现场施工，而雷管不需要单独向上级部门报批，更加便于现场灵活组织施工。

四、在射孔与压裂联作工艺中，因为改造层段数多，需要在现场立刻进行坐封工具的清洗与回收，并在下一段改造中重复使用，以降低成本，然而火药柱燃烧时产生大量的粘稠坚硬的残渣，清洗十分困难，需要占用时间较长，而雷管爆炸后无残渣，工具回收利用更加方便。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是启动前雷管启动液压坐封工具上段结构示意图；

图2是启动前雷管启动液压坐封工具中段结构示意图；

图3是启动前雷管启动液压坐封工具下段结构示意图；

图4是启动后雷管启动液压坐封工具上段结构示意图；

图5是启动后雷管启动液压坐封工具中段结构示意图；

图6是启动后雷管启动液压坐封工具下段结构示意图；

图7是雷管启动液压坐封工具组成射孔与压裂联作工具串的结构示意图。

附图标记说明：1.电缆保护管；2.电缆；3.密封圈；4.电子控制电路；5.信号线；6.接头；7.点火器；8.导爆管；9.连接接头；10.雷管；11.保护套；12.启动销钉；13.承压环；14.活塞；15.内进液孔；16.活塞缸；17.外进液孔；18.锁簧；19.凹槽；20.护帽；21.连接头；22.塑料泄压销钉一；23.上护套；24.中心管；25.十字形液压通道；26.下护套；27.上连杆；28.塑料泄压销钉二；29.外连接套；30.内连接套；31.坐封销钉；32.套筒；33.下连杆；34.锁紧螺母；35.桥塞或球座；36.磁定位器；37.射孔枪；38.雷管启动液压坐封工具。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种雷管启动液压坐封工具，包括自上至下依次连接的电子控制机构、雷管启动机构、液压传递机构和动力执行机构。

电子控制机构接收来自地面的启动信号，雷管启动机构根据启动信号引爆雷管，剪断启动剪钉，推动活塞到达预定位置，连通液压传递的通道，液压传递机构用于将井筒内的液压传递至护套与中心管的间隙内，由于护套两端受力面积不同，产生向上的推动力，使护套与连杆产生相对运动，动力执行机构用于分别连接桥塞等工具的中心部件和外部部件，将液压产生的拉力递至桥塞或球座上，使之丢手并完成坐封。

雷管启动液压坐封工具用雷管代替火药，能量来自于雷管爆炸力和井筒内的液压，通过雷管爆炸力打开液压通道，然后利用井筒内的液压推动坐封机构运动，实现定位球座、剪切球座等工具的坐封、丢手等动作。本实施例之所以选择雷管代替传统的火药，是因为雷管是标准件，提供的爆炸力稳定，且雷管体积小，是火工中的常用部件，储存和运输比火药柱方便，便于现场灵活组织施工，同时使用雷管的坐封工具容易清洗和回收利用，能够降低成本。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1或图4所示，所述电子控制机构包括上下连接的电缆保护管1和接头6，电缆保护管1和接头6形成的轴向空腔内设有自上至下依次电连接的电缆2、电子控制电路4、信号线5。电子控制电路4用于接收来自地面的启动电信号，启动电信号通过电子控制电路4解码，产生特定频率的启动信号，通过信号线5传递给雷管启动机构。

实施例3：

在实施例1的基础上，如图1或图4所示，所述雷管启动机构包括上下连接的连接接头9和活塞缸16，连接接头9与电缆保护管1、接头6连接，连接接头9内自上至下依次安装有点火器7、导爆管8、雷管10，点火器7与信号线5电连接，雷管10外部安装有保护套11；活塞缸16内安装有活塞14，活塞14通过启动销钉12固定在承压环13上，承压环13安装在活塞缸16与连接接头9连接处的活塞缸16内壁上，所述活塞14内部为空心，壁上开有内进液孔15，活塞缸16壁上开设外进液孔17，外进液孔17可与内进液孔15连通，所述活塞14底端安装锁簧18，活塞缸16内壁开设环形的凹槽19，锁簧18可被锁在凹槽19内。

雷管启动机构根据地面传递过来的电信号经过电子控制电路4解码，产生特定频率的启动信号，引燃点火器7和导爆管8，最后引爆能量更高的雷管10，剪断活塞14与承压环13之间的启动剪钉12，推动活塞14到达预定位置，并通过活塞上的锁簧18锁在活塞缸上的凹槽19内，同时外进液孔17与内进液孔15相连通，打开液压传递机构的通道。

实施例4：

在实施例1的基础上，如图2、图3或图5、图6所示，所述液压传递机构由内部组件和外部组件组成，其中外部组件包括自上至下依次通过螺纹连接为一体的护帽20、上护套23、下护套26、外连接套29，内部组件置于外部组件形成的轴向空腔内，包括自上至下依次螺纹连接的连接头21、中心管24、上连杆27、内连接套30、下连杆33，所述活塞缸16尾部伸入护帽20内与连接头21螺纹连接，中心管24内沿轴向开设有十字形液压通道25；所述内部组件和外部组件通过外连接套29上的坐封销钉31连接在一起，上护套23与中心管24、下护套26和上连杆27组成的空腔内装有液压油，上护套23壁上安装有塑料泄压销钉一22，下护套26壁上安装有塑料泄压销钉二28。

液压传递机构将井筒内的液压通过中心管24内的十字形液体通道25，把将井筒内的液压传递至下护套26与中心管24之间的间隙，由于上护套23与下护套26通过螺纹连接，因此等同于上护套23的下端受到一个向上的推力，同时上护套23的上端在井筒内液压的作用，受到一个向下的力，因为上护套23两端的受力面积不同，根据帕斯卡原理，上护套23将受到一个向上的合力，在这个力的作用下，上护套23带动护帽20、上护套23、下护套26、外连接套29组成的外部组件相对连接头21、中心管24、上连杆27、内连接套30、下连杆33组成的内部组件产生一个向上的运动，并剪断坐封销钉31，使内外两个组件产生相对运动。此外上护套23与中心管24、下护套26和上连杆27组成的空腔内装有减震液压油，外壁开有泄压孔，并装有塑料泄压销钉一22、塑料泄压销钉二28，机构运动时会将液压油挤出，达到减震效果。液压传递机构的外部组件与与桥塞等工具的外筒连接，内部组件与桥塞等工具的内管连接，因此外部组件与内部组件的相对运动会带动桥塞工具内部构件产生相对运动，完成丢手和坐封。

实施例5：

在实施例1的基础上，如图3或图6所示，所述动力执行机构由套筒32、下连杆33、锁紧螺母34组成，所述套筒32连接在外连接套29下端，下连杆33连接在上连杆27下端，锁紧螺母34安装在下连杆33底部。下连杆33用于连接桥塞或球座等工具的中心部件，外连接套29用于连接桥塞或球座等工具的外部部件，分别将液压产生的拉力传递至桥塞或球座上，使之丢手并完成坐封。

实施例6：

在实施例1～5的基础上，为了确保以上各个部件的密封性，所述电缆保护管1和接头6、接头6和连接接头9、连接接头9和保护套11、连接接头9和活塞缸16、活塞缸16和活塞14、中心管24和连接头21、连接头21和上护套23、上护套23和下护套26、下护套26和中心管24、下护套26和上连杆27、上连杆27和外连接套29之间均设有密封圈3。

实施例7：

一种雷管启动液压坐封工具的应用，包括以下步骤：

步骤一，组装射孔与压裂联作工具串

如图7所示，按井口至井底顺序电缆2、磁定位器36、射孔枪37、雷管启动液压坐封工具38、桥塞或球座35依次连接组成射孔与压裂联作工具串；

步骤二，通井和洗井

对所需射孔和压裂井进行通井和洗井；

步骤三，射孔和压裂

下入步骤一的射孔与压裂联作工具串至井内坐封位置，地面发送电信号通过电缆2传输给电子控制电路4，电子控制电路4将电信号解码成启动信号后，通过信号线5引燃点火器7和导爆管8，最后引爆能量更高的雷管10，剪断活塞14与承压环13之间的启动剪钉12，推动活塞14到达预定位置，并通过活塞上的锁簧18锁在活塞缸16上的凹槽19内，同时外进液孔17与内进液孔15连通，打开液压传递机构的通道，液压传递机构通过十字形液压通道25把将井筒内的液压传递至下护套26与中心管24之间的间隙，在液压的作用下推动液压传递机构的内部组件和外部组件产生相对运动，液压传递机构运动时将上护套23与中心管24、下护套26和上连杆27组成的空腔内的液压油通过塑料泄压销钉一22和塑料泄压销钉二28挤出，将桥塞或球座39丢手并使之坐封，然后上提剩余工具串至射孔段位置，地面继续发出电信号，依次点燃上部的射孔枪进行射孔，之后起出丢手后的工具串，大排量注入压裂液对本段进行压裂，重复上述步骤依次完成每段的改造任务。雷管启动液压坐封工具启动前后的动作过程参见附图1～6。

本实施例提供的雷管启动液压坐封工具既适用于桥塞，也适用于球座等工具。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (6)

1.一种雷管启动液压坐封工具，其特征在于：包括自上至下依次连接的电子控制机构、雷管启动机构、液压传递机构和动力执行机构，所述动力执行机构由套筒（32）、下连杆（33）、锁紧螺母（34）组成，所述套筒（32）连接在外连接套（29）下端，下连杆（33）连接在上连杆（27）下端，锁紧螺母（34）安装在下连杆（33）底部。

2.如权利要求1所述的雷管启动液压坐封工具，其特征在于：所述电子控制机构包括上下连接的电缆保护管（1）和接头（6），电缆保护管（1）和接头（6）形成的轴向空腔内设有自上至下依次电连接的电缆（2）、电子控制电路（4）、信号线（5）。

3.如权利要求1所述的雷管启动液压坐封工具，其特征在于：所述雷管启动机构包括上下连接的连接接头（9）和活塞缸（16），连接接头（9）与电缆保护管（1）、接头（6）连接，连接接头（9）内自上至下依次安装有点火器（7）、导爆管（8）、雷管（10），点火器（7）与信号线（5）电连接，雷管（10）外部安装有保护套（11）；活塞缸（16）内安装有活塞（14），活塞（14）通过启动销钉（12）固定在承压环（13）上，承压环（13）安装在活塞缸（16）与连接接头（9）连接处的活塞缸（16）内壁上，所述活塞（14）内部为空心，壁上开有内进液孔（15），活塞缸（16）壁上开设外进液孔（17），外进液孔（17）可与内进液孔（15）连通，所述活塞（14）底端安装锁簧（18），活塞缸（16）内壁开设环形的凹槽（19），锁簧（18）可被锁在凹槽（19）内。

4.如权利要求1所述的雷管启动液压坐封工具，其特征在于：所述液压传递机构由内部组件和外部组件组成，其中外部组件包括自上至下依次通过螺纹连接为一体的护帽（20）、上护套（23）、下护套（26）、外连接套（29），内部组件置于外部组件形成的轴向空腔内，包括自上至下依次螺纹连接的连接头（21）、中心管（24）、上连杆（27）、内连接套（30）、下连杆（33），所述活塞缸（16）尾部伸入护帽（20）内与连接头（21）螺纹连接，中心管（24）内沿轴向开设有十字形液压通道（25）；

所述内部组件和外部组件通过外连接套（29）上的坐封销钉（31）连接在一起，上护套（23）与中心管（24）、下护套（26）和上连杆（27）组成的空腔内装有液压油，上护套（23）壁上安装有塑料泄压销钉一（22），下护套（26）壁上安装有塑料泄压销钉二（28）。

5.如权利要求1～4中任一权利要求所述的雷管启动液压坐封工具，其特征在于：所述电缆保护管（1）和接头（6）、接头（6）和连接接头（9）、连接接头（9）和保护套（11）、连接接头（9）和活塞缸（16）、活塞缸（16）和活塞（14）、中心管（24）和连接头（21）、连接头（21）和上护套（23）、上护套（23）和下护套（26）、下护套（26）和中心管（24）、下护套（26）和上连杆（27）、上连杆（27）和外连接套（29）之间均设有密封圈（3）。

6.一种雷管启动液压坐封工具的应用，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，组装射孔与压裂联作工具串

按井口至井底顺序电缆（2）、磁定位器（36）、射孔枪（37）、雷管启动液压坐封工具（38）、桥塞或球座（35）依次连接组成射孔与压裂联作工具串；

步骤二，通井和洗井

对所需射孔和压裂井进行通井和洗井；

步骤三，射孔和压裂

下入步骤一的射孔与压裂联作工具串至井内坐封位置，地面发送电信号通过电缆（2）传输给电子控制电路（4），电子控制电路（4）将电信号解码成启动信号后，通过信号线（5）引燃点火器（7）和导爆管（8），最后引爆能量更高的雷管（10），剪断活塞（14）与承压环（13）之间的启动剪钉（12），推动活塞（14）到达预定位置，并通过活塞上的锁簧（18）锁在活塞缸（16）上的凹槽（19）内，同时外进液孔（17）与内进液孔（15）连通，打开液压传递机构的通道，液压传递机构通过十字形液压通道（25）把将井筒内的液压传递至下护套（26）与中心管（24）之间的间隙，在液压的作用下推动液压传递机构的内部组件和外部组件产生相对运动，液压传递机构运动时将上护套（23）与中心管（24）、下护套（26）和上连杆（27）组成的空腔内的液压油通过塑料泄压销钉一（22）和塑料泄压销钉二（28）挤出，将桥塞或球座（39）丢手并使之坐封，然后上提剩余工具串至射孔段位置，地面继续发出电信号，依次点燃上部的射孔枪进行射孔，之后起出丢手后的工具串，大排量注入压裂液对本段进行压裂，重复上述步骤依次完成每段的改造任务。