CN109113685A - 水平井输送牵引器射孔工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平井输送牵引器射孔工具，丢手短节、旋转短节、上扶正器、刹车短节、磁定位短节、牵引器、下扶正器、柔性短节、安全供电短节、减震器、射孔器和滚珠枪尾从上至下依次通过螺纹丝扣方式连为一体；电缆马笼头与下井设备螺接。在水平井射孔施工中采用本发明，扶正器始终能保持牵引器处于居中状态，保障牵引器工作稳定；刹车短节可提供上翘水平井作业时所需的阻力；柔性短节可改变牵引器射孔工具组合的刚性，确保射孔输送；安全供电短节即保证射孔器用电安全，又可防止出现误射孔事故。本发明可适应于首段射孔、桥塞座封后补孔、大位垂比水平井射孔等各种工况下作业，施工时间短，工作强度低，水平井射孔效益高。

Description

水平井输送牵引器射孔工具

技术领域

本发明属于石油工程射孔技术领域，尤其是适用于水平井射孔作业的水平井输送牵引器射孔工具。

背景技术

现有石油工程水平井射孔施工中，一般采用水力输送电缆射孔和连续油管输送射孔两种方式，其中水力输送电缆射孔采用泵车驱动流体而带动射孔工具串在井底移动，连续油管输送射孔以挠性管直接输送射孔工具串。水力输送成本低，但是水力输送必须为作业提供水力通道，无法实现首段射孔和桥塞座封后补孔作业，另外在大角度上翘井无法控制射孔设备下滑，造成电缆损坏，严重时还会产生射孔设备掉井事故。连续油管输送成功率高，但是连续油管输送无法避免油管在水平井中出现螺旋弯曲，深度测量精度无法控制，造成在套管接箍上射孔等工程质量事故；在大位垂比水平井中连续油管会出现自锁，无法继续进行作业；设备大而重，不仅安装、拆卸工作强度大、时间长、安全风险高，并且运输道路要求高。

CN204476303公开了一种钻具组合，其在螺杆与钻杆之间自下而上依次连接有减震器和扶正器。该钻具组合使PDC钻头适应于含有砾石、交接不均质、软硬变化大等地层中的钻井施工，延长PDC钻头使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术现状，旨在提供一种可适应于首段射孔，桥塞座封后补孔，大位垂比水平井射孔等各种工况下射孔作业；可有效减少施工时间，降低工作强度，明显提高水平井射孔效益的水平井输送牵引器射孔工具。

本发明目的的实现方式为，水平井输送牵引器射孔工具，丢手短节、旋转短节、上扶正器、刹车短节、磁定位短节、牵引器、下扶正器、柔性短节、安全供电短节、减震器、射孔器和滚珠枪尾从上至下依次通过螺纹丝扣方式连为一体；电缆马龙头与丢手短节连接；

所述丢手短节由上、下接头组件组成；所述上接头组件的上接头与电缆马龙头螺接，上接头组件的下接头一与外管螺接，位于外管内的连接套通过导向键与上接头连接，连接套上有锁紧槽；所述下接头组件有锁紧上接头组件锁紧槽的锁定爪，锁定爪通过螺销固定在下接头二上；所述锁定爪均匀分布在打捞头与下接头之间；

所述扶正器的旋转轴从上、下弹簧套筒内部孔中穿过，旋转轴两端接扶正器的扶正上、下接头；弹簧套筒能在旋转轴上移动，弹簧套筒与旋转轴之间安有弹簧，压紧帽与弹簧套筒通过螺纹压紧弹簧，将推杆置于弹簧套筒顶部；上、下弹簧套筒之间有四组扶正臂；所述每组扶正臂的撑臂一端通过钢销固定在推杆上，一端装在轴承上；轴承装在两撑臂之间，通过钢销固定；

所述刹车短节的刹车上接头和刹车下接头之间螺接刹车控制机构；所述刹车控制机构的刹车爪位于两支撑臂一端中间，并用钢销连接固定，两支撑臂另一端通过钢销固定在推靠块上，推靠块与推动杆之间安有弹簧，推动杆与电机组件连接。

在水平井射孔施工中采用本发明，遇到套管扩径、缩径、变形、损伤等井筒变化时，扶正器始终能保持牵引器处于居中状态，保障牵引器工作稳定；遇到上提通过水平井上翘井段时，刹车短节可提供所需的阻力，防止牵引器射孔工具组合在水平井上翘井段出现下滑，损坏电缆或牵引器射孔工具组合掉井事故发生；遇到小曲率水平井时，柔性短节可改变牵引器射孔工具组合的刚性，确保牵引器射孔工具组合的输送；牵引器出现故障时，牵引器工作高压电源会接入下端，安全供电短节能阻止牵引器工作高压电与射孔器连通，即保证射孔器的用电安全，又防止射孔器出现误射孔事故。

本发明克服了水力输送方法中无法实现首段射孔和桥塞座封后补孔作业、射孔设备下滑造成掉井事故和连续油管输送方法中套管接箍上射孔工程质量事故、大位垂比水平井无法作业、工作强度大、时间长、安全风险高的缺点。可适应于首段射孔、桥塞座封后补孔、大位垂比水平井射孔等各种工况下作业；采用本发明可有效减少施工时间，降低工作强度，明显提高水平井射孔效益。

附图说明

图1为本发明结构示意图，

图2为本发明外形图，

图3为丢手短节的上接头组件结构示意图，

图4为丢手短节的下接头组件结构示意图，

图5为扶正器结构示意图，

图6为刹车短节结构示意图，

图7为牵引器结构示意图，

图8为柔性短节结构示意图，

图9为减震器结构示意图，

图10为滚珠枪尾结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图详述本发明。

参照图1、2，本发明的丢手短节1、旋转短节2、上扶正器3、刹车短节4、磁定位短节5、牵引器6、下扶正器7、柔性短节8、安全供电短节9、减震器10、射孔器11和滚珠枪尾12从上至下依次通过螺纹丝扣方式连为一体。电缆马笼头通过螺纹丝扣方便、快速地与丢手短节连接。

参照图3、4，所述丢手短节1由上、下接头组件组成。所述上接头组件的上接头17与电缆马龙头螺接，上接头组件的下接头一与外管21螺接，位于外管内的连接套19通过导向键18与上接头连接，连接套上有锁紧槽20。

所述下接头组件有锁紧上接头组件锁紧槽的锁定爪15，锁定爪通过螺销16固定在下接头二上。所述锁定爪均匀分布在打捞头与下接头之间；

本发明有三个锁定爪，三个锁定爪按夹角120°均匀分布在打捞头13与下接头二14之间。

丢手短节下井前，下接头组件的打捞头13插入上接头组件的外管21内，连接套19插进打捞头内，锁定爪15卡进锁紧槽20内，三个锁定爪15抱紧在锁紧槽20内，使打捞头与锁定爪连为一体，并能承受10000牛顿拉力不被滑脱。

当本发明在井内遇卡时，通过地面发出释放指令后，锁定爪将从锁紧槽内上脱离，上接头组件从下接头组件上滑脱，上接头组件通过电缆起出井口，下接头组件留在牵引器射孔工具上。通过配套打捞工具与下接头组件的打捞头连接，可将本发明取出井口。

本发明的旋转短节2采用CN105507879公开的一种设有压力平衡机构的旋转短节。其由上接头、旋转组件、中心轴和下接头组成。其旋转组件通过螺纹与上接头连接，旋转组件内部有一个可以360°任意旋转部件，中心轴通过连接套与旋转组件内部的旋转部件连接，中心轴通过螺纹与下接头连接，这样上接头与下接头之间实现相对自由转动。

旋转短节的上接头通过螺纹与丢失短节连接。当本发明下放时，电缆会产生旋转扭力，上接头按照电缆扭力方向旋转，其下接头连接的其它组件保持原状态不变，从而将电缆旋转扭力释放，确保了电缆在下井过程不被损坏。

当本发明上提时会产生旋转扭力，下接头按照旋转扭力方向旋转，上接头和连接的电缆保持原状态不变，从而将产生的旋转扭力释放，可以防止各组件之间的每个螺纹连接处不松脱。

本发明的上扶正器3和下扶正器7结构相同。参照图5，所述扶正器的旋转轴25从上弹簧套筒26、下弹簧套筒29内部孔中穿过，旋转两端接扶正器的扶正上接头24、扶正下接头31。弹簧套筒能在旋转轴上移动，弹簧套筒与旋转轴之间安有弹簧33，压紧帽30与弹簧套筒通过螺纹压紧弹簧，将推杆32置于弹簧套筒顶部。上弹簧套筒26、下弹簧套筒29之间有四组扶正臂。所述每组扶正臂的撑臂28一端通过钢销固定在推杆32上，一端装在轴承27上，轴承装在两撑臂之间，通过钢销固定。

扶正器的四组扶正臂以90°均匀分布在旋转轴上，扶正臂张开大小可通过弹簧套筒压缩弹簧调节，支撑力50kg±2kg，能保证本发明在水平井中居中，减少输送摩阻，以提高牵引器携带的能力。

参照图6，本发明的刹车短节4的刹车上接头通过螺纹与上扶正器3连接。刹车上接头41和刹车下接头43之间螺接刹车控制机构42。所述刹车控制机构的刹车爪40位于两支撑臂37一端中间，并用钢销38连接固定，两支撑臂另一端通过钢销固定在推靠块39上，推靠块与推动杆35之间安有弹簧36，推动杆与电机组件34连接。电机组件采用常用的电机组件。

刹车爪40撑开时，电机组件34带动推动杆35横向运动，压缩弹簧36推动推靠块39移动，从而带动刹车爪向上撑开，撑开距离大小决定刹车爪在井壁上产生摩擦力的大小，最大摩擦力不小于400kg，能保证牵引器射孔工具作业所需的静止状态或匀速运动要求。

刹车爪收拢时，电机组件带动推动杆反方向横向运动，弹簧复位，支撑臂带动刹车爪向下移动，最终刹车爪收拢在刹车短节内。

本发明通过水平井上翘井段或射孔作业时，在自身重力和产生爆炸冲击力作用下，会出现加速下滑运动，造成电缆损坏或本发明落井。通过刹车短节产生的摩擦阻力，能使本发明能在射孔位置处于静止状态或通过水平井上翘井段处于匀速运动状态，防止了事故的发生。

本发明的磁定位短节5采用已有的磁定位短节，由磁定位上接头、探头部分和磁定位下接头组成。磁定位上接头与刹车短节通过螺纹连接。所述探头部分由绕在软铁铁芯上的一组线圈和两个永久磁钢两个永久磁钢以同极性方式固定在线圈绕组两端。

磁定位短节通过井下套管接箍时，探头部分永久磁钢的磁通发生变化，通过线圈的磁力线相应变化，在线圈上可以获得一个感应电动势，通过感应电动势可以判断射孔器在井内的位置。

参照图7，本发明的牵引器6由液压控制系统49、推靠液压系统50和多个牵引段51组成；液压控制系统为将推靠液压系统内的液压油增压后，输送到液压缸58的控制装置。

每个牵引段的主推靠臂52通过钢销固定在牵引段51上，另一端与驱动轮54连接。副推靠臂53与主推靠臂通过钢销连接，另一端与推杆55连接，通过推杆可以将主推靠臂张开或收拢。推杆伸入液压缸内，推杆与牵引段之间有密封圈56，密封圈将液压缸58与水平井内液体隔离，防止液体进入液压缸内。推杆上安有弹簧57，液压缸内处于低压时，通过弹簧复位，可将推靠臂自动收拢。

当控制系统49控制推靠液压系统50将增压后的液压油输入到液压缸内，推动推杆55向前移动，压缩弹簧57，同时带动副推靠臂53向前移动，副臂带动主推靠臂向上移动，主推靠臂打开，将驱动轮与水平井壁紧密接触，并对水平井壁施加压力，其压力大小取决于液压缸内液压油的压力。

当控制系统49控制推靠液压系统50将液压缸内高压液压油释放回推靠液压系统内，弹簧自动复位，推动推杆向后移动，同时带动副推靠臂向后移动，副推靠臂带动主推靠臂向下移动，主推靠臂收拢到牵引段内，牵引器停止工作。

参照图8，本发明的柔性短节8的柔心组件通过4个螺钉60固定在柔性上接头62和柔性下接头59之间，柔性上接头与下扶正器的扶正下接头通过螺纹扣连接。

所述柔心组件是在短节管壁上有多节柔性节，每个柔性节有多个正反相连的T型切口，切口间的部分即形成柔性花块。每个柔性节的柔性花块可在切口范围内移动或转动，使柔性短节可在空间中作任意方向弯曲，弯曲角度小于10°，并能承受45000kg拉压力。柔性短节能使本发明在水平井中造斜段移动自如。

本发明是在短节管壁上用激光切割五节柔性节，每个柔性节有四个正反相连的T型切口，切口61宽2mm±1mm。

本发明的安全供电短节9采用CN207245653公开的《井下电缆牵引器输送射孔用安全供电转换单元》，其由电缆驱动电路、信号接收电路、数据编解码电路、机械开关控制电路、电子开关控制电路和电源电路组成。接在电子开关控制电路两端的机械开关控制电路分接牵引器、射孔设备。电子开关控制电路接电源电路及机械开关控制电路，机械开关控制电路的信号接收电路和电缆驱动电路接数据编解码电路、单片机；单片机接电机。机械开关包括控制单元、电机、动触头、开关触头和弹簧，开关触头在弹簧作用下始终使机械开关处于断开状态。仪器筒通过螺纹与上接头、下接头连接，机械开关安装在仪器筒内。上接头与柔性短节通过螺纹连接。

机械开关闭合时，控制单元控制电机将动触头按逆时针方向作圆周运动，当动触头转到下放时，会挤压开关触头向下，使机械开关闭合，给射孔器提供一个供电通路。机械开关断开时，动触头继续按逆时针方向作圆周运动，当动触头与静触头分离时，静触头在弹簧复位作用下，使机械开关断开，防止牵引器工作时，牵引器工作高压电源进入射孔器，造成射孔器损坏或误射孔。

参照图9，本发明的减震器10的滑套72一端接减震上接头70，一端的端头卡进减震下接头73内，滑套外有弹簧71，减震下接头内有挡圈74。滑套端头与挡圈间的距离，即滑套端头72在下接头内的移动距离大于弹簧最大压缩长度。当射孔器作业时产生的冲击力加到减震上接头时，减震上接头可压缩弹簧，释放冲击力对本发明的破坏。

本发明的射孔器11采用常用的射孔器。射孔器的弹架体焊接在上定位环、下定位环之间。弹架体为空心的圆柱钢体，表面按角60°度螺旋排布相同直径的弹孔。弹架体两端有一个装顶丝的顶丝眼，弹架体通过顶丝与射孔枪固定。

水平井输送牵引器射孔作业时，在弹孔内安装射孔弹，牵引器输送射孔器到达预定位置后，射孔弹点火爆炸，将地层开孔，让水平井下地层内流体进入水平井筒内。

参照图10，本发明的滚珠枪尾12的枪尾体22一端与射孔器螺接，另一端为圆锥形体。枪尾体外圆周面上均匀分布有六个半圆形凹槽，滚珠23的三分之二位于半圆形凹槽内。通过焊接将半圆形凹槽口缩小，缩小至滚珠在枪尾体上不脱落，并且能任意转动的位置，将射孔器移动摩擦状态由滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了射孔器的输送摩擦阻力。

在水平井射孔施工中采用本发明，遇到套管扩径、缩径、变形、损伤等水平井筒变化时，扶正器始终能保持牵引器处于居中状态，保障牵引器工作稳定；遇到上提通过水平井上翘井段时，刹车短节可提供所需的阻力，防止本发明在水平井上翘井段出现下滑，损坏电缆或牵引器射孔工具组合掉井事故发生；遇到小曲率水平井时，柔性短节可改变本发明的刚性，确保牵引器射孔工具组合的输送；牵引器出现故障时，牵引器工作高压电源会接入下端，安全供电短节能阻止牵引器工作高压电与射孔器连通，即保证射孔器的用电安全，又防止射孔器出现误射孔事故。

Claims (9)

1.水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：丢手短节、旋转短节、上扶正器、刹车短节、磁定位短节、牵引器、下扶正器、柔性短节、安全供电短节、减震器、射孔器和滚珠枪尾从上至下依次通过螺纹丝扣方式连为一体；电缆马龙头与丢手短节连接；

所述丢手短节由上、下接头组件组成；所述上接头组件的上接头与电缆马龙头螺接，上接头组件的下接头一与外管螺接，位于外管内的连接套通过导向键与上接头连接，连接套上有锁紧槽；所述下接头组件有锁紧上接头组件锁紧槽的锁定爪，锁定爪通过螺销固定在下接头二上；所述锁定爪均匀分布在打捞头与下接头之间；

所述扶正器的旋转轴从上、下弹簧套筒内部孔中穿过，旋转轴两端接扶正器的扶正上、下接头；弹簧套筒能在旋转轴上移动，弹簧套筒与旋转轴之间安有弹簧，压紧帽与弹簧套筒通过螺纹压紧弹簧，将推杆置于弹簧套筒顶部；上、下弹簧套筒之间有四组扶正臂；所述每组扶正臂的撑臂一端通过钢销固定在推杆上，一端装在轴承上；轴承装在两撑臂之间，通过钢销固定；

所述刹车短节的刹车上接头和刹车下接头之间螺接刹车控制机构；所述刹车控制机构的刹车爪位于两支撑臂一端中间，并用钢销连接固定，两支撑臂另一端通过钢销固定在推靠块上，推靠块与推动杆之间安有弹簧，推动杆与电机组件连接。

2.根据权利要求1所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：丢手短节的三个锁定爪按夹角120°均匀分布在打捞头与下接头二之间。

3.根据权利要求1所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：扶正器的四组扶正臂按夹角90°均匀分布在旋转轴上。

4.根据权利要求1所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：磁定位短节由磁定位上接头、探头部分和磁定位下接头组成；磁定位上接头与刹车短节通过螺纹连接；所述探头部分由绕在软铁铁芯上的一组线圈和两个永久磁钢，两个永久磁钢以同极性方式固定在线圈绕组两端。

5.根据权利要求1所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：牵引器由液压控制系统、推靠液压系统和多个牵引段组成；所述液压控制系统为将推靠液压系统内的液压油增压后，输送到液压缸的控制装置；

每个牵引段的主推靠臂通过钢销固定在牵引段上，另一端与驱动轮连接；副推靠臂与主推靠臂通过钢销连接，另一端与推杆连接，通过推杆将主推靠臂张开或收拢；推杆伸入液压缸内，推杆与牵引段之间有密封圈，推杆上安有弹簧。

6.根据权利要求1所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：柔性短节的柔心组件通过螺钉固定在柔性上接头和柔性下接头之间；

所述柔心组件是在短节管壁上有多节柔性短节，每个柔性短节有多个正反相连的T型切口，切口间的部分即形成柔性花块。

7.根据权利要求6所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：柔心性组件是在短节管壁上有五节柔性短节，每个柔性短节有四个正反相连的T型切口，切口宽2mm±1mm。

8.根据权利要求1所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：减震器的滑套一端接减震上接头，一端的端头卡进减震下接头内，滑套外有弹簧，减震下接头内有挡圈；滑套端头与挡圈间的距离大于弹簧最大压缩长度。

9.根据权利要求1所述的水平井输送牵引器射孔工具，其特征在于：滚珠枪尾的枪尾体一端与射孔器螺接，另一端为圆锥形体；枪尾体外圆周面上均匀分布有六个半圆形凹槽，滚珠的三分之二位于半圆形凹槽内；半圆形凹槽口缩小至滚珠在枪尾体上不脱落，并且能任意转动的位置。