CN111188599B - 释能扩容射孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油田完井施工工艺设备领域，尤其涉及一种释能扩容射孔装置，包括起爆机构、枪身、弹架、导爆索和射孔弹，起爆机构内设有撞针，起爆时，撞针在压力作用下向下滑动，继而通过引爆导爆索来引爆射孔弹，还包括释能扩容体，释能扩容体安装在射孔弹的头部；释能扩容体，其结构包括释能扩容体外壳和填充在释能扩容体外壳内的复合药剂。当射孔弹被起爆，射流在开垦孔道的同时，由高速射流引起的涡流场引力，会将释能扩容体内的高能粒子带入射孔孔道内，这些被云雾化的高能粒子在孔道内聚焦、碰撞、相互作用，引起局部灼热点火，很快完成从爆燃到螺旋爆轰的转型，进而摧毁影响出油的孔道压实层，并可进一步提升孔道容积。
Description
技术领域
本发明属于油田完井施工工艺设备领域，尤其涉及一种释能扩容射孔装置。
背景技术
在石油工程领域，射孔是油井完井施工的一个重要步骤，射孔时，通过油管将装有射孔弹的射孔装置下放至井下预定位置，然后通过向油管管柱内打压的方式触发射孔装置内的起爆机构，从而引爆射孔弹。现有技术中，射孔装置存在如下几点缺陷需要改进：1、现有射孔装置射孔完成后会在射孔孔道的内壁形成压实层，压实层的存在降低了地层的渗透率，对产量的提高造成了非常不利的影响。2、施工或运输过程中，现有射孔装置内的起爆装置存在误触发的隐患，为了消除这一隐患，施工货运输时需要付出较多的时间成本、人工成本和物料成本。3、现有射孔装置到达井下预定位置后无法准确居于套管的中心，因此对射孔效果造成不利影响。
因此，有必要研发一种新型的射孔装置来解决上述问题。
发明内容
本发明旨在提供一种安全性高、射孔效果好的释能扩容射孔装置。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明包括起爆机构、枪身、弹架、导爆索和射孔弹，起爆机构内设有撞针，起爆时，撞针在压力作用下向下滑动，继而通过引爆导爆索来引爆射孔弹，还包括释能扩容体，释能扩容体安装在射孔弹的头部；
释能扩容体，其结构包括释能扩容体外壳和填充在释能扩容体外壳内的复合药剂。
作为进一步的技术方案，所述释能扩容体外壳的周围对称设置有两个弹性卡接部，释能扩容体通过该弹性卡接部卡接在所述弹架上。
作为进一步的技术方案，所述的复合药剂是按重量份数配比，由41～53份粘合剂、40～60燃烧剂、5～15份功能添加剂、8～10份促进剂、1～3份固化剂和5～7份裂缝支撑剂混合而成；
所述的粘合剂包括环氧树脂、酚醛树脂、硅橡胶中的一种以上，所述的燃烧剂包括钨粉、铜粉、铜铅粉、铝粉、镍粉、锆粉其中的一种以上，所述的功能添加剂包括钛粉、铋粉、炭黑、石墨、氧化铁、氧化铜其中的一种以上，所述的促进剂包括二甲基乙醇胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、四甲基乙二胺、1-二甲基氨基-3-酚氧丙醇中的一种以上，所述的固化剂包括650低分子聚酰胺、脂肪多元胺、脂环芳烃多元胺中的一种以上，所述的裂缝支撑剂包括砂砾、陶粒中的一种以上。
作为进一步的技术方案，所述释能扩容射孔装置还包括扶正机构；
扶正机构，包括上筒体、上活塞、上压套、下压套和中心管，上活塞、上压套、下压套和中心管均安装在上筒体内部，其中，下压套固定连接在上筒体内侧的下部，中心管的下端固定连接在下压套的上侧，所述上活塞和上压套按照由上至下的顺序依次套装在中心管上，所述上活塞和上压套之间设置有弹簧A，上压套和下压套之间通过二连杆机构连接，二连杆机构至少有三组，所述上筒体的侧壁上设置有可供所述二连杆机构通过的窗口，所述中心管的管壁上设置有过液孔，过液孔的位置位于上活塞和上压套之间，所述中心管的上端封堵且封堵处设置有单向阀，单向阀允许流体从下向上流动；
起爆机构，包括下筒体、下活塞、触发体、锁球和转接头，下筒体的上端通过螺纹与上筒体连接，下筒体的下端通过螺纹与转接头的上端连接，转接头的下端通过螺纹与所述枪身连接，所述下活塞的上端与上筒体的内壁滑动密封配合，下活塞的下端套在转接头上端的外侧，所述触发体滑动安装在转接头上端的内侧，所述撞针设置在所述触发体的下端，所述转接头上端的侧面设置有用于安装所述锁球的锁球孔，所述触发体的外侧设置有与所述锁球匹配的锁球槽，所述下活塞下端的内侧与锁球对应设置有退位槽，所述触发体顶部与下活塞之间设置有弹簧B；
所述下压套的中央设置有用于连通中心管内部空间与下活塞上侧空间的通孔。
作为进一步的技术方案，所述下压套通过销钉与上筒体连接。
作为进一步的技术方案，所述二连杆机构中，中间连接轴处设置有扭簧，二连杆机构在扭簧作用下始终保持向中心管靠近的运动趋势。
本发明的有益效果是：
1、本发明在射孔弹开口端同轴装有与特制的释能扩容体，当射孔弹被起爆，射流在开垦孔道的同时，由高速射流引起的涡流场引力，会将释能扩容体内的高能粒子带入射孔孔道内，这些被云雾化的高能粒子在孔道内聚焦、碰撞、相互作用，引起局部灼热点火，很快完成从爆燃到螺旋爆轰的转型，进而摧毁影响出油的孔道压实层，并可进一步提升孔道容积。
2、在射孔装置中，射孔弹属于易燃易爆产品，需要具有特别资质的企业单独生产，而射孔装置整机生产厂家往往不具备射孔弹生产资质。本发明中，释能扩容体本身有惰性材料制成，非易燃易爆品，且独立于射孔弹而存在，因此，射孔装置整机生产厂家无需具备易爆品生产资质，从而消除了资质对整机生产厂家的限制。
3、本发明设置了扶正机构，使用时，将本发明连接在油管管柱的下端，然后向油管管柱内打压，此时，上活塞在压力作用下向下移动，继而将通过压缩弹簧A将压力传递给上压套，使上压套向下移动，上压套向下压套靠近过程中，二连杆机构的中部向外隆起并穿过上筒体上的窗口，最终抵靠在套管内壁上。经过上述过程，本发明可以在射孔动作开始前处于套管的正中央，从而有效改善射孔效果。
4、本发明对现有起爆机构进行了优化，通过设置锁球机构，可有效防止起爆机构被误触发，有效改善了起爆的安全性，同时更加便于施工和运输。
5、本发明通过中心管这一结构将扶正机构和起爆机构有机结合在一起，产生了更好的综合效果。使用时，上活塞在压力作用下向下移动，移动过程中，二连杆机构的中部抵在套管内壁上之前，上活塞不会越过所述过液孔，当二连杆机构的中部抵在套管内壁上之后，上活塞在压力作用下继续压缩弹簧A，直至越过所述过液孔，此时，油管管柱内的压力得以经过过液孔进入中心管内部，继而推动下活塞向下移动，解除锁球的锁定作用，实现起爆。从这一点上说，本发明中，扶正机构除了发挥扶正作用外，还与起爆机构共同形成“双保险”，从而进一步提高了本发明的安全性能。
6、本发明中，通过一次打压便可实现扶正机构和起爆机构的启动，施工过程简单，施工成本低。另外，本发明中，扶正机构的启动是起爆机构启动的前置条件，这样可保证扶正机构在起爆前启动，保证扶正机构可靠地发挥作用。
7、本发明中，下活塞上侧形成了封闭腔室，因此下活塞下行时会受到负压的牵制，从而进一步防止误起爆的问题发生。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是释能扩容体的结构示意图；
图3是增加了扶正机构后本发明的整体结构示意图；
图4是图3中扶正机构和起爆机构的结构示意图。
图中：1-上活塞，2-弹簧A，3-中心管，4-上筒体，5-上压套，6-二连杆机构，7-下压套，8-下活塞，9-下筒体，10-触发体，11-撞针，12-转接头，13-弹架，14-枪身，15-射孔弹，16-导爆索，17-锁球，18-弹簧B，19-过液孔，20-窗口，21-退位槽，22-单向阀，23-销钉,24-中间连接轴,25-锁球槽，26-起爆机构，27-释能扩容体，28-弹性卡接部。
图中，位于两零件配合面上的黑色填充区域均为密封圈。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
如图1所示，本实施例包括起爆机构26、枪身14、弹架13、导爆索16和射孔弹15，起爆机构26内设有撞针11，起爆时，撞针11在压力作用下向下滑动，继而通过引爆导爆索16来引爆射孔弹15。以上为现有压力起爆式射孔装置中的常见结构，在此不再赘述。
本发明的一大创新之处在于：还包括释能扩容体27，释能扩容体27独立于射孔弹15存在，且与射孔弹15没有连接关系，释能扩容体27安装在射孔弹的头部。
具体实施时，释能扩容体27可制成如下形状：释能扩容体27为圆饼状结构，圆饼状结构朝向射孔弹15的一侧(即如图2角度的释能扩容体27的上端面)为平面，另一侧(即如图2角度的释能扩容体27的下端面)为球面，也就是说释能扩容体27整体形状为球体的一部分。
释能扩容体27，其结构包括释能扩容体27的外壳和填充在释能扩容体27外壳内的复合药剂。具体实施时，释能扩容体27的外壳可采用尼龙材料制成。
为了将释能扩容体27固定在枪身上，特在所述释能扩容体27外壳的周围对称设置有两个弹性卡接部28，释能扩容体27通过该弹性卡接部28卡接在所述弹架13上，在满足强度要求的情况下，卡接部的尺寸尽量小。
所述的复合药剂是按重量份数配比，由41～53份粘合剂、40～60燃烧剂、5～15份功能添加剂、8～10份促进剂、1～3份固化剂和5～7份裂缝支撑剂混合而成；
所述的粘合剂包括环氧树脂、酚醛树脂、硅橡胶中的一种以上，所述的燃烧剂包括钨粉、铜粉、铜铅粉、铝粉、镍粉、锆粉中的一种以上，所述的功能添加剂包括钛粉、铋粉、炭黑、石墨、氧化铁、氧化铜其中的一种以上，所述的促进剂包括二甲基乙醇胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、四甲基乙二胺、1-二甲基氨基-3-酚氧丙醇中的一种以上，所述的固化剂包括650低分子聚酰胺、脂肪多元胺、脂环芳烃多元胺中的一种以上，所述的裂缝支撑剂包括砂砾、陶粒中的一种以上。上述的复合药剂组分均采用惰性材料，生产装配没有危险性，安全可靠，属于非爆品。所得产品技术要求爆热测试值≥2600kJ/kg、耐温180℃/48h，无流变，不自燃。
本发明的重要创新在于所述释能扩容射孔装置还包括扶正机构。本发明中，扶正机构与起爆机构26先后动作，两个动作可通过一次打压完成，施工工艺非常简单，施工成本低。另外，本发明中，扶正机构的启动是起爆机构26启动的前置条件，这样可保证扶正机构在起爆前启动，保证扶正机构可靠地发挥作用。
如图4所示，扶正机构，包括上筒体4、上活塞1、上压套5、下压套7和中心管3，上活塞1、上压套5、下压套7和中心管3均安装在上筒体4内部，其中，下压套7固定连接在上筒体4内侧的下部，中心管3的下端固定连接在下压套7的上侧，所述上活塞1和上压套5按照由上至下的顺序依次套装在中心管3上，所述上活塞1和上压套5之间设置有弹簧A2，上压套5和下压套7之间通过二连杆机构6连接，二连杆机构6至少有三组，所述上筒体4的侧壁上设置有可供所述二连杆机构6通过的窗口20，所述中心管3的管壁上设置有过液孔19，过液孔19的位置位于上活塞1和上压套5之间，所述中心管3的上端封堵且封堵处设置有单向阀22，单向阀22允许流体从下向上流动。使用时，将本发明连接在油管管柱的下端，然后向油管管柱内打压，此时，上活塞1在压力作用下向下移动，继而将通过压缩弹簧A2将压力传递给上压套5，使上压套5向下移动，上压套5向下压套7靠近过程中，二连杆机构6的中部向外隆起并穿过上筒体4上的窗口20，最终抵靠在套管内壁上。经过上述过程，本发明可以在射孔动作开始前处于套管的正中央，从而有效改善射孔效果。
如图4所示，起爆机构26，包括下筒体9、下活塞8、触发体10、锁球17和转接头12，下筒体9的上端通过螺纹与上筒体4连接，下筒体9的下端通过螺纹与转接头12的上端连接，转接头12的下端通过螺纹与所述枪身14连接，所述下活塞8的上端与上筒体4的内壁滑动密封配合，下活塞8的下端套在转接头12上端的外侧，所述触发体10滑动安装在转接头12上端的内侧，所述撞针11设置在所述触发体10的下端，所述转接头12上端的侧面设置有用于安装所述锁球17的锁球孔，所述触发体10的外侧设置有与所述锁球17匹配的锁球槽25，所述下活塞8下端的内侧与锁球17对应设置有退位槽21，所述触发体10顶部与下活塞8之间设置有弹簧B18。所述下压套7的中央设置有用于连通中心管3内部空间与下活塞8上侧空间的通孔。本发明对现有起爆机构26进行了优化，通过设置锁球机构，可有效防止起爆机构26被误触发，有效改善了起爆的安全性，同时更加便于施工和运输。具体而言，使用或运输过程中，锁球17可将触发体10牢固地锁定在转接头12上，同时，下活塞8上侧形成了封闭腔室，因此下活塞8下行时会受到负压的牵制，从而进一步防止误起爆的问题发生。
另外，本发明通过中心管3这一结构将扶正机构和起爆机构26有机结合在一起，产生了更好的综合效果，使用时，上活塞1在压力作用下向下移动，移动过程中，二连杆机构6的中部抵在套管内壁上之前，上活塞1不会越过所述过液孔19，当二连杆机构6的中部抵在套管内壁上之后，上活塞1在压力作用下继续压缩弹簧A2，直至越过所述过液孔19，此时，油管管柱内的压力得以经过过液孔19进入中心管3内部，继而推动下活塞8向下移动，解除锁球17的锁定作用，实现起爆。从这一点上说，本发明中，扶正机构除了发挥扶正作用外，还与起爆机构26共同形成“双保险”，从而进一步提高了本发明的安全性能。
所述下压套通过销钉23与上筒体4连接，可有效简化机械结构。
所述二连杆机构6中，中间连接轴24处设置有扭簧，二连杆机构6在扭簧作用下始终保持向中心管3靠近的运动趋势，从而避免二连杆机构6在不打压状态下从窗口20露出。需要说明的是，扭簧是一种常见的弹簧，其安装方式为本技术领域人员所熟知，在此不再赘述。
具体实施时，还可将上活塞1或上压套通过销钉连接在上筒体4上，从而进一步防止扶正机构波动。
Claims (3)
1.一种释能扩容射孔装置，包括起爆机构、枪身(14)、弹架(13)、导爆索(16)和射孔弹(15)，起爆机构内设有撞针(11)，起爆时，撞针(11)在压力作用下向下滑动，继而通过引爆导爆索(16)来引爆射孔弹(15)，其特征在于：还包括释能扩容体(27)，释能扩容体(27)安装在射孔弹的头部；
释能扩容体(27)，其结构包括释能扩容体(27)的外壳和填充在释能扩容体(27)外壳内的复合药剂；
所述释能扩容体(27)外壳的周围对称设置有两个弹性卡接部(28)，释能扩容体(27)通过该弹性卡接部(28)卡接在所述弹架(13)上；
所述的复合药剂是按重量份数配比，由41～53份粘合剂、40～60燃烧剂、5～15份功能添加剂、8～10份促进剂、1～3份固化剂和5～7份裂缝支撑剂混合而成；
所述的粘合剂包括环氧树脂、酚醛树脂、硅橡胶中的一种以上，所述的燃烧剂包括钨粉、铜粉、铜铅粉、铝粉、镍粉、锆粉中的一种以上，所述的功能添加剂包括钛粉、铋粉、炭黑、石墨、氧化铁、氧化铜中的一种以上，所述的促进剂包括二甲基乙醇胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、四甲基乙二胺、1-二甲基氨基-3-酚氧丙醇中的一种以上，所述的固化剂包括650低分子聚酰胺、脂肪多元胺、脂环芳烃多元胺中的一种以上，所述的裂缝支撑剂包括砂砾、陶粒中的一种以上；
所述释能扩容射孔装置还包括扶正机构；
扶正机构，包括上筒体(4)、上活塞(1)、上压套(5)、下压套(7)和中心管(3)，上活塞(1)、上压套(5)、下压套(7)和中心管(3)均安装在上筒体(4)内部，其中，下压套(7)固定连接在上筒体(4)内侧的下部，中心管(3)的下端固定连接在下压套(7)的上侧，所述上活塞(1)和上压套(5)按照由上至下的顺序依次套装在中心管(3)上，所述上活塞(1)和上压套(5)之间设置有弹簧A(2)，上压套(5)和下压套(7)之间通过二连杆机构(6)连接，二连杆机构(6)至少有三组，所述上筒体(4)的侧壁上设置有可供所述二连杆机构(6)通过的窗口(20)，所述中心管(3)的管壁上设置有过液孔(19)，过液孔(19)的位置位于上活塞(1)和上压套(5)之间，所述中心管(3)的上端封堵且封堵处设置有单向阀(22)，单向阀(22)允许流体从下向上流动；
起爆机构，包括下筒体(9)、下活塞(8)、触发体(10)、锁球(17)和转接头(12)，下筒体(9)的上端通过螺纹与上筒体(4)连接，下筒体(9)的下端通过螺纹与转接头(12)的上端连接，转接头(12)的下端通过螺纹与所述枪身(14)连接，所述下活塞(8)的上端与上筒体(4)的内壁滑动密封配合，下活塞(8)的下端套在转接头(12)上端的外侧，所述触发体(10)滑动安装在转接头(12)上端的内侧，所述撞针(11)设置在所述触发体(10)的下端，所述转接头(12)上端的侧面设置有用于安装所述锁球(17)的锁球孔，所述触发体(10)的外侧设置有与所述锁球(17)匹配的锁球槽(25)，所述下活塞(8)下端的内侧与锁球(17)对应设置有退位槽(21)，所述触发体(10)顶部与下活塞(8)之间设置有弹簧B(18)；
所述下压套(7)的中央设置有用于连通中心管(3)内部空间与下活塞(8)上侧空间的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种释能扩容射孔装置，其特征在于：所述下压套通过销钉(23)与上筒体(4)连接。
3.根据权利要求1所述的一种释能扩容射孔装置，其特征在于：所述二连杆机构(6)中，中间连接轴(24)处设置有扭簧，二连杆机构(6)在扭簧作用下始终保持向中心管(3)靠近的运动趋势。
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