CN115126452A - 一种含能弹负载自动推送装置及可控冲击波能量转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含能弹负载自动推送装置及可控冲击波能量转换器，包括套筒、推弹单元以及第一转接头。套筒前端连接第一转接头，末端连接底座；第一转接头与底座之间设置负载仓和推弹单元，负载仓内填装有含能弹负载；推弹单元用于将含能弹负载由套筒内推送至第一转接头外部，并且能够与上电极接触的位置；第一转接头上开设有通孔，使含能弹负载通过通孔运动至第一转接头的外部。本发明无需电机和电机驱动配套设备，结构相对简单，可靠性高，不易发生卡弹问题；利用冲击波发生装置工作时产生的冲击波提供动力，无需外加动力；弹簧和聚氨酯缓冲件起缓冲作用，可以保护负载仓中的含能弹，避免殉爆问题。

Description

一种含能弹负载自动推送装置及可控冲击波能量转换器

技术领域

本发明属于油气井射孔技术领域，涉及一种含能弹负载自动推送装置及可控冲击波能量转换器。

背景技术

页岩油等非常规油气资源赋存于低渗透率的致密页岩储层中，对其进行开采的效率和经济性很大程度上依赖于储层致裂技术，即在储层中制造大范围延伸的裂缝系统，从而提高储层的有效渗透率，使分散的油/气汇入井筒。以传统水力压裂为代表的静力学方法存在裂缝复杂度较低、水资源消耗量大以及潜在压裂液污染、可能引起地质灾害等问题，而采用炸药或高能气体爆炸等方式致裂储层的动力学方法则存在可控性低、不可重复、安全性差等缺陷。为此研究人员提出了利用金属丝电爆炸驱动钝感含能材料，产生可控冲击波以致裂储层的思路，具有重复可控、绿色环保、安全可靠的独特优势，有望实现中低成熟度页岩油储层的整体、均衡、无水改造。

然而，在冲击波发生器中需要一个负载推送装置不断推送负载到能量转换器的能量转换腔中，实现连续工作。实际应用中，爆炸丝与含能混合物组成棒状结构的含能弹负载。每颗负载工作后，必须有一个专门机构按次序将下一颗负载送进能量转换器的高低压电极之间，才能重复工作。含能弹负载的储存、输送技术可以参考枪械的送弹原理，但是，与枪械储、送弹不同的是枪械中子弹都是从弹夹的侧面送出，最新的旋转筒也是从外侧送出。而冲击波发生器中，为满足绝缘强度的要求，高低压电极位于装置的轴心处，推送器必须从正中央推送含能弹负载进入高低压电极之间。

现有的推送装置需要步进电机提供动力，配套的设备包括电流传感器、信号变送器、控制器、驱动电路和电池等，需要考虑电机工作时防水性能，散热性能，控制信号之间的配合，电磁干扰等问题。从而在实际应用时(高温高压环境，压强30MPa，温度120℃)容易产生殉爆问题、卡弹问题，可靠性较差，故障率高。因此，如何提供一种结构简单并可靠工作的负载推送器，实现连续产生强度可控的冲击波成为亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中含能弹负载推送组件结构复杂，而导致推送组件可靠性差和故障率高的问题，提供一种含能弹负载自动推送装置及可控冲击波能量转换器，本发明无需外加动力，利用冲击波发生装置工作时产生的冲击波与弹簧可储存弹性势能的特性完成含能弹负载的推送。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种含能弹负载自动推送装置，包括：

套筒，所述套筒前端连接第一转接头，末端连接底座；第一转接头与底座之间设置负载仓和推弹单元，所述负载仓内填装有含能弹负载；

推弹单元，所述推弹单元的前端与第一转接头相连，末端与底座相连，用于将含能弹负载由套筒内推送至第一转接头外部，并且能够与上电极接触的位置；

第一转接头，所述第一转接头上开设有通孔，所述通孔的孔径大于含能弹负载，使含能弹负载通过所述通孔运动至第一转接头的外部。

上述装置进一步的改进在于：

所述推弹单元包括设置于套筒内部的引导管，所述引导管内部为含能弹通道，且含能弹通道内设置有压缩弹簧，压缩弹簧的前端与推弹杆相连，后端与底座相连；引导管的前端嵌入第一转接头中；引导管上由前至后依次套设有缓冲件、负载仓以及涡卷弹簧；负载仓能够在涡卷弹簧的驱动下进行转动，将负载仓内的含能弹负载送入引导管内。

所述负载仓与涡卷弹簧固定连接，且均与轴承相连，能够在轴承的作用下，沿引导管转动；所述引导管上开设有含能弹入口，且含能弹入口处设置有导轨，所述导轨与含能弹入口相切；所述负载仓套设于含能弹入口处，其内壁上设置有挡板，负载仓在旋转时，通过挡板推动含能弹负载沿圆周方向运动，并经过导轨由含能弹入口进入引导管中。

所述推弹杆为圆柱状结构，前端设置推弹面，末端设置流线型的头部。

所述推弹杆的侧面开设若干轴向槽，用于为水的流动提供通路。

所述推弹杆的侧面还开设有若干第一螺旋槽，所述第一螺旋槽的螺距与压缩弹簧的间距相同，压缩弹簧的前端卡装在推弹杆的第一螺旋槽中；所述底座的中部设置有圆柱状安装座，所述安装座侧面开设有第二螺旋槽，所述第二螺旋槽的螺距与压缩弹簧的间距相同，压缩弹簧的末端卡装在底座的第二螺旋槽中。

所述缓冲件由聚氨酯材料制成，用于防止含能弹负载殉爆。

所述套筒的侧壁上开设有多个泄压孔。

所述负载仓内至少能够容纳7枚含能弹负载。

第二方面，本发明提供一种可控冲击波能量转换器，包括外壳，所述外壳的前端安装盖板，盖板内设置大电流连接器和盖板绝缘子，所述大电流连接器包括插头和插座，插座通过螺纹连接第二转接头，插头连接用于输入电能的电缆；

所述外壳内设置导体杆通道，所述导体杆通道内设置导体杆和减震弹簧；导体杆的前端与第二转接头相连，后端通过减震弹簧与上电极相连；导体杆通道上由前至后依次套设上部绝缘、中部绝缘以及抗冲击绝缘；

所述外壳的末端与回流柱的一侧连接，回流柱的另一侧连接含能弹负载自动推送装置，含能弹负载自动推送装置用于将含能弹负载推送至回流柱中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明无需电机和电机驱动配套设，结构相对简单，可靠性高，不易发生卡弹问题；利用冲击波发生装置工作时产生的冲击波提供动力，无需外加动力；弹簧和聚氨酯缓冲件起缓冲作用，可以保护负载仓中的含能弹，避免殉爆问题。

进一步的，本发明含能弹负载自动推送装置实现了一发含能弹负载起爆后，下一发负载自动装填，控制起爆的时间即可控制冲击波作用储层的频率。

进一步的，本发明含能弹负载自动推送装置中器件与弹簧的连接采用在器件上开螺旋槽的方法，螺旋槽的螺距与弹簧螺距相同，槽深槽宽与弹簧线径配合，保证连接牢固。

进一步的，本发明含能弹负载自动推送装置中推弹杆的头部为流线型，可以减小运动时水的阻力。

进一步的，本发明含能弹负载自动推送装置中推弹杆开有轴向槽，为水的流动提供通路，防止水流动不畅，阻力过大。

进一步的，本发明能量转换器与电缆的连接采用大电流连接器，可重复插拔，连接断开快速，可节省安装时间。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明自动含能弹负载推送装置的结构示意图。

图2为本发明推弹杆的结构示意图。

图3为本发明含能弹负载仓的结构示意图。

图4为本发明可控冲击波能量转换器结构示意图。

其中：10-上电极，11-回流柱，12-含能弹负载，13-第一转接头，14-缓冲件，15-推弹杆，151-头部，152-轴向槽，153-螺旋槽，16-压缩弹簧，17-引导管，18-负载仓，19-轴承，20-涡卷弹簧，21-套筒，22-底座，17-引导管，171-导轨，172-含能弹入口，173-含能弹通道，18-负载仓，181-挡板，40-盖板，41-盖板绝缘子，42-大电流连接器，43-第二转接头，44-上部绝缘，45-导体杆，46-外壳，47-中部绝缘，48-减震弹簧，49-抗冲击绝缘，100-自动含能弹负载推送装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种含能弹负载自动推送装置，包括推弹杆15、压缩弹簧16、引导管17、负载仓18、轴承19、涡卷弹簧20以及第一转接头13。含能弹通道173为推弹杆15和压缩弹簧16提供运动空间，并为含能弹负载12提供输送空间。缓冲件14为聚氨酯材料，性能优良的缓冲材料，防止含能弹负载殉爆。

推弹杆15与压缩弹簧16相连接，以含能弹负载12爆炸产生的冲击波为动力，驱动推弹杆15和压缩弹簧16在引导管17的约束下向下运动。轴承19同轴固定于引导管17上，在涡卷弹簧20的推动下可产生转动，负载仓18与轴承19同轴固定并可随轴承19一同转动。引导管17上端设有螺纹，与第一转接头13同轴连接，第一转接头13中间设有推弹杆通过孔，推弹杆通过孔的直径与引导管17的内径相同，略大于含能弹负载12的直径。套筒21的侧壁上设有多个泄压孔。底座22设有螺旋槽，螺旋槽的螺距与压缩弹簧16的间距相同。

推弹杆15的头部151为流线型，可减小在水中运动的阻力，并开有轴向槽152和第一螺旋槽153，轴向槽152为水的流动提供通路，第一螺旋槽153的螺距与压缩弹簧16的间距相同，用于推弹杆15与压缩弹簧16的连接。

引导管17的内径略大于含能弹负载12的直径，侧面开有含能弹入口172，含能弹入口172与导轨171相切，含能弹负载12沿着导轨171运动，可进入含能弹通道173。

负载仓18侧壁带有挡板181，负载仓18旋转时，挡板181推动含能弹负载12沿圆周向前运动。负载仓18的内部高度大于含能弹负载12的长度，至少能容纳7枚含能弹负载12。

本发明的原理：

本发明含能弹负载自动推送装置的动力来源于冲击波发生装置工作时产生的冲击波和涡卷弹簧20上紧储存的弹性势能。涡卷弹簧20提供的推力带动负载仓18进行旋转运动，实现了负载仓18中含能弹负载12的转送；冲击波为推弹杆15和压缩弹簧16的往返运动提供动力，将含能弹负载12推送到能量转换器的能量转换腔中。

如图4所示，本发明实施例公开了一种可控冲击波能量转换器，包括盖板40、盖板绝缘子41、大电流连接器42、第二转接头43、上部绝缘44、导体杆45、外壳46、中部绝缘47、减震弹簧48、抗冲击绝缘49、以及上述自动含能弹负载推送装置100同轴集成一个整体。大电流连接器42包括插头和插座两部分，其中插座与第二转接头43通过螺纹连接，插头与电缆连接，电能通过电缆向能量转换器输送。插座和插头可重复插拔，安装和拆卸方便。抗冲击绝缘49为聚氨酯材料，起到绝缘作用和保护上部绝缘44、中部绝缘47的作用。

本发明的工作过程：

冲击波发生装置工作时，高低压电极之间放置1发含能弹负载12，负载仓18中存储7发含能弹负载12，共携带8发含能弹负载12。

1)将涡卷弹簧20上紧，负载仓18内填满含能弹负载12，将负载仓18，轴承19，涡卷弹簧20依次同轴固定于引导管17；

2)将压缩弹簧16一端与推弹杆15连接，另一端与底座22连接；

3)将推弹杆15和压缩弹簧16穿过引导管17，并将底座22与套筒21固定；

4)将含能弹负载12装在上电极10和推弹杆15之间，夹紧使之接触良好；

5)启动高压直流电源向储能电容器充电，当储能电容器充电到能量控制器的设定值后，停止充电；

6)触发气体开关使电路导通，含能弹负载12被引爆，产生冲击波对页岩储层进行改造；

7)含能弹负载12产生的冲击波作用于推弹杆15，使推弹杆15压缩弹簧16向底座22方向运动；

8)涡卷弹簧20产生的推力驱动轴承19和负载仓18旋转；

9)负载仓18的挡板181推动负载仓18中的含能弹沿储槽向中心旋转；

10)推弹杆15运动到负载仓18与底座22之间的区域，负载仓18中第一个含能弹负载12通过导轨171和含能弹入口172，进入引导管17；

11)推弹杆15运动到最低点后，压缩弹簧16中存储的弹性势能使推弹杆15向上运动；

12)推弹杆15将引导管17中的含能弹负载12向上推送，直至含能弹负载12上端与上电极10接触，完成放电前的推送工作，实现自动送弹；

13)重复步骤5)-12)，直至含能弹负载12全部输送完毕。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含能弹负载自动推送装置，其特征在于，包括：

套筒(21)，所述套筒(21)前端连接第一转接头(13)，末端连接底座(22)；第一转接头(13)与底座(22)之间设置负载仓(18)和推弹单元，所述负载仓(18)内填装有含能弹负载(12)；

推弹单元，所述推弹单元的前端与第一转接头(13)相连，末端与底座(22)相连，用于将含能弹负载(12)由套筒(21)内推送至第一转接头(13)外部，并且能够与上电极(10)接触的位置；

第一转接头(13)，所述第一转接头(13)上开设有通孔，所述通孔的孔径大于含能弹负载(12)，使含能弹负载(12)通过所述通孔运动至第一转接头(13)的外部。

2.根据权利要求1所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述推弹单元包括设置于套筒(21)内部的引导管(17)，所述引导管(17)内部为含能弹通道(173)，且含能弹通道(173)内设置有压缩弹簧(16)，压缩弹簧(16)的前端与推弹杆(15)相连，后端与底座(22)相连；引导管(17)的前端嵌入第一转接头(13)中；引导管(17)上由前至后依次套设有缓冲件(14)、负载仓(18)以及涡卷弹簧(20)；负载仓(18)能够在涡卷弹簧(20)的驱动下进行转动，将负载仓(18)内的含能弹负载(12)送入引导管(17)内。

3.根据权利要求2所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述负载仓(18)与涡卷弹簧(20)固定连接，且均与轴承(19)相连，能够在轴承(19)的作用下，沿引导管(17)转动；所述引导管(17)上开设有含能弹入口(172)，且含能弹入口(172)处设置有导轨(171)，所述导轨(171)与含能弹入口(172)相切；所述负载仓(18)套设于含能弹入口(172)处，其内壁上设置有挡板(181)，负载仓(18)在旋转时，通过挡板推动含能弹负载(12)沿圆周方向运动，并经过导轨(171)由含能弹入口(172)进入引导管(17)中。

4.根据权利要求2所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述推弹杆(15)为圆柱状结构，前端设置推弹面，末端设置流线型的头部(151)。

5.根据权利要求4所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述推弹杆(15)的侧面开设若干轴向槽(152)，用于为水的流动提供通路。

6.根据权利要求4所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述推弹杆(15)的侧面还开设有若干第一螺旋槽(153)，所述第一螺旋槽(153)的螺距与压缩弹簧(16)的间距相同，压缩弹簧(16)的前端卡装在推弹杆(15)的第一螺旋槽(153)中；所述底座(22)的中部设置有圆柱状安装座，所述安装座侧面开设有第二螺旋槽，所述第二螺旋槽的螺距与压缩弹簧(16)的间距相同，压缩弹簧(16)的末端卡装在底座(22)的第二螺旋槽中。

7.根据权利要求2所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述缓冲件(14)由聚氨酯材料制成，用于防止含能弹负载(12)殉爆。

8.根据权利要求1所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述套筒(21)的侧壁上开设有多个泄压孔。

9.根据权利要求1-3任一项所述的含能弹负载自动推送装置，其特征在于，所述负载仓(18)内至少能够容纳7枚含能弹负载(12)。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述含能弹负载自动推送装置的可控冲击波能量转换器，其特征在于，包括外壳(46)，所述外壳(46)的前端安装盖板(40)，盖板(40)内设置大电流连接器(42)和盖板绝缘子(41)，所述大电流连接器(42)包括插头和插座，插座通过螺纹连接第二转接头(43)，插头连接用于输入电能的电缆；

所述外壳(46)内设置导体杆通道，所述导体杆通道内设置导体杆(45)和减震弹簧(48)；导体杆(45)的前端与第二转接头(43)相连，后端通过减震弹簧(48)与上电极(10)相连；导体杆通道上由前至后依次套设上部绝缘(44)、中部绝缘(47)以及抗冲击绝缘(49)；

所述外壳(46)的末端与回流柱(11)的一侧连接，回流柱(11)的另一侧连接含能弹负载自动推送装置(100)，含能弹负载自动推送装置(100)用于将含能弹负载(12)推送至回流柱(11)中。

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