CN208280948U - 一种油气井用电缆安全起爆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油气井用电缆安全起爆装置，适用于电缆输送式射孔系统。其主要构成包括连线接头、快速插线和安全起爆接头。本实用新型的特点：a.在地面上对射孔系统中的雷管意外爆炸进行阻隔，避免重大恶性安全事故的发生；b.在一定环境压力下能可靠起爆射孔枪串；c.射孔作业完成后，除雷管和阻爆传爆控制器外，装置中的其它零部件具有重复使用的性能，节约了施工成本。本实用新型的突出优点是装配方便，可靠性好，安全性高，可重复使用性好，适用于对安全性要求高的电缆输送式射孔施工作业。

Description

一种油气井用电缆安全起爆装置

技术领域

本实用新型涉及一种油气井电缆输送射孔使用的电缆安全起爆装置。

背景技术

在油气井的开采过程中，电缆输送射孔是常用的射孔作业方式。电缆与电雷管直接连接，电雷管连接导爆索，导爆索再连接射孔枪。操作时使用电缆将射孔枪串输送到预定的射孔层位后定位，接通发火电源，电能通过电缆传输给电雷管，电雷管爆炸产生的爆轰能量引爆导爆索，导爆索引爆射孔枪中的射孔弹，从而实现射孔，实现井筒和油气层的连通。电缆直接与电雷管连接存在很大的安全隐患。在地面装配阶段或射孔枪向井下输送过程中，由于杂散电流、射频、静电等原因有可能导致雷管意外发火起爆，进而引爆导爆索和射孔弹，就会造成重大安全事故，威胁操作者的人身安全，也会造成巨大的经济损失。为此，在电缆传输射孔的安全性方面，人们在不断进行技术改进。ZL200320103408.9公开了一种井下爆破安全装置，ZL200420053054.6公开了一种油气井射孔自锁安全起爆装置和ZL200420049117.0公开了一种油气井压力型安全起爆装置。这些专利技术的共同本质特征是仅采用电路的通断来实现安全保障。但由于空间电磁环境越来越恶劣，因此即使电路处于断开状态仍有可能因射频导致雷管意外发火，仍然存在安全隐患。CN1142600A公开了一种油气井多级自控型安全起爆器，该专利通过对雷管爆炸的物理阻隔来实现射孔系统的安全性，但其施工工序过多且复杂，重复使用的成本较高，尤其是其使用的电雷管本质安全性较差。ZL95235287.7公开了一种油气井自动控制导爆隔爆装置，该专利也采用对雷管爆炸的物理阻隔方式实现射孔系统的安全性，但其结构过于复杂，重复使用性差，保养困难，更重要的是其雷管直接起爆导爆索，其起爆可靠性不高(因为两者有一定空气间隙)。CN2844840Y 公开了一种同轴独角埋头磁电雷管，该专利采用火雷管和点火药头分离方式致使其结构较为复杂，工艺繁琐。由于这些技术还存在种种缺陷，致使这些技术尚未得到大范围的推广。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为解决上述问题，提供一种连接在定位器和射孔枪之间的电缆安全起爆装置。连接在定位器和射孔枪之间，不仅能避免因漏电、射频和杂散电流等引起的地面安全事故和误射孔事故发生，还具有起爆可靠性高、重复使用率高、施工简单、生产成本低、易保养等特点。

本发明的技术方案是：一种油气井用电缆安全起爆装置，包括连线接头组件1、安全起爆接头组件2和快速插线3；所述连线接头组件1包括连线接头本体1-3、导电杆 1-4、第一活塞式插针1-1、和固定结构；所述连线接头本体1-3和安全起爆接头本体 2-3均为柱状体，内部为变阶状通孔，连线接头本体1-3和安全起爆接头本体2-3相互连接；连线接头本体1-3内依次设有导电杆1-4、杆式插针1-2和第一活塞式插针1-1；导电杆1-4和杆式插针1-2一端螺纹连接，杆式插针1-2另一端和第一活塞式插针1-1尾端连接；杆式插针1-2、导电杆1-4和第一活塞式插针1-1与连线接头本体1-3内壁之间通过固定组件进行固定，固定组件和连线接头本体1-3内壁之间通过密封圈进行密封；安全起爆接头组件2包括安全起爆接头本体2-3、第二活塞式插针2-2、阻爆传爆控制器 2-8、安全开关2-11、安全本体2-4、弹簧2-5和触点式磁电雷管2-1；安全起爆接头本体2-3腔体内依次设有第二活塞式插针2-2、触点式磁电雷管2-1和阻爆传爆控制器2-8，且三者之间相互连接；触点式磁电雷管2-1一端为独脚插针2-1-1，阻爆传爆控制器2-8内部为阶梯状通孔，通孔内设有安全开关2-11；第二活塞式插针2-2针头端露出安全起爆接头本体2-3腔体外，位于连线接头本体1-3腔体内，且与连线接头本体1-3腔体内的针头端相对，两个针头端之间通过插线连接；第二活塞式插针2-2尾端与触点式磁电雷管2-1插针端触点式连接，雷管尾端与安全开关2-11相连；第二活塞式插针2-2和触点式磁电雷管2-1外部设有安全本体，且弹簧套在安全本体上。

本发明的进一步技术方案是：所述固定组件包括绝缘座1-5和插针座1-6，插针座1-6 外壁为阶梯状，和连线接头本体1-3内壁螺纹连接，内部设有阶梯状通孔，绝缘座1-5位于插针座1-6内腔且为螺纹连接。

本发明的进一步技术方案是：导电杆1-4与绝缘座1-5螺纹连接，绝缘座1-5与插针座 1-6螺纹连接，第一活塞式插针1-1与插针座1-6连接并通过密封圈进行密封，插针座1-6与连线接头本体1-3螺纹连接并通过密封圈进行密封。

本发明的进一步技术方案是：所述安全本体2-4为柱状体，外壁为阶梯状，置于安全起爆接头本体2-3内壁，内部设有阶梯状通孔；第二活塞式插针2-2尾端插入阶梯状通孔内，与触点式磁电雷管2-1插针端相互连接。

本发明的进一步技术方案是：所述触点式磁电雷管2-1包括独脚插针2-1-1、安全元件2-1-2、连接管2-1-3、电雷管2-1-5和封装剂2-1-4；独脚插针2-1-1与连接管2-1-3 过盈配合；安全元件2-1-2位于连接管2-1-3中部，电雷管2-1-5位于连接管2-1-3底部；安全元件2-1-2两端的脚线分别与独脚插针2-1-1和电雷管2-1-5相连接；连接管2-1-3 内填充封装剂2-1-4。

本发明的进一步技术方案是：所述电雷管2-1-5内的总装药量为0.6g-1.0g。

本发明的进一步技术方案是：所述触点式磁电雷管2-1置于安全本体2-4内，并通过雷管压帽2-6进行固定。

本发明的进一步技术方案是：所述阻爆传爆控制器2-8通过阻爆传爆控制器压帽2-7 与安全起爆接头本体2-3内壁之间进行固定。

本发明的进一步技术方案是：所述安全开关2-11为单向阀。

发明效果

本发明的技术效果在于：设计一种油气井用电缆安全起爆装置，连接在定位器和射孔枪之间，其最大的优点是集高安全性、高可靠性、装配方便、生产成本低和重复利用率高等五大特性于一体。具体表现在如下几个方面：

(一)高安全性。其一、该装置中使用的触点式磁电雷管是在磁电雷管的基础上进行改进的，采用触点式结构能进一步提高其抗静电能力，因此本实用新型中的触点式磁电雷管比目前广泛使用的磁电雷管安全性更高。其二、在地面操作时，由于环境压力低于其安全值(0.15MPa)，因此本装置中的阻爆传爆控制器处于关闭状态，将雷管和射孔枪[5]中的传爆管[7]进行物理隔离，这时雷管即使意外发火也不能起爆传爆管，从而保证地面操作时的安全性。其三、当雷管未能正常起爆时，往往需要将射孔枪串提出井口，这时由于环境压力又恢复到地面常压，即低于其安全值(0.15MPa)，阻爆传爆控制器又恢复至关闭状态，从而保证了返回地面后诊断处理时的安全性。

(二)高可靠性。随着该装置下入油气井内，当作用于该装置上的环境压力(即井液压力)大于安全压力值(0.15MPa)时，环境压力推动安全起爆接头2中的安全本体2-4，使安全本体2-4压缩弹簧2-5带着第二活塞式插针2-2和触点式磁电雷管2-1一起向右运动，触点式磁电雷管2-1开始推动阻爆传爆控制器安全门2-11，当环境压力达到设计值(0.60MPa)时，触点式磁电雷管2-1将阻爆传爆控制器安全门2-11完全打开，使阻爆传爆控制器处于完全开启状态，这时雷管与传爆管7之间相距仅几个毫米且无任何阻隔，因此能可靠起爆传爆管，从而可靠起爆射孔枪5。又由于该装置中使用的触点式磁电雷管，该雷管采用大药量装药(类似传爆管)，完全具备远距离(一般不小于30mm 的空气间隙)起爆油气井用传爆管的能力，因此该雷管对传爆管的起爆可靠性很高。

(三)该装置中零部件采用触点式连接和快速插拔方式，因此装配简单方便快捷。

(四)由于该装置中使用的雷管为触点式磁电雷管，该雷管在广泛使用的普通磁电雷管的基础上改造来的，原材料来源广泛、生产成本较低；加之该装置结构简单、零部件相对较少，因此该装置的生产成本相对较低。

(五)该装置的重复使用率较高。除雷管和阻爆传爆控制器外，装置其它零部件均能重复使用，有的重复使用率高达20次以上，这也大大地降低了用户的施工成本。

附图说明

图1为本实用新型电缆安全起爆装置的连接结构示意图。

图2为本实用新型中连线接头结构示意图。

图3为本实用新型中安全起爆接头结构示意图。

图4为触点式磁电雷管结构示意图。

图5为本实用新型电缆安全起爆装置在电缆传输射孔中的工作位置示意图。

附图标记说明：1—连线接头组件；2—安全起爆接头组件；3—快速插线；4—定位器；5—射孔枪；6—导爆索；7—传爆管；1-1—第一活塞式插针；1-2—杆式插针；1-3—连线接头本体；1-4—导电杆；1-5—绝缘座；1-6—插针座；1-7—第一密封圈；1-8—第二密封圈；2-1—触点式磁电雷管；2-2—第二活塞式插针；2-3—安全起爆接头本体； 2-4—安全本体；2-5—弹簧；2-6—雷管压帽；2-7—阻爆传爆控制器压帽；2-8—阻爆传爆控制器；2-9—第三密封圈；2-10—第四密封圈；2-11—安全开关；2-1-1—独脚插针；2-1-2—安全元件；2-1-3—连接管；2-1-4—封装剂；2-1-5—电雷管。

具体实施方式

电缆安全起爆装置由连线接头组件1、安全起爆接头组件2和快速插线3组成。

所述连线接头1中的导电杆1-4与杆式插针1-2螺纹连接，杆式插针1-2与第一活塞式插针1-1触点式连接，导电杆1-4与绝缘座1-5螺纹连接，绝缘座1-5与插针座1-6螺纹连接，第一活塞式插针1-1与插针座1-6连接并通过密封圈1-7进行密封，插针座1-6与连线接头本体1-3螺纹连接并通过密封圈1-8进行密封。

所述安全起爆接头2中的阻爆传爆控制器2-8大端朝内置于安全接头本体2-3并且用阻爆传爆控制器压帽2-7进行固定，弹簧2-5置于安全接头本体2-3中，第二活塞式插针2-2 置于安全本体2-4中并通过密封圈2-9进行密封，触点式磁电雷管2-1置于安全本体2-4中与第二活塞式插针2-2触点式连接并用雷管压帽2-6进行固定，安全本体2-4雷管端朝内置于安全接头本体2-3中并通过密封圈2-10进行密封。

所述触点式磁电雷管2-1中的独脚插针2-1-1与连接管2-1-3过盈配合连接，电雷管 2-1-5放置连接管2-1-3底部，安全元件2-1-2将独脚插针2-1-1和电雷管2-1-5进行连接，封装剂2-1-4填充于独脚插针2-1-1和电雷管2-1-5之间缝隙内。

正如图1所示，为本实用新型电缆安全起爆装置的结构示意图，本实用新型包括连线接头组件1、安全起爆接头组件2和快速插线3。连线接头组件1与定位器连接，安全起爆接头2与射孔枪连接。

正如图2所示，为油气井用电缆安全起爆装置的连线接头组件1结构示意图，连线接头本体1-3为一沿轴线内部设有变截面通孔的空心阶梯圆柱体且中间部位开有侧窗，两阶梯螺纹孔分别与定位器和插针座1-6螺纹连接，另一端与安全起爆接头2螺纹连接，导电杆1-4与杆式插针1-2螺纹连接，杆式插针1-2与第一活塞式插针1-1触点式连接，导电杆1-4与绝缘座1-5螺纹连接，绝缘座1-5与插针座1-6螺纹连接，第一活塞式插针1-1与插针座1-6连接并通过密封圈进行密封，插针座1-6与连线接头本体1-3螺纹连接并通过密封圈进行密封。

正如图3所示，为油气井用电缆安全起爆装置的安全起爆接头2结构示意图，安全接头本体2-3为一空心阶梯圆柱体且沿轴线设有变截面通孔，一端与连线接头1螺纹连接，另一端与射孔枪连接，阻爆传爆控制器2-8大端朝内置于安全接头本体2-3中并且用阻爆传爆控制器压帽2-7进行固定，弹簧2-5置于安全接头本体2-3中，第二活塞式插针2-2 置于安全本体2-4中并通过密封圈进行密封，触点式磁电雷管2-1置于安全本体2-4内与第二活塞式插针2-2触点式连接并用雷管压帽2-6进行固定，安全本体2-4置于安全接头本体 2-3中并通过密封圈进行密封。

正如图4所示，为油气井用触点式磁电雷管2-1结构示意图。所述触点式磁电雷管2-1中的独脚插针2-1-1与连接管2-1-3过盈配合连接，电雷管2-1-5放置连接管2-1-3 底部，安全元件2-1-2将独脚插针2-1-1和电雷管2-1-5进行连接，封装剂2-1-4填充于独脚插针2-1-1和电雷管2-1-5之间缝隙内。

实施例1：本实用新型的制作。

连线接头1制作：先将导电杆1-4与杆式插针1-2螺纹连接，再将导电杆1-4与绝缘座1-5螺纹连接，然后将绝缘座1-5与插针座1-6螺纹连接，同时将第一活塞式插针1-1置于插针座1-6内并通过密封圈1-7进行密封，最后将插针座1-6置于连线接头本体1-3内并通过密封圈1-8进行密封。

安全起爆接头2制作：先将阻爆传爆控制器2-8大端朝内置于安全接头本体2-3中并且用阻爆传爆控制器压帽2-7进行固定，再将弹簧2-5置于安全接头本体2-3中，然后将第二活塞式插针2-2置于安全本体2-4中并通过密封圈进行密封，同时将触点式磁电雷管2-1置于安全本体2-4内并用雷管压帽2-6进行固定，最后将安全本体2-4置于安全接头本体 2-3中并通过密封圈进行密封。

电缆安全起爆装置制作：先将已经制作好的连线接头1和安全起爆接头2螺纹连接，然后用快速插线3将第一活塞式插针1-1和第二活塞式插针2-2进行连接。

触点式磁电雷管制作：首先安全元件2-1-2两个脚线分别与独脚插针2-1-1焊接，压制好电雷管2-1-5(总装药量为0.6g-1.0g),然后将电雷管2-1-5两脚线分别与安全元件2-1-2另一端两个脚线连接。这时将串接好的三个零件放入到连接管2-1-3中，同时通过独脚插针2-1-1的侧向双孔向连接管中的安全元件部分填充封装剂2-1-4。

实施例2：本实用新型与电缆传输射孔系统配接及其工作。

图5为油气井用电缆安全起爆装置在电缆传输射孔中的工作位置示意图。将该装置的一端与油气井电缆传输射孔用的定位器4螺纹连接，另一端与射孔枪5螺纹连接，其中射孔枪串一端引出的导爆索6和传爆管7须插入到该装置输出端孔中。最后穿过连线接头本体1-3的侧窗将快速插线3两头分别与连线接头1的第一活塞式插针1-1和安全起爆接头2的第二活塞式插针2-2进行驳接。

整个装置在下井过程中，井液压力通过连线接头本体1-3的侧窗作用在安全本体组件(包括安全本体2-4、第二活塞式插针2-2、触点式磁电雷管2-1、雷管压帽2-6)上，当井液压力小于0.15MPa时，安全本体组件与安全接头本体之间不会发生位移，这时阻爆传爆控制器2-8的安全开关2-11处于完全关闭状态，因此整个装置处于安全状态。当井液压力大于0.15MPa时，安全本体组件开始压缩弹簧2-5并向右运动，当井液压力大于 0.6MPa时，安全本体组件不再向右运动，这时触点式磁电雷管2-1输出端(右端)已将阻爆传爆控制器2-8的安全开关2-11完全打开，此时，触点式磁电雷管2-1与传爆管7 之间形成了完全的通路，在井口加载电流的条件下，触点式磁电雷管2-1被起爆，然后将传爆管7及导爆索6起爆,进而起爆射孔弹，完成射孔作业。所述安全开关2-11为单向阀。如果出现未起爆的情况，在装置上提过程中，随着井液压力的减小及在弹簧反弹力的作用下，安全本体组件被逐渐回复到初始状态，即开关2-11关闭，阻断了触点式磁电雷管2-1起爆传爆管7的通路，此时，即使触点式磁电雷管2-1发生意外起爆，也不会起爆后续的序列而造成意外人员伤害或严重损失。

实施例3：本实用新型的保养与重复使用。

该装置完成起爆任务后，通常需要对该装置进行保养为下次重复使用做准备。先拆卸掉定位器4和射孔枪5。再拔下装置中的快速插线3，再将连线接头1与安全起爆接头2拧开。清理连线接头1内外油污(尤其是插针表面)。将安全起爆接头2夹在台钳上，先将阻爆传爆控制器压帽2-7拧下，然后将已炸坏的阻爆传爆控制器2-8取出。将安全本体拔出，拧下雷管压帽2-6，拔出已发火的雷管残件；最后对从安全起爆接头2中取出的所有待重复使用的各零部件(安全起爆接头本体、安全本体、弹簧、雷管压帽、阻爆传爆控制器压帽、活塞式插针等)进行清理干净(尤其是活塞式插针)。再次重复使用参照实施例1相关部分内容进行重新装配即可。

Claims (8)

1.一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，包括连线接头组件(1)、安全起爆接头组件(2)和快速插线(3)；所述连线接头组件(1)包括连线接头本体(1-3)、导电杆(1-4)、第一活塞式插针(1-1)、和固定结构；所述连线接头本体(1-3)和安全起爆接头本体(2-3)均为柱状体，内部为变阶状通孔，连线接头本体(1-3)和安全起爆接头本体(2-3)相互连接；连线接头本体(1-3)内依次设有导电杆(1-4)、杆式插针(1-2)和第一活塞式插针(1-1)；导电杆(1-4)和杆式插针(1-2)一端螺纹连接，杆式插针(1-2)另一端和第一活塞式插针(1-1)尾端连接；杆式插针(1-2)、导电杆(1-4)和第一活塞式插针(1-1)与连线接头本体(1-3)内壁之间通过固定组件进行固定，固定组件和连线接头本体(1-3)内壁之间通过密封圈进行密封；安全起爆接头组件(2)包括安全起爆接头本体(2-3)、第二活塞式插针(2-2)、阻爆传爆控制器(2-8)、安全开关(2-11)、安全本体(2-4)、弹簧(2-5)和触点式磁电雷管(2-1)；安全起爆接头本体(2-3)腔体内依次设有第二活塞式插针(2-2)、触点式磁电雷管(2-1)和阻爆传爆控制器(2-8)，且三者之间相互连接；触点式磁电雷管(2-1)一端为独脚插针(2-1-1)，阻爆传爆控制器(2-8)内部为阶梯状通孔，通孔内设有安全开关(2-11)；第二活塞式插针(2-2)针头端露出安全起爆接头本体(2-3)腔体外，位于连线接头本体(1-3)腔体内，且与连线接头本体(1-3)腔体内的针头端相对，两个针头端之间通过插线连接；第二活塞式插针(2-2)尾端与触点式磁电雷管(2-1)插针端触点式连接，雷管尾端与安全开关(2-11)相连；第二活塞式插针(2-2)和触点式磁电雷管(2-1)外部设有安全本体，且弹簧套在安全本体上。

2.如权利要求1所述的一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，所述固定组件包括绝缘座(1-5)和插针座(1-6)，插针座(1-6)外壁为阶梯状，和连线接头本体(1-3)内壁螺纹连接，内部设有阶梯状通孔，绝缘座(1-5)位于插针座(1-6)内腔且为螺纹连接。

3.如权利要求1或2所述的一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，导电杆(1-4)与绝缘座(1-5)螺纹连接，绝缘座(1-5)与插针座(1-6)螺纹连接，第一活塞式插针(1-1)与插针座(1-6)连接并通过密封圈进行密封，插针座(1-6)与连线接头本体(1-3)螺纹连接并通过密封圈进行密封。

4.如权利要求1所述的一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，所述安全本体(2-4)为柱状体，外壁为阶梯状，置于安全起爆接头本体(2-3)内壁，内部设有阶梯状通孔；第二活塞式插针(2-2)尾端插入阶梯状通孔内，与触点式磁电雷管(2-1)插针端相互连接。

5.如权利要求1所述的一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，所述触点式磁电雷管(2-1)包括独脚插针(2-1-1)、安全元件(2-1-2)、连接管(2-1-3)、电雷管(2-1-5)和封装剂(2-1-4)；独脚插针(2-1-1)与连接管(2-1-3)过盈配合；安全元件(2-1-2)位于连接管(2-1-3)中部，电雷管(2-1-5)位于连接管(2-1-3)底部；安全元件(2-1-2)两端的脚线分别与独脚插针(2-1-1)和电雷管(2-1-5)相连接；连接管(2-1-3)内填充封装剂(2-1-4)。

6.如权利要求5所述的一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，所述电雷管(2-1-5)内的总装药量为0.6g-1.0g。

7.如权利要求1所述的一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，所述触点式磁电雷管(2-1)置于安全本体(2-4)内，并通过雷管压帽(2-6)进行固定。

8.如权利要求1所述的一种油气井用电缆安全起爆装置，其特征在于，所述阻爆传爆控制器(2-8)通过阻爆传爆控制器压帽(2-7)与安全起爆接头本体(2-3)内壁之间进行固定。