油管輸送射孔電能安全引爆系統的製作方法

2023-04-28 08:40:21 2

專利名稱：油管輸送射孔電能安全引爆系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種石油工業射孔技術，特別涉及一種油管輸送射孔電能安全引爆系統。
二、 背景技術-
國內外油管輸送射孔普遍採用投棒或加液壓的方式引發射孔槍的火工品起爆，而實 現射孔目的。以往的油管(鑽杆)輸送射孔起爆器有機械撞擊式起爆器、壓力激髮式起 爆器、延時式壓力起爆器幾種。機械撞擊式起爆器可分為防砂起爆器、雙效起爆器、密 封式起爆器等幾種。是利用一個金屬棒在油管內自由下落產生的動能，推動下部起爆器 的撞針，使活塞下滑，撞擊火帽(雷管、起爆器)起爆，從而完成射孔。其弊端是由於 雜物過多或油內出砂嚴重，堆集在起爆器上方，使金屬棒無法下落撞擊火工件，不能實 現射孔；對於出砂嚴重的井，砂粒將起爆器埋掉，金屬棒下落時一起被埋掉，進行打撈 時， 一旦打撈失敗，延時上起油管，在起油管過程中，由於油管震動或頓鑽，砂粒漸漸 減少，金屬棒下行，進而引爆射孔器，造成誤射孔或者井口爆炸，造成一定的經濟損失， 施工人員的人身安全亦無法保證。
壓力激髮式起爆器可分為雙效式起爆器、開孔式複合起爆器、槍尾壓力起爆器等幾 種起爆器。是利用井液壓力推動活塞，剪斷安全銷，活塞繼續向下滑動，驅動撞針，切 斷安全銷，撞針向下運動撞擊火帽，火帽發火引爆射孔器，實現射孔。起弊端是可利用 的起爆器種類多，使用的火工件型號多，易造成混亂；結構比較複雜，運輸時分開儲存， 施工時易引起組裝失誤，造成無法起爆；常溫和高溫起爆器外型不易分辨，銷釘設計壓 力值不一樣，不利於發放， 一旦發放錯誤，容易造成誤射孔；根據井深設定壓力值時， 起爆器的銷釘易滑落，不易察覺， 一旦用於施工，造成不可預測的後果；此類起爆器組 裝時，火工件比較敏感， 一旦出現差錯，會在地面爆炸，造成人員的傷亡。
延時式壓力起爆器是在普通起爆器的基礎上，增加了一延時筒和輔助部件。起爆器 起爆的同時，引燃上點火管，延時藥燃燒，延時5—10分鐘後，再將下點火管引燃，下 點火管將點火藥引燃，點火藥將雷管引爆，從而激發傳爆器，引爆射孔器，實現射孔。 其弊端與壓力激髮式起爆器的弊端一致。
綜上所述，生產使用的火工品數量及種類多，成本高，施工人員的安全風險大。
三
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種結構簡單、安全可靠、 製造成本低的油管輸送射孔電能安全引爆系統。
其技術方案是主要由一級或一級以上的射孔器組成，每一級射孔器由電源棒、壓 控通斷器、壓控起爆器、夾層增壓裝置和直線發電機組成，所述的電源棒為一個獨立個體，所述的壓控通斷器、壓控起爆器、夾層增壓裝置和直線發電機組裝為一個整體，其 中，壓控起爆器裝在壓控通斷器下端的射孔槍內，壓控通斷器的下端與夾層增壓裝置活 動連接；夾層增壓裝置的下端與直線發電機活動連接，利用電源棒中的電源，將壓控通 斷器與壓控起爆器接通，引爆一級射孔器， 一級射孔器引爆生產物產生的壓力傳送給夾 層增壓裝置，推動直線發電機運動發電，將下一級射孔器引爆。
其中，電源棒主要由外殼、護帽和腔體組成，護帽上設有與外界相通的孔，並與外 殼的頂端活動連接，外殼的下端活動連接腔體；所述的外殼內裝有彈片、活塞插頭、彈 簧、電阻和電源，所述的彈片頂在活塞插頭的頂端，活塞插頭的底端套有彈簧，並用絕 緣墊隔開，電阻上設有插座以便與導電插頭連通，並與電源由導線連通；所述的外殼下 端內部裝有導電插座與絕緣體，絕緣體與腔體設有通孔，與外界相通。
上述的電源採用電容式、磁電式、渦輪發電式、壓電晶體式或電池(DC)。
其中，壓控通斷器包括導電插頭、活塞、彈簧、絕緣墊、壓控起爆器和射孔槍，射 孔槍內裝有壓控起爆器，壓控起爆器的上端空腔內設有導電插頭、活塞、彈簧和絕緣墊， 導電插頭通過絕緣墊與射孔槍絕緣，活塞內裝有彈簧，彈簧一端頂在活塞的內壁，另一 端頂在射孔槍的臺階上。
上述的導電插頭呈三稜型。
其中的壓控起爆器包括短路片、彈簧、外殼、導線、橋絲，外殼上端開有孔，使壓 控通斷器的導電插頭可通過，內部裝有短路片，短路片通過彈簧頂在外殼上，通過導線 將彈簧與外殼內腔的橋絲連通，橋絲通過導線與外殼短路，這樣橋絲處於金屬殼體的全 封閉狀態。
上述的外殼的中間設有孔，絕緣體裝在孔內，絕緣體中間設有小孔，穿過絕緣體的 導線將彈簧與外殼內腔的橋絲連通。
其中的夾層增壓裝置包括活塞杆、增壓頭和夾層槍，夾層槍的上端通過與上一級射 孔槍活動連接，下端通過與直線發電機活動連接，活塞杆的一端與上一級射孔槍緊密連 接，另一端與增壓頭連接，夾層槍上設有多個與外界連通的通孔。
其中的直線發電機包括傳壓杆、剪切銷、線圈、磁鋼、殼體、絕緣體和導線，所述 的傳壓杆內部設有裝剪切銷的孔，下端纏有線圈，中間通過密封圈與殼體的內腔緊密連 接，線圈引出導線，將電能引到下一個裝置；殼體的內腔裝有磁鋼，線圈可以在磁鋼內 相對運動切割磁力線，產生電能。
本發明的有益效果是利用電能安全引爆井下的射孔器，減少火工品使用的數量及 種類，可省去油管輸送射孔中的安全槍，確保地面施工人員的安全，並具有簡便、可靠、 安全、可重複使用。
四

附圖1是本發明的電源棒的結構示意圖；附圖2是本發明的壓控通斷器的結構示意圖； 附圖3是本發明的壓控起爆器的結構示意圖； 附圖4是本發明的夾層增壓裝置的結構示意圖； 附圖5是本發明的直線發電機的結構示意附圖6是本發明的壓控通斷器、壓控起爆器、夾層增壓裝置和直線發電機組成一體 的結構示意其中圖1中護帽al、彈片a2、活塞插頭a3、彈簧a4、電阻a5、電源a6、外 殼a7、導電插座a8、絕緣體a9、腔體a10、絕緣墊all;
圖2:導電插頭bl、活塞b2、彈簧b3、絕緣墊b4、壓控起爆器c和射孔槍b6;
圖3:短路片cl、彈簧c2、絕緣體c3、外殼c4、導線c5、橋絲c6、裝藥體c7;
圖4:活塞杆dl、增壓頭d2、夾層槍d3、通孔d4和密封圈d5;
圖5:傳壓杆el、剪切銷e2、線圈e3、磁鋼e4、殼體e5、絕緣體e6和導線e7、活 塞杆ell、增壓頭el2、夾層槍el3、通孔el4和殼體el5;
圖6:電源棒(a)、壓控通斷器(b)、壓控起爆器(c)、夾層增壓裝置(d)和直線 發電機(e)、下一級射孔器(f);。
五具體實施方式
-
參照附圖6，對本發明作進一步的描述，其技術方案是主要由一級或一級以上的 射孔器組成，每一級射孔器由電源棒a、壓控通斷器b、壓控起爆器c、夾層增壓裝置d 和直線發電機e組成，所述的電源棒a為一個獨立個體，所述的壓控通斷器b、壓控起爆 器c、夾層增壓裝置d和直線發電機e組裝為一個整體，其中，壓控起爆器c裝在壓控通 斷器b下端的射孔槍內，壓控通斷器b的下端與夾層增壓裝置d活動連接；夾層增壓裝 置d的下端與直線發電機e活動連接，利用電源棒a中的電源，將壓控通斷器與壓控起 爆器接通，引爆一級射孔器， 一級射孔器引爆生產物產生的壓力傳送給夾層增壓裝置d， 推動直線發電機運動e發電，將下一級射孔器f引爆。
參照附圖l，所述的電源棒a主要由外殼a7、護帽al和腔體alO組成，護帽上設有 與外界相通的孔，並與外殼a7的頂端活動連接，外殼的下端活動連接腔體al0;所述的 外殼a7內裝有彈片a2、活塞插頭a3、彈簧a4、電阻a5和電源a6，所述的彈片a2頂在 活塞插頭a3的頂端，活塞插頭a3的底端套有彈簧a4，並用絕緣墊all隔開，電阻a5上 設有插座以便與導電插頭連通，並與電源a6由導線連通；所述的外殼a7下端內部裝有 導電插座a8與絕緣體a9,絕緣體a9與腔體a10設有通孔，與外界相通。
所述的電源6採用電容式、磁電式、渦輪發電式、壓電晶體式或電池DC。 另外，活塞插頭a3與外殼內腔之間設有密封圈，活塞插頭a3與外殼內腔、護帽al 組成的密閉空間通過護帽上設有孔與外界相通，在外界壓力大於內部壓力時，彈片推動導電插頭壓縮彈簧，彈簧壓縮到設定的程度時，導電插頭與電阻接通，電源開始自毀式 放電；當射孔完畢後，射孔器上提，在外界壓力小於內部壓力時，彈簧開始彈起，活塞 插頭和電阻斷開，放電結束，防止漏電的發生，保護地面施工人員。
另外，上述的活塞插頭a3的主體為柱形，底端設有較細的錐形插頭與電阻a5上的 插座配合；所述的外殼a7的內腔設有臺階，阻止活塞插頭的柱形主體繼續下行。
其工作過程是在直井、大斜度井、水平井射孔施工時，將投棒式電源棒的電源蓄滿 電能，投入油管內，在電源棒的下滑過程中，當到達一定深度以後，在井液壓力的作用 下，彈片推動導電插頭壓縮彈簧，彈簧壓縮到設定的程度時，導電插頭與電阻接通，電 源開始自毀式放電。當電源棒下滑到設定層位後，導電插座與下部壓控通斷器的導電插 頭導通，電源開始向下部供電，從而引爆射孔器。當射孔完畢後，射孔器上提，在外界 壓力小於內部壓力時，彈簧開始彈起，活塞插頭和電阻斷開，放電結束，防止漏電的發 生，保護地面施工人員。
參照附圖2，壓控通斷器b包括導電插頭bl、活塞b2、彈簧b3、絕緣墊b4、壓控起 爆器c和射孔槍b6，射孔槍b6內裝有壓控起爆器，壓控起爆器的上端空腔內設有導電插 頭bl、活塞b2、彈簧b3和絕緣墊b4，導電插頭bl通過絕緣墊b4與射孔槍絕緣，活塞 b2內裝有彈簧b3，彈簧b3—端頂在活塞b2的內壁，另一端頂在射孔槍b6的臺階上。
其中，導電插頭bl呈三稜型，可以保證充分導通。
其工作原理和過程如下射孔器下放到油管內一定深度以後，在井液壓力的作用下， 活塞帶動導電插頭向下滑動，導電插頭與壓控起爆器接通，當由井口投放的電源棒到達 設定層位時與導電插頭接通，電源開始向壓控起爆器供電，引爆射孔器。當射孔完畢射 孔器上提後，外界壓力小於設定壓力時，在彈簧的彈力作用下，導電插頭與壓控起爆器 分離，這樣可以避免未起爆的射孔器在地面發生意外爆炸，確保地面施工人員的安全。
參照附圖3，所述的壓控起爆器c包括短路片cl、彈簧c2、外殼c4、導線c5、橋絲 c6，外殼c4上端開有孔，使壓控通斷器的導電插頭可通過，內部裝有短路片cl，短路片 cl通過彈簧c2頂在外殼c4上，外殼c4的中間設有孔，絕緣體c3裝在孔內，絕緣體c3 中間設有小孔，穿過絕緣體c3的導線c5將彈簧c2與外殼內腔的橋絲c6連通，橋絲c6 通過導線與外殼c4短路，這樣橋絲c6處於金屬殼體的全封閉狀態；外殼c4內的橋絲c6 的下方設有裝藥體c7。
所述的外殼c4的中間設有孔，絕緣體c3裝在孔內，絕緣體c3中間設有小孔，穿過 絕緣體c3的導線c5將彈簧c2與外殼內腔的橋絲c6連通。
其工作過程和原理如下
當壓控通斷器的導電插頭頂到短路片時，短路片壓縮彈簧，短路片與外殼斷開，來 自電源棒的電源與橋絲構成迴路，開始向橋絲供電，引爆射孔器。當射孔器因故不能引 爆，需要把射孔器提升到地面時，隨著井液壓力的減小，彈簧在彈力的作用下又通過短路片與外殼接通，橋絲短路，保證了橋絲又處於金屬殼體的全封閉狀態，消除了由於雜 散電流、靜電、射頻感應等素因引起的射孔器誤爆的可能性，保護地面施工人員的安全。
參照附圖4，所述的夾層增壓裝置d包括活塞杆dl、增壓頭d2和夾層槍d3，夾層槍 d3的上端通過與上一級射孔槍活動連接，下端通過與直線發電機活動連接，活塞杆dl 的一端通過密封圈d5與上一級射孔槍緊密連接，另一端與增壓頭d3連接，夾層槍d3上 設有多個與外界連通的通孔d4。
其工作原理是利用一級射孔器內的爆轟壓力定向洩放到夾層槍內，和擴大衝擊加 載的受力面積，可靠啟動直線發電機運行，確保產生的電能引爆下一級射孔器，實現射 孔的目的。
參照附圖5，所述的直線發電機e包括傳壓杆el、剪切銷e2、線圈e3、磁鋼e4、殼 體e5、絕緣體e6和導線e7，所述的傳壓杆el內部設有裝剪切銷e2的孔，下端纏有線圈 e3，中間通過密封圈與殼體e5的內腔緊密連接，線圈e3引出導線e7，將電能引到下一 個裝置；殼體e5的內腔裝有磁鋼e4，線圈e3可以在磁鋼e4內相對運動切割磁力線，產 生電能。當然，也可以將線圈3與磁鋼4互換，其他方案不變，也可以達到同樣的發電 效果。
其工作原理是利用一級射孔器內的爆轟壓力定向洩放到夾層槍內，和擴大衝擊加 載的受力面積，可靠啟動直線發電機運行，確保產生的電能引爆下一級射孔器，實現射 孔的目的。
上述系統不僅可以適用於油管輸送射孔(TCP)技術，同時也配合適用於電纜輸送 射孔。
上述實施例的具體使用方法和過程如下
一、 大斜度井(井眼斜度一般不大於50度)油管輸送射孔時，在井液壓力下壓控通
斷器的導電插頭與壓控起爆器接通，當射孔器到達油井設定層位後，將投棒式電源棒的 電源蓄滿電能，投入油管內，在電源棒的下滑過程中，當到達一定深度以後，在井液壓 力的作用下，
彈片推動導電插頭壓縮彈簧，彈簧壓縮到設定的程度時，導電插頭與電阻接通，電 源開始自毀式放電。當電源棒下滑到設定層位後，導電插座與下部壓控通斷器的導電插 頭導通，電源開始向下部供電，從而引爆射孔器。當射孔完畢後，射孔器上提，在外界 壓力小於內部壓力時，彈簧開始彈起，活塞插頭和電阻斷開，放電結束，防止漏電的發 生。同時，壓控通斷器提到地面以後，內部彈簧也向上彈起，導電插頭與壓控起爆器斷 開，不會引起地面爆炸，均起到保護地面施工人員的作用。
二、 水平井射孔。原理同上，只是將電源棒投入油筒後，同時採用泵壓推動力將電 源棒推進到預定層位並與壓控通斷器接通，引發壓控起爆器起爆，達到第一層(最上端 一層)射孔器射孔的目的。三、 水平井夾層以下的油層射孔器的引爆，是靠上層(第一層)射孔器起爆後，所 產生的爆生產物推動夾層增壓裝置進一步增壓，通過夾層槍內的液柱傳遞給直線發電機, 液柱的壓力，推動傳壓杆下滑，進而切斷剪切銷，使傳壓杆帶著線圈繼續向下滑動，線 圈在磁鋼內相對運動切割磁力線，產生電能，通過導線與下一級射孔器連通，引爆射孔 器，達到射孔的目的。
四、 電纜輸送射孔時，只需要壓控通斷器與壓控起爆器配裝即可。通過電纜與壓控 通斷器接通供電，引發壓控起爆器起爆，達到射孔目的。
權利要求
1.一種油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是主要由一級或一級以上的射孔器組成，每一級射孔器由電源棒(a)、壓控通斷器(b)、壓控起爆器(c)、夾層增壓裝置(d)和直線發電機(e)組成，所述的電源棒(a)為一個獨立個體，所述的壓控通斷器(b)、壓控起爆器(c)、夾層增壓裝置(d)和直線發電機(e)組裝為一個整體，其中，壓控起爆器(c)裝在壓控通斷器(b)下端的射孔槍內，壓控通斷器(b)的下端與夾層增壓裝置(d)活動連接；夾層增壓裝置(d)的下端與直線發電機(e)活動連接，利用電源棒(a)中的電源，將壓控通斷器與壓控起爆器接通，引爆一級射孔器，一級射孔器引爆生產物產生的壓力傳送給夾層增壓裝置(d)，推動直線發電機運動(e)發電，將下一級射孔器(f)引爆。
2、 根據權利要求1所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的 電源棒(a)主要由外殼(a7)、護帽(al)和腔體(a10)組成，護帽上設有與外界 相通的孔，並與外殼(a7)的頂端活動連接，外殼的下端活動連接腔體(al0);所述 的外殼(a7)內裝有彈片(a2)、活塞插頭(a3)、彈簧(a4)、電阻(a5)和電源(a6)， 所述的彈片(a2)頂在活塞插頭(a3)的頂端，活塞插頭(a3)的底端套有彈簧(a4)， 並用絕緣墊(all)隔開，電阻(a5)上設有插座以便與導電插頭連通，並與電源(a6) 由導線連通；所述的外殼(a7)下端內部裝有導電插座(a8)與絕緣體(a9)，絕緣 體(a9)與腔體(a10)設有通孔，與外界相通。
3、 根據權利要求2所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的 電源(6)採用電容式、磁電式、渦輪發電式、壓電晶體式或電池(DC)。
4、 根據權利要求1所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的壓控 通斷器(b)包括導電插頭(bl)、活塞(b2)、彈簧(b3)、絕緣墊(b4)、壓控起爆器(c) 和射孔槍(b6)，射孔槍(b6)內裝有壓控起爆器，壓控起爆器的上端空腔內設有導電插 頭(bl)、活塞(b2)、彈簧(b3)和絕緣墊(b4)，導電插頭(bl)通過絕緣墊(b4)與 射孔槍絕緣，活塞(b2)內裝有彈簧(b3)，彈簧(b3) —端頂在活塞(b2)的內壁，另 一端頂在射孔槍(b6)的臺階上。
5、 根據權利要求4所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的導電 插頭(bl)呈三稜型。
6、 根據權利要求1所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的壓控 起爆器(c)包括短路片(cl)、彈簧(c2)、外殼(c4)、導線(c5)、橋絲(c6)，外殼(c4) 上端開有孔，使壓控通斷器的導電插頭可通過，內部裝有短路片(cl),短路片(cl)通 過彈簧(c2)頂在外殼(c4)上，通過導線(c5)將彈簧(c2)與外殼內腔的橋絲(c6) 連通，橋絲(c6)通過導線與外殼(c4)短路，這樣橋絲(c6)處於金屬殼體的全封閉 狀態。
7、 根據權利要求6所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的外殼(c4)的中間設有孔，絕緣體(c3)裝在孔內，絕緣體(c3)中間設有小孔，穿過絕緣 體(c3)的導線(c5)將彈簧(c2)與外殼內腔的橋絲(c6)連通。
8、 根據權利要求1所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的夾層 增壓裝置(d)包括活塞杆(dl)、增壓頭(d2)和夾層槍(d3)，夾層槍(d3)的上端通 過與上一級射孔槍活動連接，下端通過與直線發電機活動連接，活塞杆(dl)的一端與 上一級射孔槍緊密連接，另一端與增壓頭(d3)連接，夾層槍(d3)上設有多個與外界 連通的通孔(d4)。
9、 根據權利要求1所述的油管輸送射孔電能安全引爆系統，其特徵是所述的直線 發電機(e)包括傳壓杆(el)、剪切銷(e2)、線圈(e3)、磁鋼(e4)、殼體(e5)、絕緣 體(e6)和導線(e7)，所述的傳壓杆(el)內部設有裝剪切銷(e2)的孔，下端纏有線 圈(e3)，中間通過密封圈與殼體(e5)的內腔緊密連接，線圈(e3)引出導線(e7)， 將電能引到下一個裝置；殼體(e5)的內腔裝有磁鋼(e4)，線圈(e3)可以在磁鋼(e4) 內相對運動切割磁力線，產生電能。
全文摘要
本發明涉及一種石油工業的油管輸送射孔電能安全引爆系統。其技術方案是主要由一級或一級以上的射孔器組成，每一級射孔器由電源棒、壓控通斷器、壓控起爆器、夾層增壓裝置和直線發電機組成，所述的壓控通斷器、壓控起爆器、夾層增壓裝置和直線發電機組裝為一個整體，其中，壓控起爆器裝在壓控通斷器下端的射孔槍內，壓控通斷器的下端與夾層增壓裝置活動連接；夾層增壓裝置的下端與直線發電機活動連接，有益效果是利用電源棒中的電源，將壓控通斷器與壓控起爆器接通，引爆一級射孔器，產生的壓力傳送給夾層增壓裝置，推動直線發電機運動發電，將下一級射孔器引爆，確保地面施工人員的安全，並且簡便、可靠、安全、可重複使用。
文檔編號E21B43/11GK101302928SQ200810138308
公開日2008年11月12日 申請日期2008年7月8日 優先權日2008年7月8日
發明者楊連妙, 王志信, 董經利 申請人:中國石化集團勝利石油管理局測井公司;勝利油田射孔學會