CN101358519B - 一种提环式芯管连接高能气体压裂弹 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提环式芯管连接高能气体压裂弹，它由电缆接头组件、下提环组件、点燃主装药、夹层用芯管、主装药组件等部件组成，该压裂弹还装有防烧杆件，防烧杆件与电缆接头组件和下提环组件采用提环式连接，防烧杆件可由一个或多个防烧杆连接而成，防烧是用￠6～14的钢筋弯制而成形，防烧杆两端的提环之间一定长度的两根钢筋是靠紧的，并焊接成一体，防烧杆上焊接多个护套，高温线从护套的内孔穿过，护套为长度5毫米的钢管，每个防烧杆上焊有5～6个护套。该压裂弹具有材料价格低廉、工艺简单；使用安全可靠、操作方便快捷；压裂效果好，可在多层次多部位产生裂缝等优点；增产增注效果十分显著。

Description

一种提环式芯管连接高能气体压裂弹

技术领域

本发明提供一种高能气体压裂弹，特别是一种提环式芯管连接高能气体压裂弹，属于石油开采技术领域。

背景技术

在石油开采中，提高低渗透性、低孔隙度油气产量的有效措施是实施压裂，改善油层的渗透性，降低油流阻力，从而达到增产的目的。

60年代初，美国、原苏联等国家广泛采用高能气体压裂技术，成功研制了高能气体压裂弹的系列产品，我国目前也成功研制出多种型号的高能气体压裂弹，并广泛应用于大庆、辽河、新疆、延长等油田，实践证明高能气体压裂弹增产增注效果十分显著。但是高能气体压裂弹还普遍存在着燃烧后产生的高温高压气体严重烧蚀电缆，使电缆变脆断裂，因为电缆承载着整个压裂弹重量，所以造成掉弹事故；在使用电雷管起爆时，在施工过程中经常造成已经连接好的雷管导线折断，造成返工；在夹层段连接点燃主装药，一定程度上造成了浪费等缺陷。

发明内容

本发明提供一种用于低渗透性、低孔隙度油气层开采的提环式芯管连接高能气体压裂弹，该压裂弹采用的防烧杆组件，加大了点燃主装药与承载电缆的距离，很好地解决了压裂弹燃烧时产生的高温、高压气体严重烧蚀电缆的问题；电雷管的导线采用圆形芯棒的端面与弹簧压紧连接，保证了连接的安全可靠；采用在夹层段利用芯管传火的结构，有效地提高火药的利用率；该压裂弹利用点燃主装药和主装药这两种装药点燃的时间差达到延长维持峰值压力的持续时间，实现二次增效的。

技术方案

本发明由电缆接头组件、防烧杆组件、下提环组件、点燃主装药组件、夹层用芯管组件和主装药等部件组成。

压裂弹用电雷管起爆，电缆接头与雷管是通过耐高温导线连接，为了防止压裂弹的火药燃烧气体对电缆的烧蚀，在电缆接头与下提环组件间连接防烧杆，防烧杆设计为固定长度，可根据实际井况连接一个或多个防烧杆；在防烧杆上焊有多个护套，导线从护套内穿过，可避免导线在下井过程中因碰撞而损伤；电缆接头与防烧杆、防烧杆与防烧杆、防烧杆与下提环组件之间为提环式连接，用连接螺栓、螺母连接后，在螺栓的螺纹头部的通孔中穿入销钉固定，防止连接脱扣。

下提环组件由密封塞、端盖、压盖、绝缘垫圈、弹簧、壳体、接地螺钉、雷管、导爆索、扶正器及转换接头组成。

绝缘垫圈为阶梯形圆柱体，内孔加工成一阶梯形通孔，弹簧置入阶梯通孔中阶梯上，置入后的弹簧要高出阶梯通孔端面2毫米左右，绝缘垫圈起导电体弹簧与壳体绝缘的作用；密封塞是一个铜质带有多个环形凸起的圆芯棒，圆芯棒外表面浇铸橡胶，圆芯棒的一端加工一径向通孔，用来穿入连接高温导线，连接处用高压防水胶布缠牢，防止短路；另一端为变径圆形的端面，用该端面压住阶梯通孔中的弹簧，使弹簧成压缩状态，保证芯棒的下端面与弹簧的接触良好；密封塞中的圆芯棒起导电作用，芯棒外压铸的橡胶起密封燃烧气体及导电的芯棒与壳体的绝缘作用；雷管的一根导线从阶梯通孔中穿入与弹簧缠绕连接，另一根导线用接地螺钉固定在转换接头上，构成回路；雷管与导爆索连接，雷管起爆后使导爆索引爆，导爆索的长度不超过点燃主装药的上端面。

在下提环组件与转换接头连接处装有扶正器，起定心作用，防止在下井过程中药柱与套管磨擦而碰伤。

在开采中的地层分产层和夹层，该压裂弹对于夹层段采用芯管连接，该芯管内只放入一定数量的点火药柱，只起传火作用；而对于产层段则采用芯管外面紧固一定厚度的点燃主装药，当芯管中的点火药柱点燃后，产生的高温把芯管外紧固的点燃主装药点燃，形成高温高压气体；点燃主装药下面再通过杆件固定主装药，主装药药柱被加工成多个环形凹槽，使药柱轴向和径向的燃烧肉厚相等，既增加药柱的起始燃烧面积，又能使药柱同时燃尽；主装药的头部装有导向胶圈，既可保护主装药的药柱在下井过程中不被碰撞损坏，又与扶正器同时起定心作用。

该压裂弹就是利用点燃主装药和主装药这两种装药点燃的时间差达到延长维持峰值压力的持续时间，实现二次增效的目的。

该压裂弹的防烧杆、点燃主装药、夹层用芯管和主装药柱都是固定长度，根据需要，它们可以连接上一个或者多个；在实际的开采中，地层状况已经勘探清楚，上述组件可以随意变换连接，使开采更加理想。

该压裂弹具有材料价格低廉、加工工艺简单；使用安全可靠、操作方便快捷，携带方便、运输安全；压裂效果好，可在多层次多部位产生裂缝等优点；增产增注效果十分显著；并很好地解决上述缺陷。

附图说明

下面结合附图和具体实例对本发明进一步说明

图1.提环式芯管连接多用途高能气体压裂弹结构

图2.电缆接头结构

图3.防烧杆件结构

图4.下提环组件结构

图5.点燃主装药结构

图6.夹层用芯管结构

图7.主装药结构

图8.密封、绝缘结构

图9.连接螺栓、螺母、销钉结构

具体实施方式

提环式芯管连接高能气体压裂弹如图1所示，它主要由电缆接头组件1，防烧杆件2，下提环组件3，点燃主装药组件4，夹层用芯管组件5，主装药组件6等组成。

如图2、图4所示，电缆接头的一端加工出螺纹11，可直接与电缆输送用的马龙头螺纹连接，电缆接头的另一端和下提环组件的端盖沿轴向对称洗出两个有一定深度的圆孔，把弯制好的提环13开端的两个钢筋头部14插入圆孔中，并焊接固定；如图2、3、4所示，电缆接头的提环、下提环组件的提环和防烧杆是用￠6～14的钢筋弯制而成，环部以外两根钢筋靠近段焊成一体，并在防烧杆上焊接多个护套，护套用5mm长的￠10的钢管加工而成，高温线从护套的内孔穿过，避免了下井过程中高温线因碰撞被损伤而短路。

下提环组件结构如图4，由提环30、密封塞33、端盖31、压盖32、绝缘垫圈35、弹簧34、壳体36、接地螺钉38、雷管37、导爆索312、扶正器310及转换接头311等构成。

如图4，图8所示，绝缘垫圈35为阶梯形圆柱体，材料选用具有绝缘作用的酚醛棉布层压布棒经机械加工而成，装在壳体36上端，绝缘垫圈内孔加工成一阶梯形通孔，弹簧34置入阶梯通孔中的阶梯上，置入后的弹簧要高出阶梯通孔端面2毫米左右，绝缘垫圈对导电体弹簧与壳体起绝缘作用；密封塞33的导电芯棒313由圆形铜棒经机械加工面成，导电芯棒加工出多个环形凸起314，在导电芯棒外表面浇铸橡胶，环形凸起可加固橡胶与导电芯棒的连接，导电芯棒的一端加工一径向通孔316，用来穿入连接高温导线，并在连接处用高压防水胶布包覆缠牢，防止短路；另一端为变径圆形的端面，用该端面压住阶梯通孔中的弹簧34，使弹簧成压缩状态，保证芯棒的下端面与弹簧的接触良好；该密封塞的导电芯棒起导电作用，压铸的橡胶起密封燃烧药柱及导电芯棒与壳体的绝缘作用；雷管的一根导线从阶梯通孔中穿入与弹簧缠绕连接，另一根导线用接地螺钉38固定在转换接头311上，构成回路；雷管37与导爆索连接，雷管与导爆索的连接端有一个圆柱形空腔，把导爆索插入空腔一定的深度后，把空腔的头部卡紧，确保雷管与导爆索的可靠连接，雷管起爆后使导爆索引爆，导爆索的长度不超过点燃主装药的上端面，因为导爆索超过点燃主装药的上端面时，当导爆索引爆后，会使芯管头薄壁管部分被导爆索炸断，造成事故。

如图4所示，压盖32与壳体36采用螺纹连接，并用端盖31将密封塞33压紧，与密封塞33配合的压盖32内孔加工出一定的锥度；密封塞33芯轴外表面浇铸的橡胶具有一定的锥度，两个斜面压紧配合，保证了密封可靠。壳体36与转换接头311连接，并通过转换接头上的密封圈39密封。

雷管的连接如图4，雷管37的地线直接与转换接头311利用螺钉连接，火线与弹簧连接。雷管37的另一端与导爆索312紧配合连接，当接通电源后，雷管37起爆，同时将导爆索312引爆，二者产生的高温、高压气体将芯管内的点火药柱引燃，继而将整个点燃主装药点燃。

如图5所示，点燃主装药为芯管式压裂弹，芯管外面紧固一定厚度的点燃主装药52，芯管压裂弹55与芯管头51螺纹连接，芯管头与上提环也是螺纹连接，芯管55内装点火药柱54，多个压裂弹之间的连接用连接件53连接。

如图6，夹层用芯管61内装填点火药柱62，起传火作用，夹层用芯管之间的连接与上述的多个压裂弹的连接方式相同。

如图7所示，主装药结构采用药柱上加工多个环形凹槽，使药柱的轴向和径向燃烧肉厚相同，既增加了起始燃烧面积，又提高了燃烧的瞬发性，在该压裂弹的主装药下端装有导向胶圈76，防止主装药柱在下井过程中被碰撞而损坏，该导向胶圈与扶正器一起对压裂弹起定心作用，使整个压裂弹下井顺利。

如图9所示，该压裂弹的所有提环式连接和主装药的连接均采用连接螺栓、螺母连接，并用销钉固定，防止脱扣。

如图4、图7、图8所示，扶正器310、密封塞33、导向胶圈76的材料均为橡胶。

Claims (5)

1.一种提环式芯管连接高能气体压裂弹，包括电缆接头组件[1]、下提环组件[3]、点燃主装药组件[4]、夹层用芯管组件[5]、主装药组件[6]，其特征在于：在电缆接头组件[1]和下提环组件[3]之间装有防烧杆件[2]，防烧杆件[2]与电缆接头组件[1]和下提环组件[3]采用提环式连接，防烧杆件[2]可由一个或多个防烧杆[22]连接而成，防烧杆[22]是用￠6～14的钢筋弯制而成形，防烧杆两端的提环之间一定长度的两根钢筋是靠紧的，并焊接成一体，防烧杆[22]上焊接多个护套[21]，高温线从护套[21]的孔中穿过，护套[21]为长度5毫米的钢管，所述的下提环组件[3]由提环[30]、端盖[31]、压盖[32]、密封塞[33]、弹簧[34]、绝缘垫圈[35]、壳体[36]、雷管[37]、接地螺钉[38]、密封圈[39]、扶正器[310]、转换接头[311]及导爆索[312]组成；绝缘垫圈[35]为阶梯形圆柱体，内孔是一阶梯形通孔，弹簧[34]置入阶梯通孔中，置入后弹簧要高出阶梯通孔端面2毫米左右，密封塞[33]是一个铜质带有环形凸起的圆芯棒[313]，圆芯棒外表面浇铸橡胶成型，圆芯棒的一端加工一通孔[316]，穿入高温线，另一端为变径圆形端面[315]，该端面压住弹簧[34]，使弹簧成压缩状态，雷管[37]的一根导线与弹簧缠绕连接，另一根导线用接地螺钉[38]固定在转换接头[311]上，雷管[37]与导爆索[312]连接，导爆索的长度不超过点燃主装药的上端面，电缆接头组件的提环[13]与防烧杆[22]和下提环[30]用连接螺栓[71]、螺母[72]连接，并在连接螺栓[71]的螺纹头部加工圆的通孔，在通孔中穿入销钉[73]防止脱扣。

2.根据权利要求1所述的一种提环式芯管连接高能气体压裂弹，其特征是在电缆接头组件[1]的口部加工出螺纹[11]，与电缆输送用的马龙头螺纹连接，提环[13]与电缆接头口部焊接。

3.根据权利要求1所述的一种提环式芯管连接高能气体压裂弹，其特征在于夹层用芯管[61]内装点火药柱[62]，夹层用芯管[61]为固定长度，可连接一个或多个芯管。

4.根据权利要求1所述的一种提环式芯管连接高能气体压裂弹，其特征是在下提环组件与转换接头的连接处装有扶正器，扶正器的材料为橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种提环式芯管连接高能气体压裂弹，其特征在于所述的绝缘垫圈[35]采用酚醛棉布层压布棒加工而成。

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