CN110671081B - 一种水平井用射孔枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水平井用射孔枪，属于石油勘探设备技术领域，本发明的装置包括：枪身，枪身为圆柱管状，且表面布设有与射孔弹位置对应的预设孔，枪身首尾段分别对应安装枪头和枪尾，弹架，弹架两端部通过定位环固定在枪身内，且弹架中心线与枪身中心线重合设置，弹架上排放射孔弹，传爆管，设于枪身的枪头处，且传爆管连接导爆索，定位环包括环体，环体上设有与环体轴心线倾斜设置的定位孔，枪身内壁设有与定位孔位置对应的盲孔，定位环通过紧固件与盲孔配合对弹架在枪身内固定，盲孔内预先填充有填充料。本发明有效保证了射孔位置精准性以及射孔方向与预设孔的对准，降低射孔枪摩擦阻力，并设计补偿式传爆，避免射孔传导失败现象发生。

Description

一种水平井用射孔枪

技术领域

本发明属于石油勘探设备技术领域，具体涉及一种水平井用射孔枪。

背景技术

射孔是采用特殊聚能器材进入井眼预定层位进行爆炸开孔让井下地层内流体进入孔眼的作业活动，普遍应用于油气田和煤田，有时也应用于水源的开采。大多数油田普遍采用聚能射孔器材，在射孔的历史上曾经使用过枪弹式射孔器，在国外有些大型石油公司采用的还有水流射孔器。射孔枪是用于油气井射孔的器材及其配套件的组合体。

随着油气田开发开采的深入，水平井开采呈日趋上升之势，射孔作为油气田勘探开发中的主要完成方法，其工艺技术也需要不断更新完善。在实际射孔过程中，下井过程中射孔枪内的弹架可能产生径向转动或轴向窜动，导致射孔位置精准性下降还可能增大射孔枪传爆失败的几率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水平井用射孔枪，有效保证了射孔位置精准性以及射孔方向与预设孔的对准，降低射孔枪摩擦阻力，并设计补偿式传爆，避免射孔传导失败现象发生。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种水平井用射孔枪，包括：

枪身，枪身为圆柱管状，枪身两端开口设置，且表面布设有与射孔弹位置对应的预设孔，枪身首尾段分别对应安装枪头和枪尾，

弹架，弹架两端部通过定位环固定在枪身内，且弹架中心线与枪身中心线重合设置，弹架上排放射孔弹，

传爆管，设于枪身的枪头处，且传爆管连接导爆索，

其中，定位环包括环体，环体中心处开设有环孔，环体外环面设有环槽，环槽面上设有与环体轴心线倾斜设置的定位孔，枪身内壁设有与定位孔位置对应的盲孔，定位环通过紧固件与盲孔配合对弹架在枪身内固定，盲孔内预先填充有填充料，填充料填充量为盲孔体积量。定位环通过定位将射孔弹射孔位置与预设孔位置对应，预设孔的孔壁上环绕设置半圆弧形槽体，填充料为橡胶填料。

本发明通过在枪身内部设置定位环，定位环的环体最大直径与枪身最大内径对应配合，通过在弹架两端设置定位环，采用紧固件连接送到枪身内开设的盲孔内对准后拧紧紧固件，在拧紧过程中紧固件与盲孔内的填充料产生接触，对填充料形成挤压动作，填充料相对填充紧固件与定位孔出口端，以此加大定位孔出口端与紧固件接触面和摩擦力，用以防止紧固件在后期使用过程中产生松动，两定位环可实现对弹架的精准定位使弹架上的射孔弹射孔位置与预设孔位置对应，由于紧固件和填充料的设置可实现弹架在枪身内无法径向转动，枪身两端安装枪头或枪尾后弹架难以产生轴向窜动，通过将射孔弹射孔位置与预设孔位置对应设置后有利于减少射孔过程中射流穿透第一层钢靶的厚度，以此减少射流能量的损失和枪身胀裂几率，预设孔的开设可为射孔后在枪身上因射孔形成的毛刺形成预留空间，减少射孔枪回收时因毛刺与套管摩擦增大造成枪身遇卡情况，具体的在预设孔的孔壁上环绕设置半圆弧形槽体，在孔壁上设置预设的半圆弧形槽，有利于射孔造成的形成的毛刺较大部分存留或堆积在半圆弧形槽内，降低毛刺在枪身表面形成毛刺甚至堆积，以此实现枪身表面与套管内壁面之间的摩擦阻力降低，预设孔的半圆弧形槽体的设置还有利于在射孔瞬间利于爆炸气体外泄，降低射孔枪的径向膨胀程度，保证孔枪射孔成果几率和射孔枪的顺利回收。

可选的，枪身上的射孔弹对应射孔的相位角为上相位120°，交错布孔，通过将射孔的相位角设置为上相位120°，这样可使套设在射孔枪外的套管射孔形成的孔眼位置提高，射孔产生的碎屑在重力作用下不易从射孔枪内向外排出，以此避免射孔枪外壁与套管内壁之间碎屑两，降低两者的摩擦阻力，且选用120°相位角比较有利于提高地质效果。

可选的，环体上的定位孔轴线与环体轴心线倾斜角为47°～49°，环体上的环孔为阶梯孔。通过将定位孔轴线与环体轴心线倾斜设置这样使紧固件在与定位孔螺纹配合过程中紧固件的轴线也与环体的轴心线之间具有47°～49°的倾斜角，利用该夹角使紧固件与枪身内的盲孔之间形成卡位，使定位环相对枪身位置固定，进而保证弹架的位置固定。

可选的，枪身首尾段管内分别设有网套，网套与枪身内壁贴合设置，两端开口，通过网套的设置用于增强枪身两端的枪头或枪尾与枪身之间的连接紧密性。

可选的，射孔枪之间通过接头件连接，接头件两端部分别与两射孔枪相邻端部连接，连接处设有第一密封套，通过接头件将射孔枪两相邻端进行连接，接头件可选择柔性材质方便串接状态下射孔枪在套管内的位于，在接头件与射孔枪连接处设置第一密封套来提高两射孔枪的连接紧密性，也可预防碎屑进入射孔枪内。

可选的，接头件中部具有通孔，通孔两端分别安装有第一传爆管和第二传爆管，第一传爆管和第二传爆管分别设置在相邻射孔枪端部，第一传爆管和第二传爆管分别连接导爆索，第一传爆管和第二传爆管之间放置有增能组件。在传统的射孔枪传爆过程中，由于射孔枪以此下井可能有一百多支，由于多种因素影响，导爆索的爆速可能会降低到5000m/s以下甚至燃烧，传爆的稳定性会降低，通过在第一传爆管和第二传爆管之间放置有增能组件来对传导爆索的爆速起到提高作用，具体的，在导爆索爆速降低后，接头件内的增能组件受到爆轰波冲击时，利用增能组件起爆并提高爆速，保证爆速处于正常爆速5000～8000m/s，以防爆轰难以以正常传递至下一级射孔枪，造成传播中断或炸枪等传爆失败的情况。

增能主体，增能主体为圆柱状，增能主体外柱面具有第一凸环，第一凸环相邻设置凹环，凹环内设第一密封圈，第一密封圈直径大于增能主体直径，

装填腔，开设于增能主体两端部，装填腔内填充有复合装药，装填腔腔口设有密封盖体。通过在增能主体两端设置装填腔并在其内部装填复合装药的方式，使增能主体具有双向传爆作用，具体的：增能主体的一端受到传爆管所传递的爆轰波时，该端内的复合装药被起爆，产生冲击波，作用于增能主体并将冲击波传递至另一端的装填腔使其内部复合装药起爆，实现将爆轰波传递至相邻的射孔枪中的传爆管，在这一过程中利用增能主体对输出的爆轰波起到约束作用，使其爆轰方向和爆轰力集中，起爆感度和爆轰波输出的提高，实现将低于正常爆轰速度的爆轰波转化为正常爆轰波。考虑到在传爆过程中可出现爆轰波速过低无法导致复合装药起爆的情况，通过设置密封盖体对未起爆的射孔枪密封，防止液体进入未引爆的射孔枪内，也对复合装药起爆密封保护作用防止射孔枪在装配时部件与复合装药的直接碰撞，所使用的复合装药为起爆药和猛炸药组成的复合装药。

可选的，装填腔由第一腔体、第二腔体、第三腔体组成，第一腔体、第二腔体、第三腔体均为圆柱内腔，第一腔体和第三腔体内腔直径相同，第二腔体的内腔直径大于第一腔体和第三腔体内腔的直径，第三腔体设于增能主体端口方向。通过将第二腔体的内腔直径设置大于第一腔体和第三腔体内腔的直径其目的在于使爆炸能量集中点相对集中于第二腔体内，这样有利于起爆形成的爆轰波由较大范围的第二腔体向直径较小的第三腔体集中使其爆轰方向和爆轰力集中，也减轻复合装药起爆形成的爆轰波对增能主体的破坏。

可选的，通过接头件相互连接的射孔枪的非连接端设有延时器，延时器连接有起爆器，通过设置延时器可实现在较长的射孔枪串连的情况下，使串连状态下的射孔枪即使出现一个方向传爆中断，还可通过另一方向反向引爆未爆的射孔枪，从而保证整串射孔枪全部引爆。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在枪身内部设置定位环，通过在弹架两端设置定位环，采用紧固件连接送到枪身内开设的盲孔内对准后拧紧紧固件，加大定位孔出口端与紧固件接触面和摩擦力，用以防止紧固件在后期使用过程中产生松动，两定位环可实现对弹架的精准定位使弹架上的射孔弹射孔位置与预设孔位置对应，同时由于紧固件和填充料的设置可实现弹架在枪身内无法径向转动，枪身两端安装枪头或枪尾后弹架难以产生轴向窜动，通过将射孔弹射孔位置与预设孔位置对应设置后有利于减少射孔过程中射流穿透第一层钢靶的厚度，以此减少射流能量的损失和枪身胀裂几率，避免射孔传导失败现象发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是水平井射孔枪使用状态示意图；

图2是射孔枪串接示意图；

图3是增能组件示意图；

图4是射孔枪示意图；

图5是定位环半剖示意图；

图6是定位环正视图；

图7是射孔枪孔眼相位示意图；

图8是射孔枪体的预设孔示意图。

附图标记说明：10-起爆器；20-射孔弹；30-接头件；31-第一密封套；32-第一传爆管；33-第二传爆管；40-射孔枪；41-定位环；411-环体；412-环孔；413-定位孔；42-枪身；421-预设孔；43-弹架；44-网套；45-紧固件；46-填充料；50-导爆索；60-增能组件；61-增能主体；62-第一凸环；63-第一密封圈；64-复合装药；65-密封盖体；66-装填腔；661-第一腔体；662-第二腔体；663-第三腔体；70-延时器。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1：

参见图4-8所示，一种水平井用射孔枪，包括：

枪身42，枪身42为圆柱管状，枪身42两端开口设置，且表面布设有与射孔弹20位置对应的预设孔421，枪身42首尾段分别对应安装枪头和枪尾，

弹架43，弹架43两端部通过定位环41固定在枪身42内，且弹架43中心线与枪身42中心线重合设置，弹架43上排放射孔弹20，

传爆管，设于枪身42的枪头处，且传爆管连接导爆索50，

其中，定位环41包括环体411，环体411中心处开设有环孔412，环体411外环面设有环槽，环槽面上设有与环体411轴心线倾斜设置的定位孔413，枪身42内壁设有与定位孔413位置对应的盲孔，定位环41通过紧固件45与盲孔配合对弹架43在枪身42内固定，盲孔内预先填充有填充料46，填充料46填充量为盲孔体积量。定位环41通过定位将射孔弹20射孔位置与预设孔421位置对应，预设孔421的孔壁上环绕设置半圆弧形槽体。

本发明通过在枪身42内部设置定位环41，定位环41的环体411最大直径与枪身42最大内径对应配合，通过在弹架43两端设置定位环41，采用紧固件45连接送到枪身42内开设的盲孔内对准后拧紧紧固件45，在拧紧过程中紧固件45与盲孔内的填充料46产生接触，对填充料46形成挤压动作，填充料46相对填充紧固件45与定位孔413出口端，以此加大定位孔413出口端与紧固件45接触面和摩擦力，用以防止紧固件45在后期使用过程中产生松动，两定位环41可实现对弹架41的精准定位使弹架43上的射孔弹20射孔位置与预设孔421位置对应，同时由于紧固件45和填充料46的设置可实现弹架43在枪身42内无法径向转动，枪身42两端安装枪头或枪尾后弹架42难以产生轴向窜动，通过将射孔弹20射孔位置与预设孔421位置对应设置后有利于减少射孔过程中射流穿透第一层钢靶的厚度，以此减少射流能量的损失和枪身胀裂几率，预设孔421的开设可为射孔后在枪身42上因射孔形成的毛刺形成预留空间，减少射孔枪40回收时因毛刺与套管摩擦增大造成枪身遇卡情况，具体的在预设孔421的孔壁上环绕设置半圆弧形槽体，在孔壁上设置预设的半圆弧形槽，有利于射孔造成的形成的毛刺较大部分存留或堆积在半圆弧形槽内，降低毛刺在枪身42表面形成毛刺甚至堆积，以此实现枪身42表面与套管内壁面之间的摩擦阻力降低，预设孔421的半圆弧形槽体的设置还有利于在射孔瞬间利于爆炸气体外泄，降低射孔枪40的径向膨胀程度，保证孔枪射孔成果几率和射孔枪40的顺利回收。

枪身42上的射孔弹20对应射孔的相位角为上相位120°，交错布孔，通过将射孔的相位角设置为上相位120°，这样可使套设在射孔枪40外的套管射孔形成的孔眼位置提高，射孔产生的碎屑在重力作用下不易从射孔枪40内向外排出，以此避免射孔枪40外壁与套管内壁之间碎屑两，降低两者的摩擦阻力，且选用120°相位角比较有利于提高地质效果。有时根据需要可将相位角设置成30°。

环体411上的定位孔413轴线与环体411轴心线倾斜角为47°～49°，优选为48°，环体411上的环孔412为阶梯孔。通过将定位孔413轴线与环体411轴心线倾斜设置这样使紧固件45在与定位孔413螺纹配合过程中紧固件45的轴线也与环体411的轴心线之间具有47°～49°的倾斜角，利用该夹角使紧固件45与枪身42内的盲孔之间形成卡位，使定位环41相对枪身42位置固定，进而保证弹架43的位置固定。

枪身42首尾段管内分别设有网套44，网套44与枪身42内壁贴合设置，两端开口，通过网套44的设置用于增强枪身42两端的枪头或枪尾与枪身42之间的连接紧密性。

实施例2：

参见图1-4所示，射孔枪40之间通过接头件30连接，接头件30两端部分别与两射孔枪40相邻端部连接，连接处设有第一密封套31，通过接头件30将射孔枪40两相邻端进行连接，接头件30可选择柔性材质方便串接状态下射孔枪40在套管内的位于，在接头件30与射孔枪40连接处设置第一密封套31来提高两射孔枪40的连接紧密性，也可预防碎屑进入射孔枪40内。

接头件30中部具有通孔，通孔两端分别安装有第一传爆管32和第二传爆管33，第一传爆管32和第二传爆管33分别设置在相邻射孔枪40端部，第一传爆管32和第二传爆管33分别连接导爆索50，第一传爆管32和第二传爆管33之间放置有增能组件60。在传统的射孔枪传爆过程中，由于射孔枪以此下井可能有一百多支，由于多种因素影响，导爆索50的爆速可能会降低到5000m/s以下甚至燃烧，传爆的稳定性会降低，通过在第一传爆管32和第二传爆管33之间放置有增能组件60来对传导爆索50的爆速起到提高作用，具体的，在导爆索50爆速降低后，接头件30内的增能组件60受到爆轰波冲击时，利用增能组件60起爆并提高爆速，保证爆速处于正常爆速5000～8000m/s，以防爆轰难以以正常传递至下一级射孔枪，造成传播中断或炸枪等传爆失败的情况。

增能主体61，增能主体61为圆柱状，增能主体61外柱面具有第一凸环62，第一凸环62相邻设置凹环，凹环内设第一密封圈63，第一密封圈63直径大于增能主体61直径，

装填腔66，开设于增能主体61两端部，装填腔66内填充有复合装药64，装填腔66腔口设有密封盖体65。通过在增能主体61两端设置装填腔66并在其内部装填复合装药64的方式，使增能主体61具有双向传爆作用，具体的：增能主体61的一端受到传爆管所传递的爆轰波时，该端内的复合装药64被起爆，产生冲击波，作用于增能主体61并将冲击波传递至另一端的装填腔66使其内部复合装药64起爆，实现将爆轰波传递至相邻的射孔枪中的传爆管，在这一过程中利用增能主体61对输出的爆轰波起到约束作用，使其爆轰方向和爆轰力集中，起爆感度和爆轰波输出的提高，实现将低于正常爆轰速度的爆轰波转化为正常爆轰波。考虑到在传爆过程中可出现爆轰波速过低无法导致复合装药64起爆的情况，通过设置密封盖体65对未起爆的射孔枪密封，防止液体进入未引爆的射孔枪内，也对复合装药64起爆密封保护作用防止射孔枪40在装配时部件与复合装药64的直接碰撞，所使用的复合装药64为起爆药和猛炸药组成的复合装药。

装填腔66由第一腔体661、第二腔体662、第三腔体663组成，第一腔体661、第二腔体662、第三腔体663均为圆柱内腔，第一腔体661和第三腔体663内腔直径相同，第二腔体662的内腔直径大于第一腔体661和第三腔体663内腔的直径，第三腔体663设于增能主体61端口方向。通过将第二腔体662的内腔直径设置大于第一腔体661和第三腔体663内腔的直径其目的在于使爆炸能量集中点相对集中于第二腔体662内，这样有利于起爆形成的爆轰波由较大范围的第二腔体662向直径较小的第三腔体663集中使其爆轰方向和爆轰力集中，也减轻复合装药64起爆形成的爆轰波对增能主体61的破坏。

通过接头件30相互连接的射孔枪40的非连接端设有延时器70，延时器70连接有起爆器10，通过设置延时器70可实现在较长的射孔枪40串连的情况下，使串连状态下的射孔枪即使出现一个方向传爆中断，还可通过另一方向反向引爆未爆的射孔枪，从而保证整串射孔枪全部引爆。

实施例3：

本发明的水平井用射孔枪实际使用时：依次安装射孔枪40上的各部件，如弹架43、定位环41等，需保证射孔弹20射孔位置与预设孔421位置对应，完成安装单根射孔枪后通过接头件30和第一密封套31将射孔枪40依次串接，根据射孔需要串接所需射孔枪40，本发明所使用的射孔枪40枪身42长度为1米，在串接射孔枪40过程中保证增能主体61设于接头件30内，同时增能主体61两端连接前后端的第一传爆管32和第二传爆管33，之后将串接的射孔枪40放入套管内下井进行后续射孔以及回收射孔枪操作。

打靶数据比较：

使用DP40-3低碎屑射孔弹，相位角120°朝上，孔密度为6～16孔/m，单井射孔长度为1200m，采用本发明的射孔枪40进行打靶试验，具体结果如下表所示：

经测，射孔一次成功率为100％，射孔弹发射率100％，射孔枪回收无枪身遇卡现象出现。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种水平井用射孔枪，包括：

枪身(42)，所述枪身(42)为圆柱管状，所述枪身(42)两端开口设置，且表面布设有与射孔弹(20)位置对应的预设孔(421)，所述预设孔(421)的孔壁上环绕设置有半圆弧形槽，所述半圆弧形槽用于存留或堆积射孔形成的毛刺，还用于在射孔瞬间外泄所述射孔弹(20)释放的爆炸气体，所述枪身(42)首尾段分别对应安装枪头和枪尾，

弹架(43)，所述弹架(43)两端部通过定位环(41)固定在枪身(42)内，且所述弹架(43)中心线与枪身(42)中心线重合设置，所述弹架(43)上排放射孔弹(20)，

传爆管，设于枪身(42)的枪头处，且传爆管连接导爆索(50)，

其中，所述定位环(41)包括环体(411)，所述环体(411)中心处开设有环孔(412)，所述环体(411)外环面设有环槽，所述环槽面上设有与环体(411)轴心线倾斜设置的定位孔(413)，所述枪身(42)内壁设有与定位孔(413)位置对应的盲孔，所述定位环(41)通过紧固件(45)与盲孔配合对弹架(43)在枪身(42)内固定，所述盲孔内预先填充有填充料(46)，所述填充料(46)填充量为盲孔体积量；

所述环体(411)上的定位孔(413)轴线与环体(411)轴心线倾斜角为47°～49°，所述环体(411)上的环孔(412)为阶梯孔。

2.根据权利要求1所述的一种水平井用射孔枪，其特征在于：所述枪身(42)上的射孔弹(20)对应射孔的相位角为上相位120°，交错布孔。

3.根据权利要求1所述的一种水平井用射孔枪，其特征在于：所述枪身(42)首尾段管内分别设有网套(44)，所述网套(44)与枪身(42)内壁贴合设置，两端开口。

4.根据权利要求1所述的一种水平井用射孔枪，其特征在于：所述射孔枪(40)之间通过接头件(30)连接，所述接头件(30)两端部分别与两射孔枪(40)相邻端部连接，连接处设有第一密封套(31)。

5.根据权利要求4所述的一种水平井用射孔枪，其特征在于：

所述接头件(30)中部具有通孔，所述通孔两端分别安装有第一传爆管(32)和第二传爆管(33)，所述第一传爆管(32)和第二传爆管(33)分别设置在相邻射孔枪(40)端部，所述第一传爆管(32)和第二传爆管(33)分别连接导爆索(50)，

所述第一传爆管(32)和第二传爆管(33)之间放置有增能组件(60)。

6.根据权利要求5所述的一种水平井用射孔枪，其特征在于：所述增能组件(60)包括：

增能主体(61)，所述增能主体(61)为圆柱状，所述增能主体(61)外柱面具有第一凸环(62)，所述第一凸环(62)相邻设置凹环，所述凹环内设第一密封圈(63)，所述第一密封圈(63)直径大于增能主体(61)直径，

装填腔(66)，开设于增能主体(61)两端部，所述装填腔(66)内填充有复合装药(64)，所述装填腔(66)腔口设有密封盖体(65)。

7.根据权利要求6所述的一种水平井用射孔枪，其特征在于：所述装填腔(66)由第一腔体(661)、第二腔体(662)、第三腔体(663)组成，所述第一腔体(661)、第二腔体(662)、第三腔体(663)均为圆柱内腔，所述第一腔体(661)和第三腔体(663)内腔直径相同，所述第二腔体(662)的内腔直径大于第一腔体(661)和第三腔体(663)内腔的直径，所述第三腔体(663)设于增能主体(61)端口方向。

8.根据权利要求7所述的一种水平井用射孔枪，其特征在于：通过接头件(30)相互连接的射孔枪(40)的非连接端设有延时器(70)，所述延时器(70)连接有起爆器(10)。

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