一种多功能可重复使用的压力起爆装置及起爆方法与流程

1.本发明涉及一种压力起爆装置及起爆方法，具体涉及一种多功能可重复使用的压力起爆装置及起爆方法。


背景技术：

2.油气开采过程中所使用的压力起爆装置除适用于直井外，还适用于稠油井、大斜井、水平井等诸多井况下的加压起爆，通过在井口施加压力作用于压力起爆装置活塞上，活塞在井口施加压力和井液压力的共同作用下剪断剪切销或突破压力界限后快速运动，击发起爆器，产生爆轰，继而引爆射孔枪串。
3.现有的压力开孔起爆装置在下井过程中和在起爆之前如果出现井涌或井喷时无法实现循环压井，存在一定的安全隐患，保证了作业的安全性；现有的压力开孔起爆装置在下井过程中和在起爆之前需要人工向管柱内灌注射孔液的问题，费事费力，实现了自动灌液功能；现有的压力起爆装置在作业时必须要配置筛管，否则在起爆射孔作业完成后；如果出现井喷，将无法循环压井处理事故，其次，在从油气井起管柱时关注内的射孔液将洒落井口地面，造成一定的环境污染。
4.一种起爆装置实现了压力开孔起爆装置，压力起爆装置，自灌液压力开孔起爆装置和筛管为一体的多种功能；不仅环空可加压起爆，也能管住内加压起爆；解决现有开放式压力起爆装置，压力开孔起爆装置存在使用繁琐，加压方式单一，在起爆后，结构损坏无法进行二次使用等问题；装置包括活塞、撞针、剪切组件、起爆器、单向封堵组件、依次连通的第一接头和第二接头；起爆器设置在第二接头内部；活塞左端密封设置在第一接头内，剪切组件设置在活塞外部与第一接头和/或第二接头内部之间；撞针可拆卸安装在活塞靠近起爆器一端；活塞左端中部沿轴向设置有盲孔，活塞周侧设置有与盲孔连通的至少一个第一通孔，第一接头上设置有与第一通孔一一对应的多个第二通孔；单向封堵组件设置在活塞的盲孔处，用于封堵盲孔；本发明还提出基于上述装置的起爆方法。
5.现有的开放式压力起爆装置，使用繁琐，加压方式单一，适用范围受限，在起爆后，由于活塞、撞针以及连接管等的损坏，无法进行二次使用，使得加压起爆的成本较大。


技术实现要素：

6.本发明目的是一种多功能可重复使用的压力起爆装置及起爆方法；杜绝现有的压力开孔起爆装置在下井过程中和在起爆之前如果出现井涌或井喷事故安全隐患，实现了压力开孔起爆装置循环压井的功能，保证了作业的安全性；解决现有的压力开孔起爆装置在下井过程中和在起爆之前要进行人工向管柱内灌注射孔液的问题，实现了自动灌液功能；实现了筛管和压力起爆装置合二为一的功能；一种起爆装置实现了压力开孔起爆装置，压力起爆装置，自灌液压力开孔起爆装置和筛管为一体的多种功能；不仅环空可加压起爆，也能管住内加压起爆。
7.本发明的目的是解决现有的开放式压力起爆装置，存在使用繁琐，加压方式单一，
适用范围受限，在起爆后，由于活塞、撞针以及连接管等的损坏，无法进行二次使用，使得加压起爆成本较大的技术问题，而提出一种多功能可重复使用的压力起爆装置及起爆方法。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种多功能可重复使用的压力起爆装置，包括轴向贯通的第一接头和第二接头，第一接头右端密封设置在第二接头左端的内部，第一接头左端用于安装钻杆或油管，第二接头的右端用于与射孔枪串连接，其特殊之处在于：还包括活塞、撞针、剪切组件、起爆器以及单向封堵组件；
10.所述起爆器同轴设置在第二接头内部；
11.所述活塞左端密封设置在第一接头内，剪切组件设置在活塞外部与第一接头和/或第二接头内部之间，用于固定活塞的位置，所述剪切组件受力可断裂；
12.所述撞针可拆卸安装在活塞靠近起爆器一端；
13.所述活塞左端中部沿轴向设置有盲孔，所述活塞周侧设置有与盲孔连通的至少一个第一通孔，第一接头上设置有与第一通孔一一对应的多个第二通孔；单向封堵组件设置在活塞的盲孔处，用于封堵盲孔。
14.进一步地，所述单向封堵组件包括隔板、压缩弹簧和封堵球，所述封堵球的直径大于盲孔的直径；
15.所述隔板设置在第一接头左端的内部，隔板沿第一接头轴向设置有多个流通通道，所述压缩弹簧左端与隔板连接，右端与封堵球连接，所述封堵球设置在盲孔的开口侧，所述弹簧处于压缩状态，对封堵球施加压力，使得其始终嵌入盲孔。
16.进一步地，所述剪切组件包括内剪切套、外剪切套以及一端设置在外剪切套上，另一端连接在内剪切套上的多个剪切销；
17.所述活塞外部设置有第一台阶面，从而将活塞分为活塞小径段和活塞大径段，所述活塞小径段设置在第二接头内部；所述第二接头内部设置有第二台阶面；
18.所述内剪切套套设在活塞小径段的外部，外剪切套套设在内剪切套外部，且安装在第二台阶面对应的大径段上；内剪切套的外径大于等于活塞大径段的外径，小于等于第二台阶面对应的小径段内径。
19.进一步地，所述内剪切套和外剪切套上均设置有一一对应的多个剪切销安装孔；
20.所述剪切销安装孔的数量大于等于剪切销的数量。
21.进一步地，位于第一通孔与内剪切套之间的活塞外部设置有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有无耳挡圈；
22.所述第一接头装入第二接头一端的端面与外剪切套之间设置有供无耳挡圈展开的间隙；
23.在所述剪切组件的剪切销未剪切断裂时，所述无耳挡圈与间隙之间的距离和撞针与起爆器之间的距离相适配。
24.进一步地，所述第一接头外部设置有第三台阶面，第二接头内部设置有第四台阶面，所述第三台阶面对应的小径段密封设置在第二接头内部，且第一接头一端的端面与第四台阶面之间设置有所述供无耳挡圈展开的间隙，第二接头一端的端面与第三台阶面贴合；
25.所述第一接头与第二接头通过止退螺钉固定。
26.进一步地，还包括螺塞；
27.所述起爆器通过螺塞同轴安装在第二接头内部。
28.进一步地，位于第一通孔两侧的活塞与第一接头之间均设置有第一密封圈；
29.所述第一接头与第二接头之间设置有多个第二密封圈。
30.本发明还提出一种多功能可重复使用的压力起爆方法，基于上述一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：
31.步骤1：组装一种多功能可重复使用的压力起爆装置；
32.步骤2：采用环空加压和/或管内加压的方式，从第一接头内部和/或第二通孔处向活塞加压，直到剪切组件断裂，活塞移动；
33.步骤3：活塞下行撞击起爆器，实现起爆；
34.步骤4：起爆完成后，拆卸一种多功能可重复使用的压力起爆装置，并更换起爆器、撞针和剪切组件，重新组装后，待下次起爆时再次执行步骤2。
35.进一步地，所述剪切组件中，剪切销安装孔的数量大于等于剪切销的数量。
36.本发明的有益效果：
37.1、本发明通过设置活塞和撞针可拆卸连接，保证起爆后的撞针顺利从活塞拆下，实现活塞的多次重复使用，降低使用成本；通过在活塞上设置盲孔，减小活塞质量，剪切组件断裂后，活塞在高压作用下高速冲击第二接头，在压力一定时，活塞质量越小，冲量越小，对第二接头的冲击量以及对第二接头的损伤就越小，安全系数越高，防止在起爆作业中，由于惯性冲击造成的第一接头和第二接头断裂事故的发生，保证第一接头与第二接头的重复使用，降低成本，以及活塞质量越小，冲量越小，由于冲击第二接头，活塞变形(墩粗)越小，活塞的尺寸保证越好，使其重复使用。
38.2、本发明既可以从第一接头内部加压实现管柱内打压，又可以通过第二通孔、第一通孔加压，实现环空打压，形成了一个集成筛管和压力起爆功能的多功能可重复使用的压力起爆装置，尤其是通过环空打压实现压力起爆器功能时，同时实现了筛管和压力起爆器两种功能。
39.3、本发明提出的压力起爆装置，可使用于直井、斜井、水平井的射孔以及爆燃作业的起爆；可使用于新开发的油气井的射孔以及爆燃作业的起爆；也可使用于已经开发使用经过射孔的井的射孔以及爆燃作业的起爆；还可使用于裸眼井的射孔以及爆燃作业的起爆。
40.4、本发明中，压力起爆装置起爆后，只需要更换撞针、起爆器以及剪切组件或者剪切组件中的剪切销就可以重复使用，降低成本。
41.5、本发明还可以用于解决现有的压力起爆装置、压力开孔起爆装置，使用只能适用于各自的境况下的作业，使用繁琐的问题。
42.6、本发明还可以用于解决现有的压力起爆装置在施工时必须和筛管联合作业才能完成射孔施工工程作业的问题，要增加筛管，同时井况要求必须是井筒能憋起压的油气井，否则将无法驱动活塞剪断剪切销，撞针无法去撞击雷管实现起爆射孔，本发明中提出的结构，实现了筛管和压力起爆装置两种设备的功能集成，实现了两种设备的一体化。
43.7、本发明还可以用于解决现有的压力开孔起爆装置在射孔之前无法进行液体循环，出现井筒溢流和井喷作业事故时无法压井的施工事故隐患，适用于老井井况下的作业，
实现自动将液体从循环孔进入钻杆或油管内部，不用单独从井口注入液体，在起爆时直接通过钻杆或油管内加压实现起爆射孔器。
附图说明
44.图1是本发明一种多功能可重复使用的压力起爆装置实施例的结构示意图；
45.图中，1、第一接头；2、活塞；3、第二接头；4、压缩弹簧；5、内剪切套；6、剪切销；7、螺塞；8、撞针；9、无耳挡圈；10、隔板；11、封堵球；12、第一密封圈；13、止退螺钉；14、第二密封圈；15、外剪切套；16、起爆器；17、第一台阶面；18、第二台阶面；19、第三台阶面；20、第四台阶面；21、第一通孔；22、第二通孔；23、间隙；24、盲孔。
具体实施方式
46.本文中提到的“左、右”以图1的视角进行描述，左侧相当于井口上方，右侧相当于井口下方。
47.本发明提出一种多功能可重复使用的压力起爆装置，如图1所示，包括第一接头1、活塞2、第二接头3、剪切组件、单向封堵组件、撞针8、螺塞7以及起爆器16。
48.各部件的组成及连接方式如下：
49.剪切组件包括外剪切套15、内剪切套5以及多个剪切销6，外剪切套15、内剪切套5上在对应位置处均设置有剪切销安装孔，剪切销安装孔的数量大于等于剪切销6的数量；单向封堵组件包括隔板10、压缩弹簧4和封堵球11。
50.第一接头1与第二接头3沿轴向贯通，第一接头1右端外部设置有第三台阶面19，第三台阶面19对应的小径段外部套设有两个第二密封圈14，第二接头3左端内部设置有第四台阶面20，第一接头1右端通过第二密封圈14密封插设在第二接头3的左端，并且第一接头1右端面与第四台阶面20之间设置有间隙23，第二接头3左端面与第三台阶面19贴合，第一接头1与第二接头3通过第二密封圈14实现密封安装，多个止退螺钉13一端穿过第二接头3与第一接头1连接，实现第一接头1与第二接头3的固定，第一接头1左端用于安装钻杆或油管，第二接头3的右端用于与射孔枪串连接。
51.螺塞7同轴安装在第二接头3右端的内部，起爆器16被螺塞7封装在第二接头3内部，活塞2右端的外部设置有第一台阶面17，从而将活塞2分为活塞小径段和活塞大径段，活塞大径段的端面沿轴向设置有台阶结构的盲孔24，台阶结构盲孔24的大径段位于左侧，盲孔24同时起到了减重的效果，降低活塞2的冲击力，活塞2周侧沿周向设置有多个与盲孔24连通的第一通孔21，第一通孔21沿轴向两侧的活塞大径段外壁设置有多个密封圈安装槽，第一密封圈12设置在密封圈安装槽内，活塞大径段左端同轴设置在第一接头1内部，并通过第一密封圈12密封，在本实施例中，第一通孔21左侧设置有一个第一密封圈12，第一通孔21右侧沿轴向依次设置有两个第一密封圈12；活塞小径段设置在第二接头3内部，与活塞小径段对应位置的第二接头3内部设置有第二台阶面18，且第二台阶面18对应的小径段设置在右侧，内剪切套5套设在活塞小径段的外部，外剪切套15套设在内剪切套5外部，且安装在第二台阶面18对应的大径段上；内剪切套5的外径小于等于活塞大径段的外径，外剪切套15的外径小于等于第二台阶面18对应的小径段直径。
52.第一接头1设置有与第一通孔21数量一致且一一对应的多个第二通孔22，通过第
一通孔21与第二通孔22连通，或者在活塞2运动后，第二通孔22与第一接头1内部连通，实现环空加压。
53.活塞小径段的右端面可拆卸连接有撞针8(可以是螺纹连接)，剪切套受力断裂后，在外部压力的作用下，活塞2可以沿着第一接头1向起爆器16运动，直到撞针8撞击起爆器16进行起爆，活塞2和撞针8在撞击起爆器16时撞针8会被炸坏，现有技术中由于活塞2和撞针8为一体设置，所以两者均不能再使用，本发明中，将活塞2和撞针8分体设置，这样只需要更换被炸坏的撞针8，主体活塞2就能多次重复使用，大大降低了使用成本。
54.隔板10安装在第一接头1左端的内部，隔板10上沿轴向设置有多个流通通道，用于保证管柱内打压方式的实现。
55.压缩弹簧4左端与隔板10右端面连接，右端与封堵球11连接，封堵球11的直径大于盲孔24的直径，封堵球11在压缩弹簧4的弹力下，始终封堵在盲孔24处。
56.为了防止在起爆后，活塞2弹回原位，撞击封堵球11、隔板10等结构，在活塞大径段位于第一密封圈12的外部设置有环形凹槽，环形凹槽上设置有无耳挡圈9，并且将无耳挡圈9设置在第一密封圈12的右侧，还可以保证在起爆后产生的压力不会通过活塞2与第一接头1之间的间隙23传递到外部加压设备，保证外部加压设备的安全性，间隙23的轴向长度略大于无耳挡圈9的轴向长度。
57.压力起爆装置按照图1组装好后，压缩弹簧4处于压缩状态，在剪切销6受力断裂后，压缩弹簧4的弹力逐渐减小，压缩弹簧4伸长，继续施压，封堵球11与活塞2向右移动，无耳挡圈9展开进入到间隙23内，直到撞针8撞击起爆器16，在这一过程需要满足：封堵球11在压力作用下位于第二通孔22的右端，不会堵塞第二通孔22，即撞击时，压缩弹簧4伸长后的长度要大于第二通孔22远端到隔板10之间的距离。
58.起爆后，产生高压，活塞2在高压作用下会向左侧移动，此时在无耳挡圈9的作用下，活塞2的行程被限制，防止了活塞2对隔板10、第一接头1的撞击，保证第一接头1、隔板10、封堵球11等的安全性。
59.通过上述结构的设置，本发明中提出一种多功能可重复使用的压力起爆装置，除过剪切销6、撞针8和起爆器16以外的零件均可多次重复使用，降低了成本(必要时也需要更换内剪切套5与外剪切套15)。
60.本发明的工作原理如下：
61.采用管柱内加压(通过第一接头1内部向活塞2加压)或者环空加压(通过第二通孔22、第一通孔21向活塞2加压)的方式向活塞2施压，当压力达到剪切销6的既定断裂压力时，剪切销6断裂，活塞2在液压的作用下向右移动，直到撞针8撞击起爆器16，进行起爆；
62.起爆完成后，将压力起爆装置进行拆除，替换其中被损坏的部件(起爆器16、撞针8、剪切销6(内剪切套5和外剪切套15上设置多个剪切销安装孔，需要几个剪切销6就安装几个剪切销6，在下一次起爆前，只需要安装需求数量的剪切销6即可，若剪切销安装孔用完，则直接替换全部剪切组件))，然后重新组装使用。
63.基于上述结构，本发明还提出基于上述装置的起爆方法：
64.包括以下步骤：
65.步骤1：组装一种多功能可重复使用的压力起爆装置；
66.步骤2：采用环空加压和/或管内加压的方式，从第一接头1内部和/或第二通孔22
处向活塞2加压，直到剪切组件断裂，活塞2移动；
67.步骤3：活塞2下行撞击起爆器16，实现起爆；
68.步骤4：起爆完成后，拆卸多功能可重复使用的压力起爆装置，并更换起爆器16、撞针8和剪切组件或者起爆器16、撞针8，重新组装后，返回步骤2。

技术特征：
1.一种多功能可重复使用的压力起爆装置，包括轴向贯通的第一接头(1)和第二接头(3)，第一接头(1)右端密封设置在第二接头(3)左端的内部，第一接头(1)左端用于安装钻杆或油管，第二接头(3)的右端用于与射孔枪串连接，其特征在于：还包括活塞(2)、撞针(8)、剪切组件、起爆器(16)以及单向封堵组件；所述起爆器(16)同轴设置在第二接头(3)内部；所述活塞(2)左端密封设置在第一接头(1)内，剪切组件设置在活塞(2)外部与第一接头(1)和/或第二接头(3)内部之间，用于固定活塞(2)的位置，所述剪切组件受力可断裂；所述撞针(8)可拆卸安装在活塞(2)靠近起爆器(16)一端；所述活塞(2)左端中部沿轴向设置有盲孔(24)，所述活塞(2)周侧设置有与盲孔(24)连通的至少一个第一通孔(21)，第一接头(1)上设置有与第一通孔(21)一一对应的多个第二通孔(22)；单向封堵组件设置在活塞(2)的盲孔(24)处，用于封堵盲孔(24)。2.根据权利要求1所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于：所述单向封堵组件包括隔板(10)、压缩弹簧(4)和封堵球(11)，所述封堵球(11)的直径大于盲孔(24)的直径；所述隔板(10)设置在第一接头(1)左端的内部，隔板(10)沿第一接头(1)轴向设置有多个流通通道，所述压缩弹簧(4)左端与隔板(10)连接，右端与封堵球(11)连接，所述封堵球(11)设置在盲孔(24)的开口侧，所述弹簧(4)处于压缩状态，对封堵球(11)施加压力，使得其始终嵌入盲孔(24)。3.根据权利要求2所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于：所述剪切组件包括内剪切套(5)、外剪切套(15)以及一端设置在外剪切套(15)上，另一端连接在内剪切套(5)上的多个剪切销(6)；所述活塞(2)外部设置有第一台阶面(17)，从而将活塞(2)分为活塞小径段和活塞大径段，所述活塞小径段设置在第二接头(3)内部；所述第二接头(3)内部设置有第二台阶面(18)；所述内剪切套(5)套设在活塞小径段的外部，外剪切套(15)套设在内剪切套(5)外部，且安装在第二台阶面(18)对应的大径段上；内剪切套(5)的外径大于等于活塞大径段的外径，小于等于第二台阶面(18)对应的小径段内径。4.根据权利要求3所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于：所述内剪切套(5)和外剪切套(15)上均设置有一一对应的多个剪切销安装孔；所述剪切销安装孔的数量大于等于剪切销(6)的数量。5.根据权利要求4所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于：位于第一通孔(21)与内剪切套(5)之间的活塞(2)外部设置有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有无耳挡圈(9)；所述第一接头(1)装入第二接头(3)一端的端面与外剪切套(15)之间设置有供无耳挡圈(9)展开的间隙(23)；在所述剪切组件的剪切销(6)未剪切断裂时，所述无耳挡圈(9)与间隙(23)之间的距离和撞针(8)与起爆器(16)之间的距离相适配。6.根据权利要求5所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于：所述第一接头(1)外部设置有第三台阶面(19)，第二接头(3)内部设置有第四台阶面
(20)，所述第三台阶面(19)对应的小径段密封设置在第二接头(3)内部，且第一接头(1)一端的端面与第四台阶面(20)之间设置有所述供无耳挡圈(9)展开的间隙(23)，第二接头(3)一端的端面与第三台阶面(19)贴合；所述第一接头(1)与第二接头(3)通过止退螺钉(13)固定。7.根据权利要求1-6任一所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于：还包括螺塞(7)；所述起爆器(16)通过螺塞(7)同轴安装在第二接头(3)内部。8.根据权利要求7所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于：位于第一通孔(21)两侧的活塞(2)与第一接头(1)之间均设置有第一密封圈(12)；所述第一接头(1)与第二接头(3)之间设置有多个第二密封圈(14)。9.一种多功能可重复使用的压力起爆方法，基于权利要求1-8任一所述的一种多功能可重复使用的压力起爆装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：组装一种多功能可重复使用的压力起爆装置；步骤2：采用环空加压和/或管内加压的方式，从第一接头(1)内部和/或第二通孔(22)处向活塞(2)加压，直到剪切组件断裂，活塞(2)移动；步骤3：活塞(2)下行撞击起爆器(16)，实现起爆；步骤4：起爆完成后，拆卸一种多功能可重复使用的压力起爆装置，并更换起爆器(16)、撞针(8)和剪切组件，重新组装后，待下次起爆时再次执行步骤2。10.根据权利要求9所述的一种多功能可重复使用的压力起爆方法，其特征在于，所述剪切组件中，剪切销安装孔的数量大于等于剪切销(6)的数量。

技术总结
本发明涉及一种多功能可重复使用的压力起爆装置及起爆方法；解决现有开放式压力起爆装置，压力开孔起爆装置存在使用繁琐，加压方式单一，起爆后，结构损坏无法二次使用等问题；装置包括活塞、撞针、剪切组件、起爆器、单向封堵组件、连通的第一接头和第二接头；起爆器设置在第二接头内部；活塞左端密封设置在第一接头内，剪切组件设置在活塞外部与第一接头和/或第二接头内部之间；撞针可拆卸安装在活塞靠近起爆器一端；活塞左端中部沿轴向设置有盲孔，活塞周侧设置有与盲孔连通的至少一个第一通孔，第一接头上设置有与第一通孔一一对应的多个第二通孔；单向封堵组件设置在活塞的盲孔处，用于封堵盲孔；本发明还提出基于上述装置的起爆方法。的起爆方法。的起爆方法。


技术研发人员：张国桉 李刚强 师西宏 杜石勃 严星 彭兆强 王萌禾 乔晓光 陈康 赵占虎 师继宏 孙海洋
受保护的技术使用者：通源石油科技集团股份有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/14