投棒压力开孔起爆装置的制作方法

本实用新型属于油气井油管传输射孔领域，尤其涉及一种大通径投棒压力开孔起爆装置，能够实现投棒起爆、压力开孔、井液循环、测试、酸化压裂、方便泄放管柱内井液的功能。

背景技术：

在油气井的射孔作业过程中，投棒起爆是一种常用的起爆方式，工作时从井口投下投放棒，投放棒在自身重力作用下下落，同时在管柱中井液的阻力作用下，投放棒经过一定时间后会匀速下落，最后投放棒撞击连接在管柱下端的投棒压力开孔起爆装置，撞击引爆射孔枪。

投棒起爆方式要求投放棒以一定的速度撞击机械起爆装置，才能够撞断剪切销实现解锁，但因此采用传统的投棒起爆装置存在以下问题：

1. 常规的投棒撞击起爆装置上端连接多孔筛管，射孔前后环空的井液可以通过多孔筛管进行循环，射孔完成后管柱提出地面时井液可以通过筛管排出，但井液较脏时此种起爆装置存在风险，容易出现不能可靠解锁、起爆的问题。

2. 当管柱中的井液很脏（如含有管柱锈蚀块、井液胶结物、泥沙等污物较多）时，将会导致解锁装置被污物掩埋或降低投放棒的下落速度，降低了瞬间撞击能量，也不能可靠地实现击针组件的解锁并击发起爆器。

针对上述井液较脏的油气井，作业时通常的解决方法是不使用筛管（即环空井液不能流入管柱），并在管柱中灌满干净的清水。但由于射孔后管柱无法连通，当管柱提出井口时管柱中的水无法方便的排出，容易污染井口与周边环境。

另外，当需要负压射孔时，也不能加筛管，由于作业时投棒撞击起爆装置下部密封，射孔后管柱内外不沟通，无法进行后续的井液循环、测试、酸化压裂等作业。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种投棒压力开孔起爆装置，本实用新型在射孔前能可靠隔离套管环空与管柱，可掏空管柱进行负压射孔并防止井液进入管柱；在射孔后能自动打开芯轴上的流通孔，沟通管柱与套管，形成一个大通径流通孔，方便进行后续的井液循环、测试、酸化压裂等作业。同时管柱上提时能自动排空管柱中的井液。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种投棒压力开孔起爆装置，其特征在于：包括上接头、下接头、压力剪切开孔组件和撞击起爆组件，所述上接头与下接头密封固定连接，所述上接头内设置有被台阶分隔开的上内径段和下内径段，上内径段的内径小于下内径段的内径，且上内径段的上部设置有流通孔A；所述下接头上开设有轴向流道，所述撞击起爆组件固定在下接头内；所述压力剪切开孔组件包括中空芯轴、剪切套、剪切钉和卡圈，所述芯轴的上部与上内径段滑动密封连接，下部伸入下接头内并与撞击起爆组件滑动密封连接，所述芯轴的外表面设置有与下内径段滑动密封连接的环形凸台；所述剪切套通过剪切钉固定在芯轴上，且剪切套位于下内径段内的台阶处，所述卡圈固定在芯轴的下部；所述芯轴的下部开设有轴向流通槽，上部开设有流通孔B，且流通孔B在射孔前与流通孔A不相通，在射孔后向上运动至与流通孔A相通。

所述撞击起爆组件包括击针、起爆器、螺塞、剪切销和击针套，所述击针套固定在下接头内，且击针套与芯轴的下端滑动密封连接，所述击针通过剪切销固定在击针套内；所述起爆器通过螺塞固定在击针套内，且起爆器位于击针的下方。

所述击针套上还锚定有用于限制击针运动行程的限位销。

所述下接头上的轴向流道呈环形均匀分布。

所述上接头与下接头的连接处之间设置有止退螺钉。

所述上接头的上内径段上方设置有用于对芯轴限位的限位台阶。

所述轴向流通槽的数量为8个，且轴向流通槽均匀设置在芯轴上。

所述流通孔A和流通孔B的数量均为4个，流通孔A均匀设置在上接头四周，流通孔B均匀设置在芯轴四周。

采用本实用新型的优点在于：

1、本实用新型在上接头和芯轴上分别设置有流通孔A和流通孔B，由于流通孔A和流通孔B在射孔前是不相通的，因此能够防止套管内井液进入管柱，有利于保持管柱清洁与负压设计。而在射孔后，由于井液能够通过轴向流道进入管柱，并通过轴向流通槽推动芯轴向上运动使流通孔B与流通孔A连通，因此能够形成大通径的流通孔使套管环空与管柱连通，有利于进行后续的井液循环、测试、酸化压裂等作业。同时管柱上提时能自动排空管柱中的井液。其中，通过环形凸台能够形成压差面，从而在井液压力的作用下，可靠地推动芯轴运动开孔。另外，通过卡圈能够在流通孔B与流通孔A连通后防止芯轴回缩，保证流通孔连通的稳定性。与现有技术相比，本实用新型解决了井液较脏井时负压射孔井所存在的投棒起爆、井液循环、方便排空等问题，能提高作业效率、降低作业成本、保护作业环境。

2、本实用新型采用了成熟的压力剪切开孔组件剪切解锁、撞击起爆、压力开孔原理，剪切精度高，启动压力可控，起爆、开孔可靠性高，工作可靠。

3、本实用新型通过锚定在击针套上的限位销，能够限制击针的向下运动行程，防止击针撞入过深，有利于确保整体系统起爆可靠性。

4、本实用新型中下接头上的轴向流道呈环形均匀分布，该结构的优点在于提升了流通面积，确保管柱外井液能可靠流入管柱内部并作用于芯轴上，使芯轴剪切与运动时的压力保持持续性。

5、本实用新型在上接头与下接头的连接处之间设置有止退螺钉，通过止退螺钉有利于保证上接头与下接头连接的稳固性。

6、本实用新型结合常规投棒起爆装置与棒击负压阀的工作原理，通过简单结构实现了投棒起爆与压力开孔功能，结构简单，使用方便，点火可靠。

附图说明

图1为本实用新型起爆前的结构示意图；

图2为本实用新型起爆后的结构示意图；

图中标号为：1、上接头，2、下接头，3、上内径段，4、下内径段，5、流通孔A，6、轴向流道，7、芯轴，8、剪切套，9、剪切钉，10、卡圈，11、环形凸台，12、流通孔B，13、击针，14、击针套，15、螺塞，16、起爆器，17、限位销，18、止退螺钉，19、限位台阶，20、剪切销。

具体实施方式

本实用新型公开了一种投棒压力开孔起爆装置，包括上接头1、下接头2、压力剪切开孔组件和撞击起爆组件，所述上接头1与下接头2密封固定连接，且上接头1与下接头2的连接处之间设置有止退螺钉18；所述上接头1内设置有被台阶分隔开的上内径段3和下内径段4，上内径段3的内径小于下内径段4的内径，且上内径段3的上部设置有流通孔A5；所述下接头2上开设有轴向流道6，且下接头2上的轴向流道6呈环形均匀分布，所述撞击起爆组件固定在下接头2内；所述压力剪切开孔组件包括中空芯轴7、剪切套8、剪切钉9和卡圈10，所述芯轴7的上部与上内径段3滑动密封连接，下部伸入下接头2内并与撞击起爆组件滑动密封连接，所述芯轴7的外表面设置有与下内径段4滑动密封连接的环形凸台11；所述剪切套8通过剪切钉9固定在芯轴7上，且剪切套8位于下内径段4内的台阶处，所述卡圈10固定在芯轴7的下部；所述芯轴7的下部开设有轴向流通槽，上部开设有流通孔B12，且流通孔B12在射孔前与流通孔A5不相通，在射孔后向上运动至与流通孔A5相通。

本实用新型中，所述撞击起爆组件包括击针13、起爆器16、螺塞15、剪切销20和击针套14，所述击针套14固定在下接头2内，且击针套14与芯轴7的下端滑动密封连接，所述击针13通过剪切销20固定在击针套14内，击针13的上端伸出击针套14并位于芯轴7内；所述起爆器16通过螺塞15固定在击针套14内，且起爆器16位于击针13的下方。进一步的，所述击针套14上还锚定有用于限制击针13运动行程的限位销17，限位销17的作用在于防止击针13被撞入过深，从而确保整体系统起爆可靠性

本实用新型中，所述卡圈10位于芯轴7与下接头2之间，卡圈10用于在芯轴7向上运动到位后与下接头2的上端配合防止芯轴7回缩。

本实用新型中，所述上接头1的上内径段3上方设置有用于对芯轴7限位的限位台阶19，当芯轴7上的流通孔B12向上运动至与流通孔A5相通时，芯轴7将被限位台阶19限位而不能继续向上运动。其中，限位台阶19的位置以流通孔A5和流通孔B12的轴心线刚好位于同一直线为佳。

本实用新型中，所述轴向流通槽的数量为8个，且轴向流通槽均匀设置在芯轴7上，以便于稳定推动芯向上向运动。所述流通孔A5和流通孔B12的数量均为4个，流通孔A5均匀设置在上接头1四周，流通孔B12均匀设置在芯轴7四周，且4个流通孔A5和4个流通孔B12相对应。

本实用新型中，所述剪切钉9和剪切销20均通过特殊工艺加工而成，剪切值误差小±5%，能够实现高精度剪切，同时具有较好的强度能防止管柱震动时损坏。

本实用新型中，所述击针13为高强度击针13，产品硬度高、韧性好，外表光滑，运动流畅，采用特殊材料与方法加工，能够承受投放棒的冲击作用，剪断剪切销20，击发起爆器16。所述起爆器16为耐高温起爆器16，输出爆轰引爆下一级火工装置，产品安全性好。

本实用新型中各密封连接处采用防H2S材料制成的O形圈密封，硬度高，保证橡胶不会鼓泡、胀大，失去弹性，能够在200℃高温可靠密封。

本实用新型各部件使用特殊钢材，通过特殊加工工艺，耐压强度高，防酸、防碱、防硫性能好。

本实用新型在使用时连接在射孔枪的上部，其具体工作原理为：

工作时从井口投下投放棒，投放棒在自身重力作用下下落，穿过上接头1内部和芯轴7内部后撞击击针13，在撞击力的作用下，剪切销20被剪断，解锁击针13，击针13向下运动并撞击引爆起爆器16引爆下一级射孔枪。当射孔枪起爆后，井液进入射孔枪接头，并通过下接头2上的轴向流道6和轴向流通槽将压力传递到芯轴7上，在井液压力作用下推动芯轴7向上运动直至流通孔B12与流通孔A5的轴心线对齐，此时管柱内部与套管环被被连通，同时卡圈10弹出与下接头2的上端配合防止芯轴7回缩，使管柱保持流通状态，即可进行井液循环、排空井液等后续工作。