專利名稱：油田井下套管焊接擴(kuò)徑彈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田井下套管修理，主要用于修理套管錯(cuò)斷、破裂、外漏的油田井下套管彈。該焊接擴(kuò)徑彈由彈頭、彈身、彈尾、炸藥、雷管等組成。
目前油田井下套管焊接是人們長(zhǎng)期想解決而沒(méi)有解決的難題，采用普通的焊接方法是無(wú)法在井下操作，采用爆炸焊接就可以在井下操作，因?yàn)樗且环N固相焊接過(guò)程，通過(guò)炸藥加速金屬件使之發(fā)生高速傾斜碰撞而實(shí)現(xiàn)焊接，但是它要求焊接面平整清潔和瞬態(tài)碰撞點(diǎn)前方的氣體有流出窗口，若在焊接面之間的空間充滿介質(zhì)如高溫高壓氣體，水及高密度泥漿時(shí)實(shí)現(xiàn)爆炸焊接，就必須將該空間密封起來(lái)，把介質(zhì)排出干凈，并對(duì)焊接面進(jìn)行特殊處理。
英國(guó)國(guó)際研究和發(fā)展公司的D.J.Brown介紹了一種水下爆炸焊接，在水深120m鋼管對(duì)口爆炸焊接，焊接面進(jìn)行了除銹處理，并在密封、抽水的真空條件下進(jìn)行的，而井下套管的爆炸焊接不具備水下除銹、密封的操作條件。
本發(fā)明的目的是為了建立現(xiàn)有技術(shù)不具備的條件、而提供一種能在油田井下除銹、排空泥漿的套管焊接擴(kuò)徑彈。
本發(fā)明的構(gòu)思為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在油田井下套管爆炸焊接，首先必須解決除銹、排空泥漿的難題，解決這一難題的辦法先用可壓縮性好的高壓氣體替代可壓縮性差的泥漿，采用火藥燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體將套管和焊管之間泥將排空，并利用套管內(nèi)壁上蠟和油在高溫高壓下碳化后還原氧化鐵，產(chǎn)生一層無(wú)銹的新界面，但是高溫高壓氣體充滿套管與焊管之間，如何爆炸焊接，必須打破常規(guī)的爆炸焊接辦法，設(shè)計(jì)一種特殊爆炸焊接即從兩端開(kāi)始同時(shí)爆炸焊接，氣體壓縮在“儲(chǔ)氣腔”中，結(jié)果是兩端焊接，中間留有一定的空腔。另外泥漿排空是一種瞬態(tài)效應(yīng)，時(shí)間極短，提前或遲后都會(huì)造成爆炸焊接的失敗，用定時(shí)器控制，根據(jù)火藥燃燒完時(shí)間計(jì)算，確定定時(shí)的時(shí)間，點(diǎn)燃火藥的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器。爆炸焊接后，套管內(nèi)徑縮小，可以使用油田井下整形彈擴(kuò)徑完成，本發(fā)明采用焊接與擴(kuò)徑一步完成，但不能同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)閿U(kuò)徑時(shí)影響焊管與套管的焊接，只能先焊接后擴(kuò)徑，在裝藥上采取分段裝藥延遲起爆的辦法，在兩端焊接炸藥之間引入擴(kuò)徑炸藥，焊接炸藥與擴(kuò)徑炸藥接觸處插入延時(shí)片。為了使焊管與母體脫離，用剪切炸藥切斷焊管。
本發(fā)明由彈頭1-10，彈身11-17、彈尾18-28、三大部分組成，彈頭由空心壓帽1、封密圈2、撞擊板3、撞擊開(kāi)關(guān)4、定時(shí)器5、連接件6構(gòu)成;彈身由上隔板11、焊管12、剪切炸藥13、雷管14、焊接炸藥15、延遲片16、擴(kuò)徑炸藥17構(gòu)成;彈尾由藥筒18、火藥包覆層19、火藥20、點(diǎn)火藥21、點(diǎn)火頭22、下隔板23、密封墊26筒蓋27木栓28構(gòu)成。
撞擊板3由兩層鋁板制成，中間夾著撞擊開(kāi)關(guān)4、下層有引線孔。
定時(shí)器5用電子式定時(shí)器，電點(diǎn)火的同時(shí)定時(shí)器開(kāi)動(dòng)計(jì)時(shí)引爆電雷管。
連接件6用45＃鋼制成，有平臺(tái)7、中心孔8、螺紋盲孔9、密封槽10，用于連接鉆管和焊管。
上隔板11用非金屬材料，硬塑料或硬木制成，有中心孔和引線槽。
剪切炸藥13高爆速炸藥如含有黑索金的高聚物粘接炸藥。
雷管14用耐壓密封電雷管。
焊接炸藥15和擴(kuò)徑炸藥17用低爆速澆鑄炸藥如含梯恩梯的粘結(jié)炸藥。
延遲片16用塑料制成，延遲引爆時(shí)間。
藥筒18用非金屬材料硬塑料或硬木制成，內(nèi)裝火藥、點(diǎn)火藥、點(diǎn)火頭。
火藥包覆層19用作控制火藥燃燒方向。
火藥13用高燃速火藥，燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體。
點(diǎn)火藥14用黑火藥，點(diǎn)燃火藥。
點(diǎn)火頭15電火花點(diǎn)火頭，點(diǎn)燃點(diǎn)火藥。
本發(fā)明的制造用45＃鋼加工成塔式雙圓桶連接件，底部有中心孔，底部下有凹進(jìn)圓臺(tái)柱形、大圓側(cè)面有4個(gè)螺紋盲孔和密封槽，小圓外側(cè)有螺紋內(nèi)側(cè)有平臺(tái)和螺紋，彈身外殼用焊管，彈尾外殼用硬木或硬塑料加工成藥筒。連接件內(nèi)裝有定時(shí)器，焊管內(nèi)裝有剪切炸藥，焊接炸藥、擴(kuò)徑炸藥和雷管，藥筒內(nèi)裝有火藥，點(diǎn)火藥、點(diǎn)火頭。連接件與焊管用螺母連接，焊管和藥筒緊配合連接。
本發(fā)明的排氣孔是根據(jù)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中心排氣或?yàn)榱孙w行穩(wěn)定而在中心周圍多孔排氣，由于油田井下只需要排空泥漿，最好變成環(huán)形多孔側(cè)面排氣，對(duì)稱的4個(gè)或8個(gè)排氣孔。
本發(fā)明中用的撞擊開(kāi)關(guān)是依靠撞擊桿的沖擊力使簧片閉合接通電路，但是井下泥漿比重大，撞擊桿下降速度慢，沖擊桿有時(shí)接觸不到?jīng)_擊板上，有發(fā)生“瞎火”的現(xiàn)象，為了解決這問(wèn)題，最好把簧片換成干簧管繼電器，在撞擊桿端部裝上圓柱形的磁鐵，撞擊桿下井不接觸沖擊板，在一定距離內(nèi)磁鐵的磁場(chǎng)作用于干簧管使其觸點(diǎn)閉合接通電路。
本發(fā)明中用的定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間是根據(jù)火藥燃燒估算確定的，不完全反映井下排空泥漿的時(shí)間，因?yàn)榛鹚幦紵龝r(shí)間隨井內(nèi)壓力的變化而變化。最好的辦法利用高溫高壓氣體對(duì)井內(nèi)溫度的影響，泥漿介質(zhì)傳遞溫度慢，泥漿溫度要比氣體溫度低得多，利用溫度的差別檢測(cè)溫度變化來(lái)判斷套管與焊管之間的泥漿是否排空，定時(shí)器連接一個(gè)溫度傳感器，傳感器根據(jù)溫度的變化，探測(cè)到泥漿排空，給定時(shí)器發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，定時(shí)時(shí)間1-2秒，確保泥漿充分排空再引爆炸藥。
本發(fā)明中焊接炸藥和擴(kuò)徑炸藥的裝藥結(jié)構(gòu)呈啞鈴形，裝藥的確定由計(jì)算機(jī)軟件給出，軟件是爆炸焊接及擴(kuò)徑裝藥計(jì)算程序，本程序是二維有限差分程序，給定裝藥時(shí)，能計(jì)算焊管及套管的變形量及焊接區(qū)的大小。反之在給定的焊管及套管的變形量及焊接區(qū)的大小能計(jì)算裝藥，給出數(shù)據(jù)的方式也能用圖形顯示。
本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)1、解決了人們長(zhǎng)期想解決而無(wú)法解決的油田井下焊接的難題。
2、油田井下套管焊接，擴(kuò)徑及焊管剪切一步完成。
3、結(jié)構(gòu)巧妙，控制可靠，操作簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的


如下
附圖1是油田井下套管焊接擴(kuò)徑彈的剖面圖1-空心壓帽、2-密封圈、3-撞擊板、4-撞擊開(kāi)關(guān)、5-定時(shí)器、6-連接件、7-平臺(tái)、8-中心孔、9-螺紋盲孔、10-密封槽、11-上隔板、12-焊管、13-剪切炸藥、14-雷管、15-焊接炸藥、16-延遲片、17-擴(kuò)徑炸藥、18-藥筒、19-火藥包覆層、20-火藥、21-點(diǎn)火藥、22-點(diǎn)火頭、23-下隔板、24-引線槽、25-排氣孔、26-密封墊、27-筒蓋、28-木栓。
附圖2是附圖1中的排氣孔的一種環(huán)形多孔橫截剖面圖。
附圖3是傳感器所在位置的剖面圖29-溫度傳感器實(shí)施例1、參照附圖1實(shí)施用45＃鋼加工成塔式雙圓桶連接件6的底外徑110mm，中心孔Φ4，大圓側(cè)面有4個(gè)螺紋盲孔22，盲孔下有4mm寬的密封槽，小圓的外徑70mm，上部?jī)?nèi)徑60mm，高20mm，平臺(tái)7寬5mm，下部?jī)?nèi)徑50mm，高110mm。
用硬木加工藥筒11，藥筒底外徑111mm，底厚50mm，內(nèi)徑80mm，筒底上有凹面直徑60mm，高10mm，藥筒內(nèi)壁上有引線槽24穿過(guò)筒底，在藥筒內(nèi)裝入經(jīng)包覆的火藥20，直徑80mm，高80mm，在火藥中心粘上點(diǎn)火藥21、點(diǎn)火頭22插入點(diǎn)火藥中，點(diǎn)火頭導(dǎo)線從藥筒內(nèi)壁上引線槽穿過(guò)管底引出。用有中心排氣孔25的下隔板23壓緊，在下隔板上壓上密封墊26，再用有中心排氣孔的筒蓋27壓緊，并用木栓28鎖緊。在藥筒底凹面上裝入高40mm，直徑60mm的焊接炸藥15，中心裝有雷管，雷管導(dǎo)線從筒底引出，用固藥膠先將擴(kuò)徑炸藥17的一端粘接上延時(shí)片16而后粘接到焊接炸藥上，延時(shí)片用泡沫塑料厚13mm，直徑25mm，擴(kuò)徑炸藥高1500mm，直徑25mm，用同樣的方法，同樣的延時(shí)片和焊接炸藥粘接到擴(kuò)徑炸藥的另一端。用固藥膠將荷葉形的剪切炸藥13粘在焊接炸藥上，荷葉直徑80mm、厚5mm，荷葉桿高60mm，直徑10mm，套上外徑114mm，內(nèi)徑111mm，長(zhǎng)2000mm的焊管12與藥筒底緊配合連接，將點(diǎn)火頭22和2個(gè)雷管的三根導(dǎo)線從上隔板11中心孔引出，上隔板壓入焊管內(nèi)，二根雷管導(dǎo)線通過(guò)中心孔21連到定時(shí)器5上，點(diǎn)火頭導(dǎo)線連接到撞擊開(kāi)關(guān)4上，定時(shí)器導(dǎo)線和撞擊開(kāi)關(guān)連接，連接件的密封槽10套上密封圈，螺紋盲孔9與焊管螺母連接，把定時(shí)器放入連接件空腔內(nèi)，把帶有撞擊開(kāi)關(guān)的撞擊板壓在平臺(tái)4上，再用密封圈2壓緊，螺緊空心壓帽。
使用時(shí)將連接件與鉆桿連上，把油田井下焊接擴(kuò)徑彈放到套管損壞的部位，用2m長(zhǎng)的撞擊桿沖擊撞擊板、接通撞擊開(kāi)關(guān)，點(diǎn)燃火藥的同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器幾秒鐘內(nèi)完成焊接擴(kuò)徑的任務(wù)。
2、按照實(shí)施例1的制造方法，參照附圖2實(shí)施，將中心孔排氣改成環(huán)形側(cè)面多孔排氣，在藥筒的側(cè)面鉆8個(gè)孔，孔塞呈圓臺(tái)形，下隔板改成無(wú)孔的隔板。
3、參照實(shí)施例1制造方法和參照附圖3實(shí)施。不同的是把撞擊開(kāi)關(guān)的簧片換成干簧管繼電器，定時(shí)器與撞擊開(kāi)關(guān)的連線改成與傳感器29導(dǎo)線連接，裝藥根據(jù)焊管內(nèi)徑111mm，套管變形量10mm焊接長(zhǎng)度10mm用軟件計(jì)算焊接炸藥直徑55mm高20mm，擴(kuò)徑炸藥直徑20mm高1600mm。
權(quán)利要求
1.一種油田井下套管焊接擴(kuò)徑彈由彈頭、彈身、彈尾組成，其特征在于彈頭1-10內(nèi)有撞擊開(kāi)關(guān)4，定時(shí)器5，彈身11-17內(nèi)有剪切炸藥13、雷管14、焊接炸藥15、延時(shí)片16、擴(kuò)徑炸藥17，彈尾18-28內(nèi)有火藥20、點(diǎn)火藥21、點(diǎn)火頭22、排氣孔25；彈頭的撞擊開(kāi)關(guān)與點(diǎn)火頭、定時(shí)器及定時(shí)器與雷管用導(dǎo)線連接，彈身的擴(kuò)徑炸藥兩端分別先與延時(shí)片粘接而后與焊接炸藥粘接、雷管插入焊接炸藥中，一端的焊接炸藥面上粘接剪切炸藥，彈尾的火藥粘接點(diǎn)火藥，點(diǎn)火頭插入點(diǎn)火藥中；彈身的焊管一端與彈頭的連接件6螺母連接、另一端與彈尾的藥筒20緊配合連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管焊接擴(kuò)徑彈，其特征在于排氣孔是由多個(gè)的環(huán)形的側(cè)面孔構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管焊接擴(kuò)徑彈，其特征在于撞擊開(kāi)關(guān)的簧片換成干簧管繼電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管焊接擴(kuò)徑彈，其特征在于定時(shí)器的啟動(dòng)信號(hào)由溫度傳感器發(fā)出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管焊接擴(kuò)徑彈，其特征在于裝藥的確定由計(jì)算機(jī)軟件給出，軟件是爆炸焊接及擴(kuò)徑裝藥計(jì)算程序即二維有限差分程序。
全文摘要
本發(fā)明是一種油田井下套管焊接擴(kuò)徑彈，由彈頭、彈身、彈尾組成。其特點(diǎn)是彈頭的撞擊開(kāi)關(guān)點(diǎn)燃火藥燃燒產(chǎn)生高溫、高壓氣體的同時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器控制引爆時(shí)間，先引爆焊接炸藥從兩端焊接焊管，同時(shí)引爆剪切炸藥切斷焊管，再延遲引爆擴(kuò)徑炸藥，擴(kuò)大焊管內(nèi)徑，做到焊接擴(kuò)徑、剪切一步完成。解決了長(zhǎng)期以來(lái)人們想解決而未能解決的難題，為今后油田井下錯(cuò)斷套管、彎曲套管從物理修復(fù)向化學(xué)修復(fù)的轉(zhuǎn)變開(kāi)辟了新紀(jì)元。
文檔編號(hào)E21B29/02GK1074970SQ92100490
公開(kāi)日1993年8月4日 申請(qǐng)日期1992年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月29日
發(fā)明者謝邦錦, 于貴, 袁秋長(zhǎng), 謝清林, 戴錫遵, 寧建會(huì), 張洪義, 齊維賓, 薛社生, 趙學(xué)昌, 盧福志, 辛國(guó)瑞, 劉莉 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所, 大慶石油管理局井下作業(yè)公司