CN1065045C - 消耗性杆式支架上聚能药包的安装设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一个聚能药包的盖，它包括一组与盖的螺柱轴线平行的平面。每对相邻平面的接合部上有一条刻线，刻线的与螺柱相对的一侧有一弯边，以把盖固定在药包上。本发明还是一种能同时拧紧支架上一组药包的设备，它包括一组套筒扳手、与套筒连接的末级驱动器、一个中间驱动器、及一个电机，都安装在一个框架上。末级驱动器与中间驱动器配合，使所有套筒沿同一方向转动。调整框架可使各套筒与药包接合，以同时拧紧所有药包。

Description

消耗性杆式支架上聚能药包的安装设备

本发明涉及烈性炸药的聚能药包。本发明特别涉及到一项用于穿透有防护管或套管的地下钻井的聚能药包的外罩或外盖的设计。

烈性炸药的聚能药包一般用来形成液压连通通道，即在防护管或套管中穿孔，以此完成钻井与某一地层的贯穿。药包通常借助钢丝绳或管送到钻井中指定的深度。

通常都希望经一次操作就能在套管中完成一组穿孔，所以人们发明了各种各样的能将一组药包送到指定深度的装置。这些装置被称为枪组件或枪。某些枪属于完全消耗性的-这是用于描述某类枪的术语，该类枪可以在药包起爆后回收那些基本上无用的部件。

一种完全消耗性的枪组件就是所谓的消耗性的杆式支架。与其它类型的其尺寸适于通过在套管内同轴插入的导管索进行输送的枪相比，消耗性的杆式支架有如下优点：它能够使枪组件输送较大的药包；在穿孔枪起爆后，它能使消耗掉的药包残片更多地得到回收。

消耗性的杆式支架型枪组件通常带有为隔绝在枪起爆前就存在于钻井中的水而密封的聚能药包。密封手段典型地包括一个容纳炸药的壳体，以及一个布置在药包侧边上引导炸药爆炸气体排放的盖。盖通常有一个密封表面与壳体的对应的密封表面接合，密封通过一个“O”形环或类似的允许盖与壳体之间产生转动的密封圈实现。为能通过螺纹与支架连接，盖还有一个带螺纹的安装螺柱。

支架是一根细长的钢制杆件，上面有一组按一定间距定位并沿支架长度方向共线排列的螺纹孔，这些孔的螺纹直径能与药包盖上的螺柱相配合。典型地，支架每英尺长度上有4或6个螺纹孔。支架的长度可以只有1英尺，而在某些情况下，当支架是分段安装、且一般每一段为10英尺长时，其长度就会达到100英尺甚至更长。在每个支架上的某些或者全部螺孔上可以按具体钻井的完工要求将药包安装在任何一种特定的枪组件上。

使用杆式支架型穿孔枪遇到的问题之一是药包盖通常有一个圆形外表面与螺柱邻接，也就是说没有合适的可以施加螺柱安装扭矩的表面。人们曾研制出几种对盖施加安装扭矩的专用工具，但还没有一种工具既能测量所加的扭矩、又能同时安装一组药包。在杆式支架上安装药包的其他方法还包括用管钳或扁嘴钳拧紧等等，但扁嘴钳和管钳都会使药包盖的密封表面变形，在枪放入钻井时会引起盖的泄漏，从而可能造成药包正确起爆的失败。

理想的情况是在药包起爆后保留尽可能多的盖，这样，在枪起爆后遗留在钻井内的碎片的数量可保持在最小。如果施加在药包上的安装扭矩不足够大，引爆就会造成药包盖从支架上射出。

人们还希望能在支架上同时安装一组药包以减少使用枪组件的时间。现有技术的圆形的盖使人们很难使用一种能够同时拧紧一组药包的设备。

本发明的一个目的就是提供一种具有一个在施加安装扭矩时能保持药包盖原始形状的安装表面的聚能药包。

本发明的再一个目的是提供一种能够同时对一个消耗性的杆式支架型钻井穿孔枪组件上的一组聚能药包施加扭矩的设备。

本发明的又一个目的是一提供一种用于消耗性杆式支架枪组件上的聚能药包的盖，以改善枪组件起爆后在支架上保留盖的效果。

本发明为一种聚能药包的盖，它适于在药包安装到消耗性的杆式支架型钻井穿孔枪组件上时，对聚能药包施加扭矩。这种盖包括几个环绕盖的圆周分布的平面，盖上还包括一个螺柱，能够使其通过螺纹安装到相配合的杆式支架上的螺纹孔中。盖上的平面的外部面与螺柱轴线平行，这样就可以使用管钳或套筒扳手对药包施加扭矩，将药包安装到支架上。这些平面中每两个相邻平面间的接合部上都有一条基本上与螺柱的轴线垂直而延伸的刻线。

在本发明的一个最佳实施例中，每个接合部上在位于刻线的与螺柱相对一侧的部分都有一个弯边，以把盖卡在药包上。

本发明还是一个对消耗性的杆式支架型钻井穿孔枪组件上的一组聚能药包同时施加安装扭矩的设备。该设备包括一组其内表面能与聚能药包盖上的平面相配合的套筒扳手、一个马达、一组与马达和套筒扳手转动啮合的齿轮，这样，马达产生的扭矩将同时施加在所有的聚能药包上。

本发明还在于一种用于钻井的穿孔枪组件，它包括一个至少有一个安装聚能药包的螺孔的支架；至少一个聚能药包，它有一个壳体和一个盖，所述盖包括一个有轴线且从所述盖的中心向外延伸的螺柱，所述螺柱适于与所述支架上的至少一个所述螺纹孔相接合，而且所述盖包括一组在所述盖的外径上外切布置的平面，所述平面基本上与所述螺柱的所述轴线平行，所述平面还包括形成于所述平面的每一对相邻平面的相交之处的接合部，每一个所述接合部上都有一条基本垂直于所述螺柱的所述轴线而延伸的刻线，每一个接合部上位于所述刻线的与所述螺柱相对的一侧都有一个弯边，以使所述盖在所述枪通过套管放入所述钻井的过程中保持固定，同时也使所述盖在所述药包起爆时基本上完全脱离所述药包而保留在所述支架上。

在附图中，

图1示出一个消耗性的杆式支架型钻井穿孔枪组件。

图2示出带有本发明的药包盖的聚能药包穿孔器。

图3为本发明药包盖的端面图。

图4为本发明的药包盖与聚能药包装配在一起的侧视图。

图5为本发明的药包盖的剖视图。

图6示出用于同时在消耗性的杆式支架上拧紧一组药包的设备。

图1示出一个消耗性的杆式支架型钻井穿孔枪组件10。细长的、通常为钢制的杆式支架12通过螺孔14来固定一组聚能药包16，螺孔与作为聚能药包16组成部分的安装螺柱15上的螺纹相接合。药包16通过螺柱15和螺孔14之间的螺纹摩擦固定在螺孔14中。支架12通过固定螺栓22与点火头24连接，点火头24可与其上端的套环定位器(未示)等其他设备连接。最终，穿孔枪组件10终止于缆绳接头26。缆绳接头26与用来将穿孔枪组件10送入钻井2的钢丝绳28连接。钢丝绳28还通过一根绝缘导线30将起爆电流提供给一个位于枪组件底部的电激雷管32。雷管32引爆连到每个聚能药包16的引爆线18并使聚能药包16起爆。引爆线18通常在与雷管32方向相反的另一端带有一个密封帽20，以隔绝钻井2中可能存在的水。

图2示出本发明的药包盖40组装到聚能药包16上的情景。聚能药包16包括：一个带有能夹住引爆线(如图1中18所示)的安装眼36的壳体34；一包烈性炸药38；一个衬壳39；一个“O”形环42；以及盖40。

盖40上有一个安装螺柱44，它能够与支架(如图1中12所示)上的配合螺纹(如图1中14所示)相接合。“O”形环42与作为盖40组成部分的密封面43相接触。另外，“O”形环42还与作为壳体34的组成部分的配合密封面45相接触。盖40安装在壳体34上，以使壳体34在药包16安装到支架12上时能相对于盖40转动。转动壳体34并使安装眼36与支架共轴线地排列，以便于引爆线18与枪组件10上的众多药包16连接。

图3为盖40的俯视图，以便更清楚地展示本发明的功能。一组平面46环绕盖40的圆周与密封面43相对地布置。平面46与螺柱44的轴线平行，并按照能使这些面46与诸如紧固套筒扳手之类的工具相配合的原则布置。平面46的布置方式与六边形机器螺母的平面相类似。

夹住平面46之后，套筒扳手就能够对盖40施加可控制、可度量的扭矩，以把药包16安装到支架12上。虽然图3示出的盖40有六个按六边形布置的平面46，但仍有理由认为，不同数量的平面46也能起到同样的作用。例如，紧固套筒板手还可制成具有十二个配合平面，所以本发明的盖40也可具有十二个与十二点套筒配合布置的平面46。

扭矩通过一个带有扭矩测量仪的扳手施加到套筒上，所以正如以上所述，本发明的盖40能使药包16受到可度量的扭矩的作用。扭矩还可以通过一个经过标定、输出预定扭矩的扳手施加到套筒上，这样在将药包16安装到支架12上的过程中，操作者就不必每次往支架12上装药包16时都测量一下扭矩。

图4所示的本发明的盖40的侧视图更好地解释了本发明的功能。图中48所示的接合部形成于每一对相邻平面46的每一个交合部位。每一个接合部48上刻有一道刻线47，而且刻线47的深度应足以使其至少部分地进入平面46。刻线47的延伸方向大体上与螺柱44的轴线垂直。药包16引爆之后，盖40通常沿刻线47破裂，随即，与壳体34相接的盖40部分地脱落。盖40的其余部分在药包16起爆后依靠螺柱44的螺纹依然保留在支架12上。

每个接合部48上位于刻线47的与螺柱44相对一侧的部分47A在药包16的制造过程中向内弯向壳体34。由弯边形成的部分47A靠摩擦与“O”形环42下面的壳体34的部分相接触。在药包16安装到支架12以及整个穿孔枪组件10沿钻井2移动的过程中，这种摩擦接触使盖40固定在壳体34上。

图5示出本发明的盖40的剖面，以便更好地解释盖40的与其设计性能和药包16的穿孔性能有关的特点。在烈性炸药(如图2中38所示)起爆时，高温的气体和衬壳上的金属碎屑形成称为“射流”的基本呈圆锥状的羽烟，随着爆炸放射出来。对圆锥状射流的意义还将作进一步的解释。

盖40的内表面(位于螺柱44的里面)是圆柱状的部分401，以减少必须由射流穿透的材料的厚度，便于在钻井(如图1中2所示)内穿孔。第一锥口孔段402所对的角通常约为90度，其外径约等于螺柱44的螺纹内径。第一锥口孔段402如此加工是为了减少圆锥状射流喷射路径上的盖的材料，这样便增强了药包16的穿孔性能。第二锥口孔段403基本上与第一锥口孔段402同圆心地加工。第二锥口孔段403的内径大致与螺柱44的螺纹外径相等，这样，它在直径方向上与第一锥口孔段402相间隔开。第二锥口孔段403所对的角约为115度，这同样是为了减少爆炸射流路径上的盖的材料。第二锥口孔段403与第一锥口孔段402之间在直径方向上相间隔的另一个目的是使盖40在靠近螺柱44根部之处有足够的金属厚度，从而基本消除应力对盖40上螺柱44根部的破坏。由于减轻了应力对螺柱44根部的破坏，使盖40在药包16起爆后仍能保留在支架(如图1中12所示)上的可能性大大提高。

应该指出，选用其他的第一锥口孔段402和第二锥口孔段403所对的角及其直径尺寸也会和上述的本发明采用的角度和尺寸一样，达到最强穿孔性能和减少应力破坏的目的。本文公开的角度和直径尺寸是通过安装了按上述参数加工的盖40的实际药包16的爆炸试验确定其效果的。

图6示出能同时拧紧支架12上的一组药包16的设备。一组套筒扳手110固定在一组驱动轴108上。每根驱动轴108都单独与相应的一组齿轮106连接，每个齿轮都固定在框架100上转动。齿轮106可按支架12上的孔(如图1中14所示)的间距确定其径向上的间距。每个齿轮106都与蜗杆104联动。蜗杆104由马达102(本发明采用电动机)驱动。电动机102启动后驱动蜗杆104，随之驱动所有齿轮106按同样的方向转动，齿轮106的转动再传递到驱动轴108和套筒110。框架100的位置可调，以使每个套筒110都能套住支架12上的聚能药包16，从而实现同时拧紧一组聚能药包16。

Claims (9)

1．一个穿孔聚能药包的盖，它包括：

一个具有轴线的螺柱，所述螺柱基本位于所述盖的中心并从其向外延伸；

一组在所述盖的外径上外切布置的平面，所述平面均与所述轴线平行，以便使用扳手对所述盖施加扭矩，所述平面在其中每一对相邻的平面相交之处形成接合部；以及

一条在所述接合部至少部分地穿入所述平面的刻线，所述刻线基本垂直于所述螺柱的轴线而延伸，这样，在所述药包起爆后，所述盖基本上完全与所述药包脱离。

2．根据权利要求1所述的盖，它还包括一个弯边，弯边在每个所述接合部上的所述刻线的与所述螺柱相对的一侧形成，以使所述盖在所述药包起爆前保持在所述药包上。

3．根据权利要求1所述的盖，它还包括：

一个基本在所述盖的内表面中心形成的第一锥口孔段，所述第一锥口孔段的内径基本等于所述螺柱的所述内表面的圆柱段的直径，所述第一锥口孔段的外径与所述螺柱的螺纹内径大致相等；以及

一个基本在所述盖的所述内表面中心形成的第二锥口孔段，所述第二锥口孔段的内径大致与所述螺柱的螺纹外径相等，所述第二锥口孔段所对的角基本上大于所述第一锥口孔段所对的角，这样，基本上可防止所述盖在所述螺柱根部附近遭到破坏，而且所述药包的穿孔性能基本上不会由于所述药包的爆炸中包含了所述盖的金属而改变。

4．根据权利要求1所述的盖，其中包括6个所述平面，每个所述平面的长度基本相等，而且所述这些平面基本上按规则六边形布置。

5．根据权利要求1所述的盖，其中包括12个所述平面，每个平面的长度基本相等，而且所述这些平面基本上按规则十二边形布置。

6．一种同时对一组烈性炸药的聚能药包施加安装扭矩的设备，所述药包构成一个消耗性的杆式支架型钻井穿孔枪组件的一部分，所述设备包括：

一个框架；

一个设置在所述框架上的电机；

一个设置在所述框架上与所述电机转动连接的中间驱动器；

一组与所述中间驱动器转动连接的末级驱动器，所述的每一个末级驱动器都沿相同的方向转动；以及

一组套筒扳手，所述的每一个套筒都有一个能与所述聚能药包组中的每一个药包的外表面相配合的内表面，所述套筒扳手组中的每一个套筒分别与所述末级驱动器组中的每一个驱动器转动连接，所述套筒扳手组与部分地通过螺纹连接到所述支架上的所述聚能药包组同轴、共线地布置，所以，当所述框架调整位置并使所述套筒组能与所述药包组接合时，所述电机的驱动就能使扭矩同时施加到所述聚能药包组上。

7．根据权利要求6所述的设备，其中，所述中间驱动器包括一个蜗轮。

8．根据权利要求6所述的设备，其中，所述末级驱动器组包括一组直齿轮，以及一组相应地与所述直齿轮组连接的驱动轴。

9．一种用于钻井的穿孔枪组件，它包括：

一个至少有一个安装聚能药包的螺孔的支架；

至少一个聚能药包，它有一个壳体和一个盖，所述盖包括一个有轴线且从所述盖的中心向外延伸的螺柱，所述螺柱适于与所述支架上的至少一个所述螺纹孔相接合，而且所述盖包括一组在所述盖的外径上外切布置的平面，所述平面基本上与所述螺柱的所述轴线平行，所述平面还包括形成于所述平面的每一对相邻平面的相交之处的接合部，每一个所述接合部上都有一条基本垂直于所述螺柱的所述轴线而延伸的刻线，每一个接合部上位于所述刻线的与所述螺柱相对的一侧都有一个弯边，以使所述盖在所述枪通过套管放入所述钻井的过程中保持固定，同时也使所述盖在所述药包起爆时基本上完全脱离所述药包而保留在所述支架上。

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