一种射孔枪释放短节的制作方法

本发明涉及油田开发设备，特别是涉及一种射孔枪释放短节。

背景技术：

目前很多油田的开发过程中射孔采用丢枪工艺，可以减少完井时间和完井事故，降低建井成本。但是屡次出现了丢枪失败的事故，降低了油井产量，妨碍了油田正常开发，不得不放弃使用丢枪工艺，射孔后将射孔枪提出地面，增加了作业的危险性，增加了成本，延长了建井周期。

现有丢枪工艺主要靠丢枪接头，丢枪接头的主要原理是：可收缩的弹性卡爪利用卡爪的凸出与油管接头的内置凹槽配合卡住射孔枪，限位套置于弹性卡爪内部防止卡爪收缩。射孔后，井眼的高压流体通过井眼进入射孔枪内，高压液体推动限位套上移，由于限位套已经上移，弹性卡爪失去了限制而在射孔枪重力的牵引下出现收缩，弹性卡爪的凸出与油管接头的凹槽脱离，射孔枪在重力作用下落入预定井眼，从而实现了射孔后射孔枪自动丢枪的目的。

现有丢枪接头全部为机械结构，主要的控制机构依赖于液压推动。但液压推动对于密封、加工精度要求较高。如果限位套上下密封失效，虽然限位套上、下两端同时受到高压液体作用，但限位套不会移动；如果限位套或与限位套相接触的结构加工精度不够高，则限位套可能被卡住。上述两种情况会导致限位套不能按设计上移，弹性卡爪在限位套作用下不能收缩，射孔枪无法脱离油管接头，导致丢枪失败。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的机械结构的丢枪接头存在无法丢枪的不足。

针对上述问题，本发明提出了一种射孔枪释放短节，包括：芯轴；上接头， 套设在所述芯轴的外部，内壁上设置有凹槽；可溶解金属套筒，套设在所述芯轴外周，设置在所述芯轴与上接头之间；下接头，与所述上接头相配合，包括弹性卡爪，所述弹性卡爪的自由端延伸到所述上接头与可溶解金属套筒之间，所述自由端上设置有与所述凹槽相配合的凸部，所述凸部与所述可溶解金属套筒的位置相对应；所述下接头上设置有通液孔，所述通液孔能够将所述释放短节外部的用于溶解所述可溶解金属套筒的液体引导进入所述释放短节的内部。

根据本发明的射孔枪释放短节，其包括用于与射孔枪相连接的下接头、与下接头相套接的上接头以及与上接头和下接头套接的芯轴。上接头的内壁上设置有凹槽。下接头包括与凹槽相配合的弹性卡爪。弹性卡爪包括自由端。自由端上设置有与凹槽相配合的凸部。弹性卡爪通过该凸部与凹槽挂接，从而实现下接头与上接头的连接。芯轴上套设有可溶解金属套筒。可溶解金属套筒用于抵压弹性卡爪的自由端，以将凸部抵压到凹槽中，保证下接头与上接头的连接稳定性。在需要丢弃射孔枪时，用于溶解可溶解金属套筒的液体能够通过下接头上的通液孔并溶解可溶解金属套筒。可溶解金属套筒溶解后，失去对弹性卡爪的支撑作用，从而在下接头、芯轴以及射孔枪等构件的重力作用下，弹性卡爪的凸部从上接头的凹槽脱出，进而下接头、芯轴与射孔枪得到释放。本发明的射孔枪释放短节相对于传统丢枪接头，无需机械作用力就可以实现丢枪，提高了射孔枪丢枪的成功率。

在一个实施例中，所述下接头包括第一阶梯孔以及直径大于所述第一阶梯孔的第二阶梯孔，所述芯轴与所述第一阶梯孔螺纹连接，所述芯轴与所述第二阶梯孔的孔壁之间形成有与所述通液孔相连通的间隙。该间隙有利于从通液孔进入到释放短节内部的液体迅速通过并与可溶解金属套筒接触。

在一个实施例中，所述芯轴上套设有限位套筒，所述限位套筒设置在所述可溶解金属套筒与下接头之间。限位套筒能够对可溶解金属套筒形成限位，防止可溶解金属套筒沿芯轴的轴向方向移动而脱离对弹性卡爪的支撑。

在一个实施例中，所述限位套筒的外周表面上设置有沿所述限位套筒的轴向延伸的引导槽，所述引导槽与所述间隙相连通。引导槽能够引导进入到芯轴与第二阶梯孔的孔壁之间的间隙中的液体流过限位套筒。

在一个实施例中，所述芯轴上套设有限位环，所述可溶解金属套筒设置在所述限位环与所述限位套筒之间。限位环能够防止可溶解金属套筒沿芯轴的轴向方 向移动而脱离对弹性卡爪的支撑，提高可溶解金属套筒的位置稳定性。

在一个实施例中，所述下接头还包括直径大于所述第二阶梯孔的第三阶梯孔，所述限位套筒的端部插入所述第三阶梯孔并座接在所述第二阶梯孔与第三阶梯孔之间的台阶面上。限位套筒受到下接头的限制，位置稳定性好。

在一个实施例中，所述通液孔的开口设置在所述下接头的端面上，有利于液体从射孔枪的内部流入到释放短节的内部。

在一个实施例中，所述可溶解金属套筒是镁铝合金套筒。镁铝合金套筒的可溶解性能好，保证顺利地完成释放射孔枪的工作。

在一个实施例中，镁铝合金套筒的外表面上设置有包覆层。包覆层能够有效控制镁铝合金套筒的溶解速率，同时也提高镁铝合金套筒的刚度，提升承压能力。

在一个实施例中，所述包覆层的材料为镍、铜或者锌，方便采用氢还原技术将上述金属包覆到镁铝合金套筒的表面上。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明实施例的射孔枪释放短节的整体结构示意图。

图2是图1中A处的局部放大示意图。

图3是图1中B处的局部放大示意图。

图4是本发明实施例的限位套筒的结构示意图。

图5是本发明实施例的镁铝合金在KCl溶液中的溶解情况示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明实施例的射孔枪释放短节10，包括芯轴11、设置在芯轴11一端的堵头12、套设在芯轴11外部的筒状的上接头13、与上接头13相配合的下接头14、套设在芯轴11上的可溶解金属套筒15。

如图1、图2所示，下接头14的一部分插入到上接头13中，下接头14的外 周表面设置有用于固定密封圈的槽。下接头14的外壁与上接头13的内壁挤压密封圈以在该处形成密封。下接头14用于与射孔枪相连接。下接头14包括延伸到可溶解金属套筒15和上接头13之间的弹性卡爪141。可溶解金属套筒15设置在上接头13与芯轴11之间。所有弹性卡爪141搭压在可溶解金属套筒15的顶部。弹性卡爪141上设置有位置与可溶解金属套筒15相对应的凸部141a，上接头13的内壁上设置有与凸部141a相配合的凹槽。初始状态，在可溶解金属套筒15的支撑作用下，凸部141a卡入凹槽，从而弹性卡爪141限制下接头14的轴向位置，下接头14不能沿轴向方向移动。释放射孔枪时，可溶解金属套筒15溶解后会失去对弹性卡爪141的支撑作用，从而在射孔枪的重力作用下，弹性卡爪141的凸部141a最终从凹槽中脱出，下接头14沿轴向方向移动并最终脱离与上接头13的配合，完成丢弃射孔枪的工作。

如图1、图3所示，下接头14包括与弹性卡爪141相对的安装端部142。安装端部142设置有外螺纹，射孔枪与安装端部142通过螺纹连接的方式连接在一起。下接头14包括靠近安装端部142的第一阶梯孔、直径大于第一阶梯孔的第二阶梯孔以及靠近弹性卡爪141且直径大于第二阶梯孔的第三阶梯孔。第一阶梯孔的孔壁设置有内螺纹，芯轴11的端部设置有与该内螺纹相配合的外螺纹，从而芯轴11与下接头14通过螺纹连接的方式实现连接固定。

芯轴11的外周面与第二阶梯孔的孔壁之间形成有间隙99。下接头14上设置有与该间隙99相连通的通液孔143。通液孔143的开口设置在安装端部142的端面上，出口设置在第二阶梯孔的孔壁上以使得通液孔143与上述间隙99相连通。通液孔143能够将释放短节10外部的用于溶解可溶解金属套筒15的液体引导进入释放短节10的内部。通液孔143连通了射孔枪的内部空间以及芯轴11与第二阶梯孔的孔壁之间的间隙99，使得液体能够从射孔枪的内部通过通液孔143流入到该间隙99中。下接头14上设置有多个通液孔143。多个通液孔143围绕下接头14的轴线周向均匀分布，增加进入到间隙99中的液体量，加快溶解可溶解金属套筒15的速度。

可溶解金属套筒15与下接头14之间设置有限位套筒16。限位套筒16套设在芯轴11上，一端抵靠在可溶解金属套筒15上，另一端插入第三阶梯孔中并座接在第二阶梯孔与第三阶梯孔之间的台阶面上。限位套筒16能够对可溶解金属套筒15形成限位，防止可溶解金属套筒15沿芯轴11的轴向方向移动而脱离对 弹性卡爪141的支撑。

限位套筒16、上接头13与可溶解金属套筒15之间形成有另一集液腔。如图4所示，限位套筒16的外周表面上设置有沿轴向方向延伸的引导槽161。引导槽161分别与间隙99和集液腔相连通。引导槽161能够引导进入到芯轴11与第二阶梯孔的孔壁之间的间隙99中的液体流过限位套筒16。经过引导槽161的而进入到集液腔的液体与可溶解金属套筒15接触并发生化学反应以溶解可溶解金属套筒15。

芯轴11上套设有限位环17。可溶解金属套筒15设置在限位环17与限位套筒16之间。限位环17能够防止可溶解金属套筒15沿芯轴11的轴向方向移动而脱离对弹性卡爪141的支撑，提高可溶解金属套筒15的位置稳定性。限位环17可以通过销钉固定在芯轴11上。

如图1所示，芯轴11外周表面上设置有环形凸缘111。环形凸缘111的顶部设置有周向延伸的环形安装槽。在环形安装槽中安装密封圈，环形凸缘111与上接头13的内壁共同挤压密封圈以在该处形成密封。芯轴11一端与下接头14螺纹连接。环形凸缘111与上接头13的内壁之间形成密封，从而使得芯轴11与下接头14以及下接头14之间形成集液腔，以使得液体浸没可溶解金属套筒15。

本发明实施例的射孔枪释放短节10的工作过程是：

将携带有射孔枪的释放短节10下放到井筒中并固定好位置。在射孔枪射孔前射孔枪内部空间与井筒中的液体隔绝。在射孔枪射孔后，井筒内的液体会进入射孔枪的内部空间。进入到射孔枪内的液体通过下接头14上设置的通液孔143流入芯轴11与第二阶梯孔的孔壁之间的间隙99中，进而流经限位套筒16的引导槽161而与可溶解金属套筒15相接触并发生化学反应。可溶解金属套筒15与液体发生反应后会发生溶解。经过一段时间，溶解后的可溶解金属套筒15失去对弹性卡爪141的支撑作用。在射孔枪、下接头14和芯轴11的重力作用下，下接头14上的弹性卡爪141发生收缩而使得弹性卡爪141的凸部141a从上接头13的凹槽中脱出，继而射孔枪、下接头14和芯轴11等构件落入井筒底部，从而实现释放短节10丢弃射孔枪的目的。

本发明实施例的可溶解金属套筒15是镁铝合金套筒。该镁铝合金套筒的加工制造过程是：首先将镁铝粉末经过混合，然后将混合好的复合金属粉末放入模 具中，再将模具放到压制设备上压制成型。将成型的镁铝合金套筒放入烧结炉，在特定的温度和气氛(或真空)中进行烧结。最后将烧结好的镁铝合金套筒放入石蜡油中进行热处理。

另外，为了进一步地保证镁铝合金套筒的工作承压能力和工作溶解速率，采用氢还原技术在镁铝合金套筒的表面上包覆金属Ni(镍)、Cu(铜)、Zn(锌)等以形成包覆层，从而达到有效控制镁铝合金套筒的溶解速率，同时也提高镁铝合金套筒的刚度，提升承压能力。

井筒或者地层中的液体中含有Cl-(氯离子)，而金属Mg(镁)与Al(铝)可在含氯离子的溶液中发生电化学反应。以KCl水溶液为例，镁铝合金套筒中的金属成分与KCl水溶液中的氯离子发生化学反应后逐渐溶解。镁铝合金套筒在不同温度、不同KCl溶液中随时间的重量变化也不同。温度越高、KCl水溶液中的氯离子含量越高，溶解速度越快。

如图5所示，镁铝合金套筒在不同温度、不同浓度KCl溶液中的溶解速率，前6h或8h(大于设计的镁铝合金套筒承压时间2h)的降解速度均较慢，镁铝合金套筒的重量变化小，外径几乎无变化，承压能力不受影响，当溶解时间超过6h或8h后，镁铝合金套筒以一定速度匀速溶解，外径明显减小，承压能力变弱。

本发明实施例的射孔枪释放短节10，包括用于支撑弹性卡爪141的可溶解金属套筒15。当可溶解金属套筒15与井筒或者地层中的液体发生化学反应而溶解后，弹性卡爪141的凸部141a会从上接头13的凹槽中脱出，最终完成丢弃射孔枪的工作。相比于现有技术中通过高压液体推动限位套的移动来实现丢弃射孔枪的方式，本发明实施例的射孔枪释放短节10无需液压作用进行机械移动，从而大大提高射孔枪丢枪的成功率，降低了作业的危险性和成本，缩短了建井周期。

容易理解地，本发明实施例的可溶解金属套筒15的材料并不局限于本实施例的镁铝合金。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。