装料夹持器的制作方法

专利名称:装料夹持器的制作方法
概括来说，本发明是属于钻井方面的，例如石油工业生产中进行钻井，特别是关于钻枪部件的发明，钻枪内有用以钻凿井孔壳体和岩层的成型装料器。
使用成型装料器对壳体和周围产生的岩层进行钻孔，不需要将弹丸、大量碎片和渣滓投入钻井，在岩层中就能产生长形似管状的孔，但成型炸药喷射的穿透性主要依赖于成型炸药的投射，所谓投射的定义为成型炸药锥体底面与最近的较大障碍物之间的距离。投射可穿过装料喷咀、钻枪部件的内壁或部件枪口内的衬套。所有上述的技术问题都已是公知的了，並在现有技术领域：
里广泛采用。近年来石油工业朝着“高密度”钻孔方向发展，这种钻孔包括复式装料组，並将这些装料组排列在钻枪部件内，使在每一吋岩层间产生12个或更多个孔眼。装料组通常是相对于它邻近的上面或下面的一个装料组旋转，以便边转动边位移地进行钻孔。这种工艺使壳体减弱的可能性降低，並且被认为，它对于岩层的形成来说，提供了较好的流体流。然而，装料组使每个成型炸药的投射大大降低，因之降低了穿透岩层的能力，大大削弱了装料组的优点和钻出大量孔眼的优点。事实上，这种工艺的总有效投射，一般来说，限制在工时之内，或者更小些。
与降低投射有关的问题，美国J.B.Shore在1969年2月25日的专利No.3429384中已明确说明了，专利中详细公开了降低投射和在管状装料部件内使用大尺寸的成型炸药有关，並指出，投射增加几分之一吋，钻孔深度就会增加百分之二十左右。在公开的专利中，采用管状钻孔枪部件，部件外面加工成凹槽，其中心基本上呈向外的波纹形，用置于部件内的成型刀具加工而成。最终的形状使得投射的增加量等于波纹的深度，而机械加工的凹槽使部件壁被减薄的现象减少了向外挤压作用和毛刺厚度，毛刺是在燃烧时，波纹附近的成型炸药造成的。修补时，上述中后面的现象会使部件不容易粘附在管线上。但是，美国专利中公开的装料器形状和方法是具有许多固有的缺点。第一，用波纹达到形成凸槽的方法需要进行精密压力加工使之达到预定的深度，随后使用成型刀具，这就要求精确定位。第二，由于部件壁的压缩强度下降，在点火时，部件有破坏的可能性。同时，碎片有可能堵塞井孔，所以，对于在一个水平面上有3、4个甚至5个成型装料部件组来说，减小壁厚是不可能实现的。此外，为达到最大效能，在部件内的成型装料器与每个波纹都需要精确的对中。
在美国专利申请序号为No.491624中，公开了另外一种钻枪部件，专利中提出了提供合适的投射这个问题。此专利已转让给本发明人。专利中所述的部件包括管状底座，其中有外部为管状的套筒。内底座有枪口，它通过壁延伸，其形状与置于部件里边的成型炸药形状一致。套筒可用很多方法固定在底座上，这些方法包括焊接、软焊、铜焊或粘附。但不仅限于这几种方法。换句话说，套筒可以压配到底座内，或者滑配后再用机械装置使套筒夹持在部件的任一端的适当位置。这种类型的结构在高密度钻孔中产生的投射比用上述方法有所增加，但增加的绝对量是很小的。最典型的只增加十分之几吋。
与现有技术相反，本发明高密度钻孔枪能获得大幅度增加投射的效果。本发明包括多边成型装料夹持器和朝向管状部件的中心轴向喷咀的相互位置固定的。部件内装有喷枪。炸药底部安置在接近部件的内壁，炸药点火装置同样也安置在部件壁附近。垂直排列的、相隔距离基本上相等的成型装料器布置在多边部件的每一边，在相邻边上，一排排装料器交错排列，这样，不致妨碍每个装料器点火，炸药超过喷枪中心线进到部件壁内的枪口，并通过壳体进到后面的岩层。为了避免炸药起爆引起的碎屑造成的破坏，装料喷咀紧密地靠近所装的炸药。不仅装料起爆装置在夹持器外部，而且喷咀还是从夹持器内部喷射。每批炸药喷射要穿过在装料器咀处的并与其轴向成直线安置的枪桶或喷管。
很容易看出，本发明所述的钻孔枪可使有效投射增加数英寸，并且由于装料器之间的垂直距离小于装料器的宽度或直径，所以提供了加大装料器密度的可能性，因此加大了钻孔密度。因为本发明的钻孔方式，不是在以炸药宽度相隔的分散的平面上进行，而是交错的分布，故可以钻出间隔更均匀一致的孔眼。
只要一个在此技术领域：
中有一般技艺者，参考以下说明及附图便能对本发明的方法及器具更加了解，其中图1，管状装料器部件的纵剖面图，其中包括安装在井孔壳体内的钻枪的最佳实施例。
图2，本发明的钻孔枪最佳实施例的横剖面图。枪安置在井孔内的管状装料器部件里。
图35，3A，3B和3C为三组装料夹持器的平面布置图，利用本发明中的钻孔枪的最佳实施例，将装料夹持器边靠边地安排。
参照附图中的图1，本发明中的最佳实施例钻孔喷枪10位于管状装料部位2里，装料部件有喷口4，它是使内壁厚度减小形成的。装料部件2在钻井孔壳体6中是悬挂着的。部件2和壳体6之间形成环状空间8。为解决开采问题或为清理危险的废料，用水、蒸汽或CO2进行喷射操作，壳体也可能被穿透、石油、气体或水形成的组成物(在图中未画出)围绕在壳体6周围。这种状况虽然是比较典型的，可是不能把本发明仅限于在上述类型的油井中采用。
成型装料器40在夹持器12的各个边上呈竖行排列，并带有现有技术中常用的起爆装置。如到爆线42，引爆线用弹性固定夹44固紧。在图1的截面图中很容易看到喷管46是固定在每个成型装料器40的喷咀上。喷管46穿过喷管口80延伸，80是由装料夹持器侧边连接的相邻空腔组成的。每个喷管的喷咀48位于喷枪口4的附近。
图2是通过装料夹持器口的横截面图，其中包括装料器40，引爆线42，固定夹44，以及喷管46，它们都各自安装在应有的位置上。每条引爆线42都有一个屏蔽层50，它把爆芯52包复起来。屏蔽层50可以由任何一种合适的材料制成，可以是民龙，热塑性橡胶(TPR)，铅，铝，塑料，矽，玻璃纤维，卡夫拉，聚丙烯或者钢材，它们可以采用挤压、缠绕、编条或编织的方法成型。爆芯52可以是任一种爆炸材料，但最好采用70粒/英尺的RDX。每个成型装料器40都包括底座60，底座的底部都有小孔62，孔内安置开始引爆成型炸药66的传爆药64。炸药也可以是RDX，或者是用于这种装料器的其它炸药，其中包括环三甲撑三硝胺，六氢1.3，5-三硝基-5-三氮杂苯，三次甲基三硝基胺，六素精，T4。一般认为最好为RDX，HMX;或称为HNS的2、2′，4、4′，6、6′六硝基均二苯代乙烯，但是不仅限于以上所述的炸药。若钻线在高温(500°F以上)的井内使用，则可用称为PYX-化合物。此外和上述的炸药同时，还需使用石腊聚合物或硬脂酸盐粘接剂，例如RDX和硬脂酸钙粘接剂，一般称为CH6。装料器40内有装料衬里68，衬里68和底座60之间装上炸药66，装料器40的口70是打开的。每个装料器40的外壳70呈圆柱形，并具有圆周沟槽，沟槽内放入弹性挡环74。
喷咀管46上有收集从装料器40喷射出来的炸药的入口端82和对着枪口4发射炸药的出口端84。喷管46可由金属或其它适宜的材料做成，例如玻璃纤维或高强度塑料(由编织的卡夫尔纤维铸成模型)。入口端82延伸到外径72中去。装料器40用弹性固定夹44卡在喷咀管46中，固定夹的一端插到装料夹持器12的小孔74内。贴近装料器40的料咀70从喷咀管46的颈部向下，在88处内壁90的直径减小，相等直径的内壁一直延伸到出口端84，壁90的直径限定了喷射孔92的尺寸。虽然上面只叙述了单个装料器和喷管的结构，而喷枪内的其它装料器40和喷管46基本上与上述相同。
现在参照图12和3A-3C，最佳实施例中的喷枪10包括一个三边为等边三角形横截面的装料夹持器12。夹持器的三个面14，14′和14″最好是压制的金属板条。从图3S中的3A、3B和3C容易看出，装料夹持器12的中心平面14上，在小孔16的周围有一排均匀等距的空隙。在垂直方向沿各边有大致等距排列的空槽18。空槽18与边20大致平行，边20延伸到椭圆形底22中去。每两个空槽之间有两个螺栓孔24，14面上的所有螺栓孔在垂直方向成一直线安排。从图2中可看到。析线26是弯曲的，14面的外边是与在平面内相同边上14面的边成30°角的两段弯曲线。
很明显，14′和14″面上的相对尺寸和装料器小孔之间的距离、空槽、螺栓孔以及曲线都与14面上的相同。因此，这些相同的特征就不必详述了。但是，重要的是要注意装料小孔16与符号小孔16′和16″是相对交错排列的。可以看出，每个孔在垂直方向与相邻的后一个孔相隔的距离等于每两个螺栓孔的中心距。例如，14，14′和14″面上的最下边的小孔16，16′和16″，小孔16和16′间的垂直距离X等于小孔16和16″中心的垂直距离Y，而X和Y都等于Z值。Z为两个螺栓孔24之间的中心距(也是24′和24″的中心距)。换言之，装料器在垂直方向上是围绕夹持器12沿着螺旋线上升的方式排列的。
侧面凹槽18、18′和18″和小孔16、16′和16″不同，它们沿侧边交错或偏离地排列，使这些凹槽与最邻近边上的凹槽在同一平面内沿一直线排列。这样，将板条14，14′和14″装配在一起组成夹持器12时，相邻夹持器边上的每一对凹槽相对连接边上的第三个夹持器来说都构成一个喷管口80。喷口80与小孔(16、16′或16″)同心。这一点，在图3S的3A、3B、3C中很容易看到。14′面上的最下边小孔16′的中心落在14面上左边的最下边凹槽18的同一平面上，并落在14″面右边最下边的凹槽18″的平面上。在14、14′、14″面共同装配在一起组成夹持器12时，凹槽18和18″形成喷口。
装料器小孔16、16′和16″在垂直方向上相对螺栓孔的偏移位置，上面已讨论过了。很清楚，这样叙述仅是为了方便。从以上谈到的喷口是由相邻的凹槽形成的这个问题中，可以说明，在垂直方向上，装料小孔的最小间隔受成型炸药的高度限制，炸药穿过喷口80喷射，不应受到任何阻碍。它还受到喷管46的外壁90的外经的限制，炸药是通过90内孔穿过喷管口的。上述的最小间隔在图3S的3A-3C中已表示。从中清楚看出，边上的每一组凹槽，在垂直方向上同一个夹持器对边上的下一个稍高的凹槽偏离的距离等于凹槽的垂直高度H，同时也等于X、Y和Z。
对照附图1，用六角头螺栓和螺母30穿过螺栓孔24、24′、24″，将夹持器装配起来。图1中的14″面是面对读者的，侧面14也可以看到，而14′面则在视图的后面，是看不见的。其它的紧固装置也可以采用，例如板金属螺钉或铆钉。侧面也可采用点焊或钎焊连接，粘附连接，也可用接头把14、14′和14″固定在一起。另外，装料夹持器口由单片金属板制成，按需要将金属板折成最后的形状。夹持器12可由金属或其它材料挤压成型，冲出全部所需的小孔，挤压后进行切削或机加工。在现有技术中所采用的上述工艺和其它工业方法，在本发明制造夹持器的工艺中也采用了。
很清楚，钻孔喷枪的发明是具备新颖性和创造性的。现有技术中投射被限制在很小的范围内，约2吋甚至比2吋还小。而本发明超过现有技术的投射值，可增到几吋或百分之几百吋。例如外径为7- 1/4 吋时的装料器，其厚度为 1/2 时，装料深度(底到咀)为1-3/4时，引爆线为7/32吋，引爆线和装料器内壁之间距为1/8吋，此时，根据本发明，其有效投射为4.15时。相反，相同的装料器是围绕引爆线轴线的中心布置，则投射仅为1.25左右。因此，本发明使有效投射增加23%以上。在使用小直径的装料器的情况下，增加的的相对有效投射就更大。例如使装料器内径减少到1吋时，每个装料组的投射降低到 1/2 吋到3/4吋。本发明的喷枪投射降低到3.15吋左右时，它比装料组的投射大320%左右。
再有，本发明中的垂直装料空间小于炸药的宽度或直径，所需的最小垂直距离只要满足炸药喷射能立刻通过上、下喷咀的间隙而不受任何阻碍就可以了。
本发明虽阐述了最佳实施例，但并不限于此。如前所述，装料夹持器的外形可以有各种各样。通过在夹持器中采用挡板以收集喷射碎屑的方法，可以取消喷管。另外，采用螺旋缠绕引爆线，后引爆管型引爆系统，或将电装料引爆系统接入本发明的装置中。还可以使用许多其它尺寸和形状的成型装料底座，炸药和引线，包括螺旋曲线型引线。此外，发明还可以采用其它特殊的底座、炸药和引线材料。最后，本发明中的钻孔枪不只是在装料部件里边工作。喷管可封接在示出口端，以便投射自由流体。在装料器底座和喷管的入口端放O型密封环。以上这样或那样的修改，增加或取消，对一个普通技术人员来说，是显而易见的，并且，也不需要脱离本发明的主题和保护范围就可以做到。
权利要求
1.用于井孔的钻孔枪，包括大体上与钻孔枪纵轴线同心的装料夹持器装置；安置在上述夹持器装置中用来起爆喷射的成型装料部件，喷射轨迹大致与上述的纵轴线交叉；以及炸药起爆装置
2.权利要求
1中的钻孔枪，在上述的成型装料部件中，有多个成型装料器。
3.权利要求
2中的钻孔枪，每个装料器的喷射轨迹的方向大致落在相对于中心轴线的径向平面内。
4.权利要求
3中的钻孔枪，所有的径向平面都不是交叉的。
5.权利要求
4的钻孔枪，所说的多个成型装料器安置在夹持器内，围绕中心线成三行垂直排列，各行相隔约120度角。
6.权利要求
5的钻孔枪，将径向平面内的一行成型装料器，安置在最近的一行成型装料器的上方，並且在最近的另一行成型装料器的下方。
7.权利要求
6的钻孔枪，从大致垂直安置的成行的成型装料器中喷射出的轨迹，在夹持器交叉布置以后，是从另两行垂直的装料器之间通过。
8.权利要求
6的钻孔枪，还包括与各个成型装料器相连系的喷管，喷管为喷射轨迹周围的阻挡层。
9.权利要求
6中的钻孔枪，还包括围绕在夹持器周围的大致呈管形的部件。
10.权利要求
9中的钻孔枪，成型装料器安置在最靠近上述管形部件的内壁里。
11.权利要求
6的钻孔枪，炸药起爆装置包括有大致与相邻成型装料行垂直的引爆线。
12.权利要求
6的钻孔枪，起爆装置包括被夹持器包住的单根引爆线，引爆线从夹持器中最上端的成型装料器延伸到下部径向平面上的成型装料器。
13.权利要求
2的钻孔枪，许多装料器的安排形成一个模型，因此，装料器喷射的轨迹都落在互不相交的径向平面上，並且都与中心线相交。
14.用于井孔的钻枪，包括大致为管形的部件;多个成型装料器，每个装料器都有喷咀和底部，並且和装料器中间轴线大致对称分布。装料夹持器具有中心轴线，夹持器引导成型装料器朝向该轴线。炸药起爆装置。
15.权利要求
14中的钻孔枪，成型装料器的轴线安排在与夹持器轴线不相交的各个径向平面内。
16.权利要求
15的钻孔枪，夹持器内的各个装料器，以相隔等距的三行垂直排列，接近管形部件的内圆。在垂直的行列上，每个装料器位于与另一行径向平面内的邻近装料器的上方或下方。
17.权利要求
16的钻孔枪，还包括和每个成型装料咀相连的喷管，喷管从装料器咀沿装料器轴线延伸，穿过夹持器轴线到管状部件的内壁。
18.钻穿井孔壁的方法，包括至少有一个成型装料器;井孔里至少安排一个成型装料器;至少有一个成型装料器穿过井孔的中心轴线，以及至少一个成型装料器的点火装置。
19.权利要求
18中所述的方法，还包括多个成型装料器;所有的成型装料器都在井孔中;每个成型装料器都在通过井孔中心轴线的不相交的径向平面内;以及多个成型装料器的点火装置。
20.权利要求
19所述的方法，还包括所述的成型装料器，安排在井孔内的三行等距的垂直行上，而各竖行上的装料器安置在最近一行的成型装料器的上方，又在另一最近的一行成型装料器的下方。所有竖行上的成型装料器都在另两竖行上的成型装料器之间。
专利摘要
本发明包括一个高密度钻孔枪，枪内的成型装料器是定向安置的。因此，从装料器喷嘴喷射的方向和枪的轴线交叉。成型装料器以小于装料器直径的距离，在垂直方向上被隔开；这个距离，对每个装料器发出的喷射来说，不会受到其它最邻近的装料器发出的喷射的阻碍，为达到这个目的，这么大的距离已经足够了。
文档编号E21B43/117GK85101675SQ85101675
公开日1987年1月31日 申请日期1985年4月1日
发明者戴维·琼·雷德 申请人:喷嘴研究中心导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan