金属割缝管爆炸成形实验装置及实验方法与流程

本发明涉及井下施工中的溶洞堵漏技术领域，尤其涉及一种金属割缝管爆炸成形实验装置及实验方法。

背景技术：

在石油钻井过程中，有时会遇到溶洞，对于小型溶洞，需要堵漏后继续钻进。其中一种堵漏方法是将长度适当的金属管放至溶洞位置，再用炸药将其爆炸成理想的形状，形成骨架，再用泥浆或水泥浆充填其缝隙。

但对于不同长度、不同外径、不同割缝形式、单层或多层金属管，其所用的炸药量不一样，成形也不一样。如何求得与炸药使用量对应的理想形状，必须要做大量的地面实验。我们在地面常温常压下做了四次实验，得到了部分数据。但是井下是高温高压，常温常压下的实验结果与井下使用工况相差较大。

因此，有必要提供一种实验装置及实验方法，来克服上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种金属割缝管爆炸成形实验装置及实验方法，能较为真实地模拟井下情况，为金属割缝管的爆炸成形提供实验基础。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种金属割缝管爆炸成形实验装置，包括：

靶筒，其下端密封连接有底法兰，其上端可拆卸地密封连接有顶法兰，所述靶筒具有能容纳金属割缝管的内腔，所述靶筒上设有加压接头，所述加压接头与所述内腔相连通，所述靶筒的外壁上设有加热带层；

泄压阀，密封连接在所述顶法兰上，所述泄压阀与所述内腔相连通；

导爆索密封套，密封连接在所述顶法兰上，所述金属割缝管内设有导爆芯轴，所述导爆芯轴的导爆索能自所述导爆索密封套穿出所述靶筒。

在本发明的实施方式中，所述导爆索密封套具有：

压套外壳，连接在所述顶法兰上，所述压套外壳具有供所述导爆索穿设的第一穿孔；

密封结构，设置在所述压套外壳内，所述密封结构具有供所述导爆索穿设的第二穿孔，所述第二穿孔与所述第一穿孔相连通；所述密封结构具有相邻设置的密封胶塞及紫铜垫圈；

压紧帽，密封连接于所述压套外壳，所述压紧帽能顶抵于所述紫铜垫圈，所述压紧帽具有供所述导爆索穿设的第三穿孔，所述第三穿孔与所述第二穿孔相连通。

在本发明的实施方式中，所述密封胶塞的上端为球形凸面，所述紫铜垫圈的下表面为球形凹面，所述球形凸面与所述球形凹面相配合。

在本发明的实施方式中，所述泄压阀具有阀外壳及能密封插入所述阀外壳内的阀活塞，所述阀活塞通过多个剪切销钉连接于所述阀外壳，所述阀外壳密封连接于所述顶法兰。

在本发明的实施方式中，所述靶筒的上端连接有环形法兰，所述顶法兰通过多个法兰螺栓与所述环形法兰相连。

在本发明的实施方式中，所述顶法兰与所述环形法兰之间夹设有密封钢圈。

在本发明的实施方式中，所述靶筒上设有传压接头，所述传压接头与所述靶筒的内腔相连通，所述传压接头上连接有压力表。

在本发明的实施方式中，所述靶筒的外壁上连接有多个耳板，各所述耳板上均可转动地连接有支撑杆。

在本发明的实施方式中，所述加热带层为由多根电阻丝组成的加热带层。

本发明还提供一种金属割缝管爆炸成形实验方法，其采用上述的金属割缝管爆炸成形实验装置，所述金属割缝管爆炸成形实验方法包括如下步骤：

步骤s1：将具有导爆芯轴的金属割缝管放置在所述靶筒的内腔中，向所述内腔中注入液体，并将所述导爆芯轴的导爆索自所述导爆索密封套穿出所述靶筒，在所述靶筒的上端密封所述顶法兰；

步骤s2：通过所述加压接头向所述靶筒的内腔中注入惰性气体；

步骤s3：加热所述加热带层；

步骤s4：向所述导爆索点火，所述金属割缝管起爆，记录实验压力数据。

本发明的金属割缝管爆炸成形实验装置及实验方法的特点及优点是：本发明能够真实地模拟井下环境，为金属割缝管的爆炸成形实验提供理论基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的金属割缝管爆炸成形实验装置的结构示意图。

图2为本发明的泄压阀的结构示意图。

图3为本发明的导爆索密封套的结构示意图。

图4为本发明的导爆索密封套的压套外壳的结构示意图。

图5为本发明的导爆索密封套的密封胶塞的结构示意图。

图6为本发明的导爆索密封套的紫铜垫圈的结构示意图。

图7为本发明的导爆索密封套的压紧帽的结构示意图。

图8为本发明的金属割缝管爆炸成形实验装置的另一使用状态的结构示意图。

附图标号说明：1、靶筒；11、内腔；12、加压接头；121、外接管线；13、环形法兰；131、钢圈槽；132、螺栓孔；14、传压接头；141、外接管线；142、压力表；15、耳板；16、支撑杆；161、销轴；2、泄压阀；21、阀外壳；22、阀活塞；221、活塞提环；23、剪切销钉；24、密封圈；3、导爆索密封套；31、压套外壳；311、通道；312、第一穿孔；32、密封结构；321、第二穿孔；322、密封胶塞；3221、穿孔；3222、球形凸面；323、紫铜垫圈；3231、穿孔；3232、球形凹面；33、压紧帽；331、第三穿孔；4、底法兰；5、顶法兰；51、法兰螺栓；52、钢圈槽；53、密封钢圈；54、连接孔；55、连接孔；6、金属割缝管；61、导爆芯轴；62、导爆索；7、加热带层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一

如图1所示，本发明提供了一种金属割缝管爆炸成形实验装置，包括靶筒1、泄压阀2和导爆索密封套3，其中：靶筒1的下端密封连接有底法兰4，其上端可拆卸地密封连接有顶法兰5，所述靶筒1具有能容纳金属割缝管6的内腔11，所述靶筒1上设有加压接头12，所述加压接头12与所述内腔11相连通，所述靶筒1的外壁上设有加热带层7；泄压阀2密封连接在所述顶法兰5上，所述泄压阀2与所述内腔11相连通；导爆索密封套3密封连接在所述顶法兰5上，所述金属割缝管6内设有导爆芯轴61，所述导爆芯轴61的导爆索62能自所述导爆索密封套3穿出所述靶筒1。

具体是，靶筒1大体呈圆柱筒形，其下端密封连接有底法兰4，该底法兰4为具有一定厚度的圆形钢板，靶筒1放在底法兰4的中间位置并与底法兰4焊接固定，该底法兰4用于密封靶筒1并使靶筒1放置在地面时保持稳定。

在本发明中，靶筒1的上端外壁上焊接连接有环形法兰13，该环形法兰13为具有一定厚度的环形钢圈，在环形法兰13的上表面设有钢圈槽131，在钢圈槽131的外围布设有多个螺栓孔132，多个螺栓孔132沿环形法兰13的圆周方向等间隔设置；该顶法兰5能通过多个法兰螺栓51穿设在多个螺栓孔132内而连接于环形法兰13。在本实施例中，在顶法兰5的下表面设有钢圈槽52，当顶法兰5盖设在靶筒1的上端后，顶法兰5的钢圈槽52与环形法兰13的钢圈槽131对扣在一起，形成供密封钢圈53容纳的凹槽，从而顶法兰5与环形法兰13通过密封钢圈53密封连接，实现顶法兰5与靶筒1的密封连接。在本发明中，该密封钢圈53为金属圆环，其由软金属制成，该软金属可为a20合金或a10合金，该密封钢圈53具有一定的厚度，其放置在顶法兰5和环形法兰13之间，当顶法兰5和环形法兰13通过多个法兰螺栓51上紧时，该密封钢圈53发生变形，起到密封作用。

靶筒1的侧壁上设有加压接头12，该加压接头12与靶筒1的内腔11相连通，通过外接管线121连接于加压接头12，可实现对靶筒1的内腔11中的流体加压的目的。

在本发明中，靶筒1的侧壁上还设有传压接头14，该传压接头14与靶筒1的内腔11相连通，该传压接头14可通过外接管线141连接有压力表142，通过压力表142随时监测靶筒1的内腔11中流体的压力及爆炸时的瞬间压力。

进一步的，在靶筒1的外壁上设有加热带层7，在本实施例中，该加热带层7为由多根电阻丝组成的加热带层。通过加热带层7可实现对靶筒1的加热，以便加热靶筒1内的液体。更进一步的，本发明还可通过远红外装置对靶筒1进行测温。

泄压阀2密封连接在顶法兰5上，在本发明中，请配合参阅图2所示，该泄压阀2密封连接在顶法兰5的中部，其具有阀外壳21及能密封插入阀外壳21内的阀活塞22，该阀活塞22通过多个剪切销钉23连接于阀外壳21，该阀外壳21密封连接于顶法兰5。

具体的，在顶法兰5的中部开设有连接孔54，阀外壳21大体呈圆柱筒形，其下端螺纹连接于连接孔54，在阀外壳21的上端插入阀活塞22，该阀活塞22通过沿阀外壳21圆周方向间隔设置的多个剪切销钉23连接在阀外壳21上。在本发明中，该阀活塞22与阀外壳21之间设有多道密封圈24，从而增加阀活塞22与阀外壳21之间的密封性。当靶筒1内的炸药爆炸产生高压时，阀活塞22与阀外壳21之间的多个剪切销钉23被剪断，阀活塞22飞出阀外壳21，从而释放靶筒1内的压力。在本实施例中，在阀活塞22的上端连接有活塞提环221。

导爆索密封套3用于将放置在靶筒1内腔11中的金属割缝管6内的导爆芯轴61的导爆索62引出至靶筒1外部的外接起爆器上，同时为保证靶筒1的密封，该导爆索密封套3还能够起到密封的作用。在本发明中，该导爆索密封套3连接在顶法兰5上，其位于泄压阀2的一侧，请配合参阅图3所示，该导爆索密封套3具有压套外壳31、密封结构32和压紧帽33。

具体的，如图4所示，该压套外壳31大体呈圆柱筒形，其中部设有能容纳密封结构32的通道311，在顶法兰5上开设有连接孔55，该压套外壳31的下端螺纹连接在顶法兰5的连接孔55内，该压套外壳31的下部开设有供导爆索62穿设的第一穿孔312，该第一穿孔312与靶筒1的内腔11相连通且与通道311相连通。密封结构32设置在压套外壳31的通道311内，该密封结构32具有供导爆索62穿设的第二穿孔321，该第二穿孔321与第一穿孔312相连通，在本发明中，该密封结构32具有相邻设置的密封胶塞322及紫铜垫圈323，如图5所示，该密封胶塞322的中部具有穿孔3221，如图6所示，该紫铜垫圈323的中部设有穿孔3231，该穿孔3221和穿孔3231共同组成了密封结构32的第二穿孔321，该密封胶塞322的穿孔3221与第一穿孔312相对连通，该紫铜垫圈323压设在密封胶塞322的上方，其穿孔3231与穿孔3221相对连通；在本实施例中，该密封胶塞322由丁晴橡胶制成，其邵氏硬度为70度，该紫铜垫圈323经过回火处理。如图7所示，压紧帽33密封连接于压套外壳31的上部，该压紧帽33能自压套外壳31的上部插入压套外壳31的通道311中并顶抵于紫铜垫圈323，该压紧帽33具有供导爆索62穿设的第三穿孔331，该第三穿孔331与第二穿孔321相连通。

进一步的，在本发明的一实施例中，如图5和图6所示，该密封胶塞322的上端为球形凸面3222，该紫铜垫圈323的下表面为球形凹面3232，该球形凸面3222与球形凹面3232相配合。本发明将密封胶塞322与紫铜垫圈323之间的配合采用球形凸面3222与球形凹面3232配合的结构，一方面是使密封胶塞322向中心的压紧力更大，另一方面是保证压紧帽33旋转时密封胶塞322不会产生扭曲旋转。

在实验时，首先将金属割缝管6放置在靶筒1的内腔11中，在本实施例中，该金属割缝管6可为中国专利申请号201710081098.1中所述的割缝金属管，当然也可为其他金属割缝管，在此不做限制。其中，导爆芯轴61穿设在金属割缝管6中被一同放置在靶筒1的内腔11中，然后向靶筒1的内腔11中灌注液体，在本实施例中，该液体可为水、泥浆或油，液体会填充在金属割缝管6与靶筒1之间的环空、以及金属割缝管6与导爆芯轴61之间的环空内。之后，将压套外壳31安装在顶法兰5上，将密封胶塞322、紫铜垫圈323依次放入压套外壳31的通道311中，在此过程中，密封胶塞322的球形凸面3222朝上设置，紫铜垫圈323的球形凹面3232朝下设置，然后，将压紧帽33旋入压套外壳31中，此时不要压紧，先将导爆索62从压套外壳31的第一穿孔312穿入，经第二穿孔321和第三穿孔331后，再将压紧帽33上紧于压套外壳31，在压紧帽33的压紧作用下，密封胶塞322在紫铜垫圈323的作用下产生变形，体积缩小，实现了压紧导爆索62的目的。

根据本发明的一个实施方式，该靶筒1的外壁上连接有多个耳板15，各耳板15上均可转动地连接有支撑杆16。具体的，多个耳板15沿靶筒1的圆周方向等间隔设置，各支撑杆16的端部均通过销轴161连接于各耳板15，该支撑杆16能够将靶筒1悬空支撑在地面，且由于该些支撑杆16能够相对耳板15旋转设置，从而使得靶筒1能够在两个方向上使用，即正方或倒置放置于地面(如图8所示)。

本发明的金属割缝管爆炸成形实验装置，能够真实地模拟井下环境，为金属割缝管的爆炸实验提供理论基础。

实施方式二

如图1至图8所示，本发明还提供一种金属割缝管爆炸成形实验方法，其采用实施方式一中所述的金属割缝管爆炸成形实验装置实施，所述金属割缝管爆炸成形实验方法包括如下步骤：

步骤s1：将具有导爆芯轴61的金属割缝管6放置在所述靶筒1的内腔11中，向所述内腔11中注入液体，并将所述导爆芯轴61的导爆索62自所述导爆索密封套3穿出所述靶筒1，在所述靶筒1的上端密封所述顶法兰5；

步骤s2：通过所述加压接头12向所述靶筒1的内腔11中注入惰性气体；

步骤s3：加热所述加热带层7；

步骤s4：向所述导爆索62点火，所述金属割缝管6起爆，记录实验压力数据。

具体的，如图1所示，将靶筒1放置好，取掉顶法兰5，放入装有导爆索62的金属割缝管6，向靶筒1的内腔11中加入4/5的液体，在本发明中，该液体可为水、泥浆或油，把导爆索62从顶法兰5的导爆索密封套3穿出，再把密封钢圈53放入环形法兰13的钢圈槽131，合上顶法兰5，用法兰螺栓51上紧顶法兰5和环形法兰13，装好导爆索密封套3，通过剪切销钉23将阀活塞22固定在阀外壳21内，通过加压接头12向靶筒1的内腔11中注入高压惰性气体，例如氮气或密度较大的氩气，直至达到设定的压力值，之后对加热带层7通电加热，达到设定的温度。诸事检查就绪，就可以对导爆索62点火起爆。起爆时，通过压力表142记录下最高压力值；起爆后，卸下顶法兰5，取出金属割缝管6，检查金属割缝管6的形状及其尺寸，清洗靶筒1，实验结束。

在本发中，向靶筒1内加入的惰性气体的量一般不超过靶筒1内腔11容积的1/3，因起爆时，在1ms之内就要产生高压，泄压阀2来不及泄压，如果靶筒1内全是液体，由于液体的不可压缩性，巨大的压力来不及释放，有可能损坏整个装置。但若是靶筒1的内腔11中有一部分气体，由于气体具有一定的可压缩性，就可以起到一个缓冲作用，待到泄压阀2开始泄压，就可以安全释放压力。

在本发明的一可行实施例中，有时进行的实验压力过高，靶筒1正向放置时，若靶筒1内腔11中液气并存，由于液体密度大，气体密度小，必然是液体在下，气体在上，泄压阀2的阀活塞22和导爆索密封套3密封气体较为困难，这时可将靶筒倒过来放置，如图8所示，用支撑杆16使靶筒1悬空，这样仍然是液体在下，气体由于其密度较小，会跑到靶筒1内液体的上面，此种状态下，泄压阀2的阀活塞22和导爆索密封套3密封的是液体，较为容易，惰性气体仍然可以起到一个缓冲作用，实验仍可按照上述方式进行。

本发明金属割缝管爆炸成形实验方法，能够真实地模拟井下环境，为金属割缝管的爆炸实验提供理论基础。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。