一种无起爆药高速动能转换射孔系统及方法与流程

本发明涉及油气井完井，具体为一种无起爆药高速动能转换射孔系统及方法。

背景技术：

1、目前，在石油、天然气开采射孔领域中使用较多的两种射孔作业方式为电缆传输射孔和油管传输射孔，在两种射孔方式中均使用含有起爆药的雷管作为点火起爆源。起爆药中主要成分为叠氮化铅(pbn6)，为降低其敏感度，多采用羧甲基纤维素包覆叠氮化铅颗粒，但是其敏感度仍远远高于常用的猛炸药。使用这种含有敏感起爆药传统雷管，存在着许多不安全因素，在储存、运输、装配、拆卸等过程中的机械冲击和振动作用下易意外起爆；在使用过程中，易受到无线电、地面仪器漏电、静电放电、临近高压线及意外撞击可能意外发火，造成地面伤害或误射孔事故。

2、对于提高油气井射孔施工安全性，现在已采取的措施有提高电雷管安全性能和使用隔爆、避爆技术，施工可以采用防静电雷管、大电流雷管、磁电雷管和避爆体等，但这两方面的措施并未从本质上完全避免由于含有起爆药而存在的潜在危险性。

3、如果油气井射孔中取消了危险感度高的起爆药，并在设计过程中实现井下升压和动能转换，则会减少生产制造、贮存、运输和使用全过程的安全隐患，避免环境污染，将使得油田射孔作业不受静电、环境射频、井场漏电及杂散电流等环境的影响，更能够适应日渐复杂的现场施工环境和井筒环境，改善职工作业环境，实现油气井爆破作业的安全运行。

4、因此，开展适应于油气井施工环境的无起爆药高速动能转换射孔系统研究十分必要，对于从技术上最大限度保障现场施工人员安全和井下作业安全具有重要的意义，同时也具有更大的社会效益。

5、现有技术中已将军事领域的高安全性爆炸桥丝雷管(ebw)和冲击片雷管(efi)技术应用于石油射孔中，因为其雷管中仅装有钝化的炸药柱，大大提高了爆炸物的本质安全性。但，上述两种技术需要极高的能量才能将其激发，使得高压电子点火装置与雷管必须采用一体式设计，从而导致成本较高，影响了其在油气井电缆射孔领域的应用。

6、因此，亟需一种安全性高，生产成本低的射孔装置。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的射孔装置安全性不足，成本高的问题，本发明提供一种无起爆药高速动能转换射孔系统及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种无起爆药高速动能转换射孔系统，包括供电电源、控制装置、电缆井下升压装置、动能转换装置和导爆索；所述电缆井下升压装置的输入端与供电电源及控制装置相连接，所述电缆井下升压装置的输出端与动能转换装置相连接；所述动能转换装置与导爆索相连接。

4、进一步地，所述电缆井下升压装置包括升压电路、放电电路和安全电路；

5、所述升压电路与供电电源和控制装置相连接，用于电路低压电流转变为高压电流进行储能；

6、所述放电电路与动能转换装置相连接，用于是控制升压电路的储能输出，使电缆井下升压装置充分放电给动能转换装置；

7、所述安全电路用于保证放电电路的安全可靠的放电。

8、进一步地，所述电缆井下升压装置还包括第一整流滤波模块、脉宽调制模块、功率转换模块、场效应管、变压器、第二整流滤波模块、升压控制模块、输出控制模块、储能控制模块、放电频率控制模块和安全泄放控制模块；输入电流经第一整流滤波模块进行整流滤波分为两路，第一路电流进入功率转换模块进行功率转换，第二路电流依次经脉宽调制模块和场效应管后进入功率转换模块与第一路电流汇合后依次经变压器、第二整流滤波模块、升压控制模块和输出控制模块，最后，分别进入储能控制模块、放电频率控制模块和安全泄放控制模块；

9、所述储能模块用于控制升压电路对高压电流的储能；

10、所述放电频率控制模块用于控制放电电路的储能输出；

11、所述安全泄放控制模块用于控制安全电路的可靠性放电。

12、优选地，所述第一整流滤波和第二整流滤波模块均采用倍压整流电路进行整流。

13、优选地，所述放电电路设置有电路检测装置，用于对起爆前的放电电路进行检测，保证起爆性能的可靠性和稳定性。

14、进一步地，所述动能转换装置包括电极引线、发火电极、撞击底帽、一级装药、外壳和导爆索夹；所述电极引线的输入端与电缆井下升压装置相连接，输出端与发火电极的输入端相连接；所述发火电极插置于外壳的内部，发火电极的输出端穿过撞击底帽与导爆索夹相连接；所述撞击底帽设置于外壳的内部，所述一级装药填充于撞击底帽的内部；所述导爆索夹与导爆索相连接。

15、优选地，所述发火电极通过螺栓插置固定在外壳的端部。

16、优选地，所述一级装药为rdx、hmx、tnt和petn中的一种或多种。

17、优选地，所述供电电源的供电电压为180vdc～200vdc。

18、利用上述系统进行射孔的方法，包括以下步骤：

19、将动能转换装置与导爆索连接固定；

20、将电缆井下升压装置的输出端与动能转换装置的输入端相连接；

21、将电缆井下升压装置输入端与控制装置及供电电源相连接；

22、下井，将安装好的电缆井下升压装置和动能转换装置输送至预定位置，接通供电电源，利用控制装置进行选发起爆进行射孔。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明一种无起爆药高速动能转换射孔系统，该系统通过供电电源、控制装置、电缆井下升压装置、动能转换装置和导爆索的设置，利用了高压放电原理结合能量转换理论和炸药爆炸理论原理，将高压脉冲电压转换成热能，直接起爆导爆索，实现了将电缆井下升压装置与高速动能转换装置分离，并能在使用时实现连接且能可靠引爆导爆索；该系统不含敏感的起爆药，而且电缆井下升压装置与高速动能转换装置用分离式设计，能够有效地消除雷电、杂散电流等外界环境对起爆装置的影响，增加火工品存储、运输和使用安全性，杜绝地面爆炸、井下误爆炸等事故的发生，从本质上实现了无起爆药安全激发系统的高安全性。另外，电缆井下升压装置与高速动能转换装置用分离式设计，可实现电缆井下升压装置的重复利用，降低了生产成本，在石油射孔完井和试验中具有广泛的应用前景和推广价值。

25、进一步地，电缆井下升压装置中升压电路、放电电路和安全电路的设置可实现电路低压电流转变为高压电流进行储能和储能输出的过程，使电缆井下升压装置充分放电给动能转换装置，使动能转换装置可靠引爆导爆索；并保证放电电路的安全可靠的放电。

26、进一步地，第一整流滤波模块、脉宽调制模块、功率转换模块、场效应管、变压器、第二整流滤波模块、升压控制模块、输出控制模块、储能控制模块、放电频率控制模块和安全泄放控制模块的设置，对电缆井下升压装置进行了设计和优化，成功将供电电源电压由180vdc～200vdc升至3000vdc，并由电缆井下升压装置输出端输出，最后由动能转换装置进行能量转换将电能转换成高速动能，直接引爆导爆索，安全性高，操作性强，且结构简单。

27、进一步地，所述第一整流滤波和第二整流滤波模块均采用倍压整流电路进行整流，可实现将交流电变为直流电后给储能电容器充电。

28、进一步地，电路检测装置的设置可对起爆前的放电电路进行检测，保证起爆性能的可靠性和稳定性。

29、进一步地，动能转换装置中电极引线、发火电极、撞击底帽、一级装药、外壳和导爆索夹的设置，可利用高压电极之间产生火花来引燃一级装药，保证发火电极可靠安全地引燃能量转换装药，进一步提升系统的可靠性和安全性。

30、进一步地，所述发火电极通过螺栓插置固定在外壳的端部，进一步保证连接的可靠性和安全性。

31、本发明还提供一种利用上述系统进行射孔的方法，首先，将动能转换装置与导爆索连接固定；然后，将电缆井下升压装置的输出端与动能转换装置的输入端相连接，并将电缆井下升压装置输入端与控制装置及供电电源相连接；最后，下井，将安装好的电缆井下升压装置和动能转换装置输送至预定位置，接通供电电源，利用控制装置进行选发起爆进行射孔。方法简单、安全性高、可操作性强，是油气井完井技术领域先进型技术。