一种自动丢枪的无缆式射孔器

本发明涉及油气开发领域，具体涉及一种自动丢枪的无缆式射孔器。

背景技术：

1、射孔作业，是将射孔枪送入油气井内预定层位进行爆炸开孔，打开地层与井筒的流通通道，让地层流体能够顺利进入井内的施工作业，在油气开发的完井作业中被广泛使用。

2、传统的射孔作业一般分为电缆射孔、油管射孔和连续油管射孔，这类作业方式是通过电缆、油管或连续油管的送入长度来判断射孔枪在井内的抵达深度，然后在抵达指定深度后，通过电缆点火引爆射孔枪或管内加压引爆射孔枪，在射孔后又通过电缆、油管或连续油管将送入工具及残留的相关部件取出。因此现有技术中的整个射孔作业过程，需要依赖送入工具进行大量的人工操作，流程繁琐且自动化程度极低，并且作业过程需要至少进行一趟起下钻或起下电缆，不仅耗时较长，还要长期占用井口空间。

技术实现思路

1、本发明提供一种自动丢枪的无缆式射孔器，以解决现有技术中的射孔技术流程繁琐、自动化程度低、人力和时间成本均较大等问题，实现自动完成射孔作业、降低人力和时间成本等目的。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种自动丢枪的无缆式射孔器，包括射孔枪，还包括ccl短节，位于射孔枪上方的浮力短节、丢手机构和供电短节，以及位于所述浮力短节内部的控制模块；所述浮力短节位于丢手机构上方；

4、所述浮力短节的密度小于井内流体密度；

5、所述控制模块与ccl短节、射孔枪和丢手机构均信号连接。

6、针对现有技术中的射孔技术流程繁琐、自动化程度低、人力和时间成本均较大等问题，本发明提出一种自动丢枪的无缆式射孔器，其中射孔枪可采用现有技术，在此不做赘述。

7、本领域技术人员应当理解，ccl短节即为采用了ccl技术（套管接箍定位技术）的井内工具短节，ccl技术是基于电磁感应原理来感应井内套管接箍的成熟技术手段，广泛应用于油气井固井后的测井管串中；本技术在射孔器内集成ccl短节，可使得射孔器入井后能够自动判断工具当前深度，进而自动判断是否抵达设定的待射孔层位。此外，丢手机构为能够丢弃掉其下方所有工具管串的机构，在钻完井领域内均有运用，用于当工具管串在井内发生阻卡甚至卡钻等事故工况时，主动丢弃其下方的管串，而回收其上方的管串、并为打捞工具的入井腾出井口及井内空间；现有技术中能够适用于本技术、在井下工具管串中起丢手作用的任意丢手机构均可适用于本技术中。

8、本领域技术人员应当理解，本技术中用于表示方位的上/顶、下/底，是以射孔器入井后，朝向井口的方向为上/顶、朝向井底的方向为下/底。

9、本技术设置浮力短节，使其密度小于井内流体密度，以确保其在井内具有升力；本领域技术人员应当理解，需要射孔完井的油气井，均为套管固井，在射孔前井筒内部还未与地层连通，因此井内无论是钻井液还是完井液，其密度均是已知的；且射孔后进入井内的油、气、水等地层流体及其混合物的密度也不会超过之前的井内流体密度，因此本技术对于浮力短节的材质、结构等在此不做限定，只需保证浮力短节整体的平均密度小于井内流体密度，即可确保浮力短节在井内始终具有升力。

10、浮力短节内部具有控制模块，控制模块与ccl短节信号连接可实时获取ccl短节的检测信号，进而确定射孔器的自身深度；控制模块与射孔枪信号连接，用于控制射孔枪的引爆，以自动完成射孔作业；浮力短节与丢手机构信号连接，用于在射孔作业完成后，将丢手机构下方的管串遗留在井中，而浮力短节在浮力作用下携带控制模块自动上返至井口回收；也能够在本技术的射孔器入井过程中遇阻或遇卡时，自动丢掉下方管串，使浮力短节携带控制模块自动上返至井口回收，有利于现场工程师制定更为合理的解卡和打捞方案。

11、本技术中，浮力短节位于丢手机构、射孔枪和供电短节的上方，以确保引爆射孔枪的射孔作业不会破坏浮力短节，同时确保启动丢手机构丢手后，浮力短节能够尽可能的与其余管串脱离，充分保证其具有自动上返能力。

12、本技术中的供电短节用于为射孔器中的所有用电设备供电，包括但不限于控制模块、ccl短节等。

13、本技术具体工作时，只需提前在控制模块内预设好该次射孔的深度或对应的套管接箍数据，然后将射孔器自井口整体投入井内即可。射孔器在整体重力的作用下在井内下沉，下沉过程中浮力短节的浮力可以避免下沉速度过快，进而使得射孔器整体缓慢下沉，保证ccl短节的定位精度、进而提高对射孔层位的定位精度。射孔器下沉过程中，ccl短节实时感应各套管接箍并将感应信号发送至控制模块，控制模块根据套管接箍判断射孔枪的当前深度，当射孔枪抵达预设的射孔深度时，控制射孔枪引爆进行射孔作业；然后控制丢手机构启动，将其下方的管串遗留在井内，此时浮力短节与被遗留的管串脱离，在自身浮力作用下自动上浮，直至返回井口，工作人员自井口回收浮力短节与其内的控制模块。

14、可以看出，本技术摒弃了现有技术需要使用电缆、油管或连续油管送入射孔枪的惯用技术构思，只需将射孔器放入井内即可自动完成整个射孔作业，克服了现有技术需要大量人工操作且流程繁琐的缺陷，显著降低了人力和时间消耗，显著提高了射孔作业的自动化程度。此外，由于本技术射孔器在浮力短节作用下，下沉速度较慢，抵达射孔层位需要一定时间，因此在该段时间内工作人员完全有时间窗口完成井口或试油管汇的安装连接，所以本技术在海上油田的从式井或批钻作业过程中，还可降低井口占用时间，实现完井作业的交叉作业，显著提高完井和/或试油作业效率。

15、本技术尤其适用于直井、小造斜度定向井进行自动射孔作业。

16、进一步的，所述浮力短节、丢手机构、供电短节、射孔枪、ccl短节自上而下依次相连；所述浮力短节顶部设置第一打捞头。

17、本方案明确限定了各工具的相对位置关系，使浮力短节位于射孔器最上方且与丢手机构直接连接，以此确保在丢手后，浮力短节不会受其余工具的重力干扰，能够顺利的自行上浮至进口；供电短节、射孔枪和ccl短节均位于丢手机构的下方，在丢手后均被遗留在井内；供电短节位于射孔枪上方，使得在引爆射孔枪后，供电短节不受干扰，依然可以向控制模块供电，避免射孔枪引爆时破坏供电短节与控制模块之间的供电电路、导致无法控制丢失机构启动的情况出现。

18、本方案通过射孔枪将ccl短节与供电短节隔开，以此避免供电短节的工作电流对ccl短节识别套管接箍造成干扰，可有效提高本技术自动定位的精确性。

19、此外，浮力短节顶部设置第一打捞头，当射孔器在入井过程中遇卡、或浮力短节上返过程中遇阻时，可自井口下入与第一打捞头相匹配的打捞工具，整体打捞射孔器或单独打捞浮力短节，便于作业现场对事故工况的处理。

20、进一步的，所述浮力短节内部设置芯片仓，所述控制模块位于芯片仓内；所述芯片仓内还设置有存储模块；

21、所述控制模块的输入端与ccl短节信号连接，所述控制模块的输出端与射孔枪、丢手机构和存储模块均信号连接；

22、所述控制模块用于控制射孔枪的引爆和丢手机构的启动；

23、所述存储模块用于存储ccl短节的感应信号和控制模块发出的控制信号。

24、本方案中，ccl短节的感应信号传输至控制模块，控制模块根据ccl短节的感应信号控制射孔枪的引爆，并在射孔枪引爆后控制丢手机构启动；同时，控制模块还将所接收的ccl短节的感应信号、以及所发出的各控制信号，均传输至存储模块进行本地存储。待浮力短节上浮出井后，工作人员可读取存储模块内部存储的数据，进而准确分析并掌握该次自动射孔作业的完整过程及其完成情况。

25、此外，当射孔器在入井过程中遭遇阻卡、且阻卡点位位于浮力短节下方时，本方案还可控制丢失机构启动，丢掉下方管串，使浮力短节上浮至井口，此时工作人员即可读取存储模块内部存储的数据，以此为依据分析判断具体的阻卡原因，进而更加有针对性的制定打捞方案，以此提高本技术的工作安全性。

26、进一步的，所述丢手机构包括内部中空的第二打捞头、自第二打捞头顶端插入第二打捞头内部的弹爪、用于将所述弹爪锁定在第二打捞头内部的锁定机构；所述弹爪的顶端与所述浮力短节的底端固定连接；所述控制模块用于解锁所述锁定机构。

27、申请人在深入研究过程中发现，现有技术中的一类井下工具的丢手工具均是用过工具内部憋压的方式，用高压力剪切销钉实现工具的丢手，这类丢失工具并不适用于本技术的无缆作业工况；现有技术中还有一类电缆作业时用的火工丢手工具，但是其原理依然是通过剪切销钉的方式实现丢手，且用于本技术中具有结构复杂、导致工具整体重量过大不利于控制自动下落速度，丢手后对井内落鱼的打捞较为复杂，打捞成功率难以得到有效保证等缺陷。此外本技术中，当射孔器在入井过程中，在丢手下方遭遇严重阻卡、通过打捞浮力短节的方式已经无法将射孔器整体打捞出井时，则会存在较大的作业隐患，严重时甚至会导致该井无法顺利投产。

28、为了克服上述缺陷，本方案设计了一种专用于本技术的丢手机构，其中第二打捞头在常规打捞头结构的基础上，将其内部设置为中空结构，并从第二打捞头的顶端向其内部插入弹爪，弹爪的顶端位于第二打捞头外部、用于与浮力短节的底端固定连接，通过锁定机构将弹爪锁定在第二打捞头内部，以实现在正常工作状态下，弹爪与第二打捞头的固定连接，从而确保在正常工作状态下，第二打捞头与上方的丢手机构的相对固定。当需要丢手时，控制模块控制锁定机构解锁、解除对弹爪的锁定，此时弹爪在自身弹性力的作用下、解除与第二打捞头之间的固定连接，浮力短节上浮、带动弹爪脱离第二打捞头内部并共同上浮至井口。之后，可自井口下入与第二打捞头相匹配的打捞工具，对留在井内的工具进行打捞。

29、本方案的丢手机构：无需液压驱动、其丢手原理不依赖剪切销钉实现，更加适用于本技术的无缆式射孔作业工况；丢手机构集成第二打捞头，弹爪装配在第二打捞头的内部，结构简单巧妙，有效降低了丢手工具的体积和长度，更有利于控制射孔器的总重量，进而有利于射孔器以更平稳且缓慢的速度自动下沉入井；在任意时刻均可进行丢手，可在射孔器入井过程中遇卡时及时丢手，在通过打捞浮力短节的方式已经无法将射孔器整体打捞出井时，可通过丢手机构提供备用打捞方案，显著提高了射孔作业的安全性。

30、进一步的，所述第二打捞头内部设置轴向贯通的通孔，所述通孔包括扩径部；

31、所述弹爪包括若干周向均布的弹片，所述弹片上设置有径向向外延伸的定位块；所述扩径部的顶面与定位块的顶面，为相互匹配的斜面；所述斜面沿径向方向，由外向内逐渐向上倾斜；

32、所述锁定机构包括被夹设在若干定位块内部的支撑件、位于支撑件内的导爆索、与弹爪底面接触的第一弹性件，所述第一弹性件用于向弹爪施加朝上的推力；

33、所述控制模块用于控制所述导爆索引爆。

34、本方案通过通孔以满足第二打捞头的中空结构，其中扩径部，顾名思义是内径有扩张的部位，即是扩径部的内径要大于前述通孔的内径。弹爪上具有若干周向均布的弹片，弹片上的定位块径向向外延伸且与扩径部相匹配。在自然状态下，各弹片在预应力作用下向内收拢，使各定位块收拢至能够顺利通过第二打捞头内部通孔的状态。本方案在未丢手时，通过支撑件支撑在各定位块内部，即是通过支撑件克服各弹片的弹性复位力，使各定位块始终被撑开在扩径部内，又由于有第一弹性件自底部向弹爪施加向上的作用力，因此各定位块顶端的斜面，抵接在扩径部顶部的斜面上，此时由于支撑件的存在，各弹爪无法向内收拢，即可实现对弹爪的锁定。

35、支撑件内部设置受控制模块控制的导爆索，当需要丢手时，解锁锁定机构的方法是：控制模块控制导爆索引爆，导爆索将支撑件炸碎，各弹片在弹性复位力的作用下向内收拢，同时在第一弹性件的作用下将弹爪整体向上推动，各定位块沿斜面逐渐脱离扩径部的范围。

36、进一步的，所述丢手机构和供电短节之间通过双公接头相连，所述双公接头的顶面开设环槽，所述环槽内连接有与所述第一弹性件相匹配的安装座，所述第一弹性件设置在所述安装座内。

37、本方案通过双公接头连接丢手机构和供电短节，同时为第一弹性件的安装座提供安装工位，通过环槽使得安装座轴向稳定，进而确保第一弹性件的安装稳定，保证第一弹性件能够对弹爪施加向上的推力。

38、进一步的，所述射孔枪和ccl短节之间通过双头触点接头相连，所述双头触点接头的一端连接信号线、另一端与ccl短节的输出导杆相连；所述信号线穿过射孔枪并连接至所述控制模块。

39、现有技术中，由于要考虑到导线的缠绕打结甚至拧断等问题，因此射孔枪和与其相邻的其余工具之间的信号连接一般都采用开设旁通的方式实现，这种信号连接方式具有安装过程繁琐复杂，旁通孔密封要求高、需要进行大量密封处理等缺陷。具体到本技术中，由于将ccl短节设置在射孔枪的下方，因此ccl短节与控制模块相连的信号线必然要穿过射孔枪内部，所以，若采用传统的导线进行信号连接，会有严重的缠绕打结甚至拧断风险，若采用旁通方式信号连接，无论是ccl内部的仪器还是射孔枪，均有极高的密封要求，一旦密封失效则必然导致射孔器无法工作，因此作业隐患较大。

40、为了克服上述问题，本方案采用双头触点接头来实现射孔枪和ccl短节之间的连接，双头触点接头的顶端与射孔枪的底端相连、双头触点接头的底端与ccl短节的顶端相连；而信号的通讯通过双头触点接头内部实现，ccl短节的感应信号经输出导杆传输至双头触点接头底端、经双头触点接头顶端传输至信号线上即可。此种连接方式可确保ccl短接与控制模块之间稳定、安全的信号传输，同时避免需要设置大量密封结构，有利于简化工具结构、降低生产和使用成本。

41、进一步的，所述双头触点接头包括壳体，壳体内部设置有呈上下分布的第一腔室和第二腔室，第一腔室底部设置第一通信触点、第二腔室顶部设置第二通信触点，所述第一通信触点与第二通信触点相互接触；

42、还包括沿轴向滑动配合在第一腔室内的第一滑块、沿轴向滑动配合在第二腔室内的第二滑块，所述第一滑块与第一通信触点之间设置第二弹性件，所述第二滑块与第二通信触点之间设置第三弹性件；

43、所述第一滑块、第二滑块均为导体，且第一滑块与所述信号线电性连接，第二滑块与ccl短节的输出导杆抵接。

44、本方案中，ccl短节的感应信号经输出导杆传输至第二滑块，经第三弹性件、第二通信触点传输至第一通信触点，然后传输至第一滑块，再经第二弹性件、第一滑块传输至信号线。由于第一弹性件和第二弹性件的存在，因此可使得第一通信触点与第二通信触点始终保持紧密接触，以保证信号的稳定传输；同时，可使得第一滑块与第二滑块能够沿轴向进行适当滑动，进而保证双头触点接头的壳体与射孔枪、ccl短节稳定进行螺纹连接与密封，且连接过程也不会对信号传输造成任何干扰，显著降低了本技术的安装难度、提高了安装效率，同时保证了通讯质量。

45、进一步的，所述射孔枪底部或双头触点接头顶部设置有定位座、定位座内设置绝缘护套，还包括位于所述绝缘护套内部的接电柱，所述信号线缠绕在所述接电柱上并与所述接电柱电性连接，所述第一滑块抵接在所述接电柱底端。

46、本方案通过定位座为绝缘护套提供装配工位，以保护内部的接电柱和信号线端头。

47、进一步的，所述第一腔室内设置有用于限制所述第一滑块向上运动的第一限位件，所述第二腔室内设置有用于限制所述第二滑块向下运动的第二限位件；所述射孔枪内设置有若干用于定位所述信号线的夹线装置。

48、本方案通过第一限位件、第二限位件，分别为第一滑块、第二滑块的轴向滑动提供行程限位，以保证第一滑块、第二滑块能够分别与第二弹性件、第三弹性件保持接触，以此保证电信号传输的稳定。此外，由于射孔枪内部会具有射孔弹、电雷管等固有设备，若信号线随意穿过射孔枪内部，可能会对这类固有设备造成干扰，不利于射孔枪的使用安全，因此本方案通过若干夹线装置对穿过射孔枪内部的信号线进行临时的定位，以降低信号线对射孔枪内固有设备的干扰，提高射孔枪的使用安全性。

49、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

50、1、本发明一种自动丢枪的无缆式射孔器，摒弃了现有技术需要使用电缆、油管或连续油管送入射孔枪的惯用技术构思，只需将射孔器投入井内即可自动完成整个射孔作业，克服了现有技术需要大量人工操作且流程繁琐的缺陷，显著降低了人力和时间消耗，显著提高了射孔作业的自动化程度。

51、2、本发明在用于海上油田的从式井或批钻作业过程中，还可降低井口占用时间，实现完井作业的交叉作业，显著提高完井和/或试油作业效率。

52、3、本发明通过射孔枪将ccl短节与供电短节隔开，以此避免供电短节的工作电流对ccl短节识别套管接箍造成干扰，可有效提高自动定位的精确性。

53、4、本发明可采用双打捞头结构，可根据具体的阻卡工况进行整体打捞或局部打捞，能够适应各类阻卡工况下的打捞作业，显著提高了处理事故工况的能力。

54、5、在正常射孔作业完成后，工作人员可通过读取存储模块内部存储的数据，进而准确分析并掌握该次自动射孔作业的完整过程及其完成情况；在遭遇阻卡等事故工况时，也可读取存储模块内部存储的数据，以此为依据分析判断具体的阻卡原因，进而更加有针对性的制定打捞方案，以此提高本技术的工作安全性。

55、6、设计了一种特别适用于本技术的丢手机构，无需液压驱动、其丢手原理不依赖剪切销钉实现，更加适用于本技术的无缆式射孔作业工况；丢手机构集成第二打捞头，弹爪装配在第二打捞头的内部，结构简单巧妙，有效降低了丢手工具的体积和长度，更有利于控制射孔器的总重量，进而有利于射孔器以更平稳且缓慢的速度自动下沉入井；在任意时刻均可进行丢手，可在射孔器入井过程中遇卡时及时丢手，在通过打捞浮力短节的方式已经无法将射孔器整体打捞出井时，可通过丢手机构提供备用打捞方案，显著提高了射孔作业的安全性。

56、7、通过双头触点接头确保ccl短接与控制模块之间稳定、安全的信号传输，同时避免需要设置大量密封结构，有利于简化工具结构、降低生产和使用成本。