桥射联作自定向射孔器材连接设计

潘 勇 金 俊

摘要：多级桥塞射孔联作工艺是非常规采油工艺，用于低渗透油气井非常有效，现在都是以多级分簇串联的形式进行射孔。此工艺要求在射孔器中有贯通接线，用于连接各级选发开关起爆。而当采用自定向射孔器时，由于自定向射孔器需要实现弹架自主转到预定角度射孔，以起到更好的射孔效果。这就要求级间串联接头，既能有效连接各级射孔器，又能解决弹架转动对连线的影响。本文提出了一种弹性接触结构，结合悬挂式弹架设计，很好的解决了上述问题。

关键词：射孔器；弹性接触；自定向射孔；多级桥塞射孔联作

0 引言

近几年，随着国内外页岩气、煤层气以及特低渗透致密油气藏开发的不断深入，多级桥塞射孔联作工艺得到了广泛应用。多级桥塞射孔联作工艺能够一次输送多支射孔枪下井，对不同深度的射孔层位进行分级多次起爆射孔。极大的提高了射孔效率，降低了劳动强度，并可显著提高射孔的安全性。

而自定向射孔在防出砂的井、油水同层的井、井身轨迹不在油层中间的井有着不可比拟的优越性。通过自动调整射孔方向，可以避开出砂的角度，减少井筒出砂；在油水同层的井，可以对着油层射孔，减少水的采入；而井身轨迹不在油层中间的井更为常见，通过调整射孔角度，可以对着出油方向射孔，增加采油效果。

自定向的桥射联作工艺由于要使用水平井自定向射孔器射孔，水平井射孔器的弹架是偏心自定向的结构，是在射孔枪内自由转动的，这就提出了如何解决旋转结构连线的问题。

本文提出了一种弹性接触式结构，在接头内部设计了与接头本体绝缘的导电弹性触头，通过弹性触头对接到悬挂式自定向定位环（以下简称定位环）中心的导电铜芯，避免了弹架转动带来的安全隐患，达到了实用效果，经过在长庆油田的使用，效果良好。

1 整体结构介绍

弹 性接触接头设计的关键是在保证弹架转动的情况下，实现电路的可靠导通和绝缘功能。弹性接触接头结构设计需要兼顾导通和绝缘，还需要考虑转动对接触的影响。弹性接触接头和射孔枪的装配示意图如图1所示。

图中，1接头，2弹性触头总成，3射孔枪，4插座总成

图1 接头和射孔枪装配图

图中所示，从左到右依次为：桥射联作枪头，桥射联作自定向射孔枪，桥射联作自定向串联接头（换行），桥射联作自定向射孔枪，桥射联作自定向枪尾短节。

桥射联作枪头（以下简称枪头），起到把上部分仪器和下面的桥射联作自定向射孔枪（以下简称射孔枪）相连接的作用。枪头内置隔爆承压盘，通过导筒杆连接到弹性接触模块。弹性接触模块伸出的铜针顶在射孔枪的上定位环中心的导电铜芯上，实现电路的导通。定位环是悬挂式，通过自身外圈悬挂在射孔枪内壁的一个台阶上来实现定位。内圈和外圈之间有轴承，可以实现外圈不动，内圈自由转动。导电铜芯固定在内圈上，并和内圈绝缘，其右端有接线柱，可以方便的把弹架内部的级联线接通。

桥射联作自定向串联接头（以下简称串联接头），两端都是弹性接触模块，分别接上一支射孔枪的下定位环和下一支射孔枪的上定位环，中间接隔爆承压盘。

桥射联作自定向枪尾短节（以下简称枪尾短节），上端装弹性接触模块接上一支射孔枪的下定位环，下端装点火组件接桥塞投放工具。

2 弹性接触模块设计

弹性接触模块采用一端铜针一端铜座的结构，中间使用弹簧连接。导电的铜件和金属外壳中间设置绝缘层，实现两者的可靠绝缘。

结构图如下：

该模块具有以下优点：

1. 厂内装配好发货，小部件均封在外壳里，不容易出故障；

2. 整体模块化使用，射孔后整体更换，使用方便；

3. 梯形螺纹设计，拆卸顺畅，更换非常容易；

4. 所有铜件镀金处理，耐磨，导电性好，接触不打火花；

5. 弹簧力量足够大，接触良好，不会出现断路情况；

6. 绝缘层采用聚四氟乙烯材料加工而成，耐高温，绝缘性能优异；

7. 外壳采用合金钢，性能好，表面热处理，螺纹强度好；

3 悬挂式自定向定位环设计

上定位环和下定位环结构图如下：

除了外圈直径不同，其内部结构相同。上定位环外圈较大不能通过射孔枪的内孔，可以悬挂于加工出来的台阶孔上。下定位环外圈可以通过射孔枪的内孔，弹架两端分别接在上定位环和下定位环内圈上。弹架上的偏置配重可以让弹架自由转动定向到预定的角度，实现自定向功能，对水平井的采油有非常好的作用。

定位环的中心是导电铜芯，设有接线柱（图中螺纹孔所示位置），可以很方便的接级联线。另一面是平滑的平面，用于和弹性接触模块的铜针相接。

内外圈之间的轴承可以保证内圈自由、顺畅的转动。

该悬挂式定位环具有以下优点：

1. 外圈和射孔枪可靠接触；

2. 内圈和弹架固定，随同弹架一起转动；

3. 采用双面密封轴承，避免杂物进入影响转动；

4. 导电铜芯和弹性接触模块接触良好；

4 优化设计

此弹性接触模块和悬挂式定位环在投入使用后，使用效果良好，没有性能上的问题。我们在走访用户后发现，原设计的定位环用四个螺钉和弹架连接在一起，需要先拆下来接好导线，然后再装上去。现场使用还是有些麻烦，因此我们基于更方便使用的想法，在射孔枪弹架上预制好级联导线，和上下定位环连接好，并预留雷管和选发开关的连接线头。

优化后的射孔器材仪器串，施工小队只需装上射孔弹，接上雷管和选发开关，把弹架推入射孔枪。然后依次连接枪头、射孔枪、串联接头、射孔枪、枪尾短节即可。

连接效率比原先提升效率20%左右，维护工作也节省10%左右，接头还可以实现重复使用，节省成本可达约35%之多。

5 现场使用及结论

此弹性接触模块和悬挂式定位环经现场使用，以中间环节少，代换方便，安全性能好还造价低等优点，取得客户的一致好评。随着水平井泵送桥射联作工艺的广泛应用，装配于水平井自定向射孔枪上，在长庆油田、吉林油田都取得了不错的成绩，是值得推广的产品。

参考文献

1. 成大先主编，《机械设计手册》第五版，化学工业出版社，2008

2. 张春林，曲继方，张美麟《机械创新设计》，机械工业出版社，1999