爆破切断井口系统的引爆装置

本发明涉及一种用于切断井口的引爆装置，尤其涉及一种给引爆器装置提供点火电压的连接器装置，这种连接器装置可有选择地啮合，来对备炸情况进行控制，并将触点元件密封，以防止电源装置在引爆啮合前放电。

爆破被广泛地用于井筒钻孔以及为拆除海底井口而将它切断的钻孔作业中，这些爆破装置的安全操作具有头等重要的意义。要避免使用有潜在引爆可能性的工具，以确保只有当装置恰当就位后才进行引爆。大部分现代的爆破装置是通过由电传爆器操作的引爆器来引发的。这样一种传爆器既可由地面供电，也可通过下降入孔内的单独的电源装置来供电。地面引爆装置的优点是能直接控制引爆。然而，这种地面引爆装置需要在深井内作很长的引线，而且在万一出现故障的情况下，无法使爆炸绝对失效。这些可下降的单元取决于电池组，电池组因周围环境里的液体而有可能被放电。

在前面所建议的系统的一种类型中，在炸药就位后，将一落块放于钻管内，通过钻管行到与点火部件接触。然而，因为炸药在下降入井以前在地面上是处于点火状态下的，所以可发生炸药的偶然点火。此外，因为落块是以基本上不可控的方式在钻管内行进的，有可能堵塞在钻管中。为了解决这一问题，有可能要将炸药从井中取回，这就可能解除落块的堵塞，而造成在可能靠近地面井架的不希望位置处的引炸。

由地面操作员引爆的系统已被证明是费时间和昂贵的。当为了下 放炸药而将钻杆组下降时，钻管相继增长，电缆被放出并固定于钻管上。电缆的固定和回收是费时的。还有，因为电缆是固定在钻管的外部，所以当钻管下降入井筒时，电缆被割断的现象并非鲜见。因为在地面的操作员作完一系列规定的操作前是不通电的，所以这种系统虽然价贵，但相对来说是安全的。

也曾发展了其它的一些系统，这些系统利用可下降的电池或电源模块向雷管送电。炸药置于井内。随后将电源单元下降，与接收模块紧密啮合，而在接触时引爆。虽然这种装置在干燥环境中工作良好，但因为具有高度导电性的海水使电池组很有可能在啮合前放电，所以这些装置不适用于海底作业。曾经发展了利用绝缘触点的电源装置，但需要将绝缘剥去来接通电路。如果触点与剥皮器的元件没有精确地啮合，则炸药将不被引爆。

本发明通过提供一种机构来克服以前所知引爆装置的缺点，这种机构在直至电源单元被下降到进入导电接触为止一直没有解除保险。电源单元的触点被密封得与围绕的流体隔离，以阻止电池在接触前放电。本发明的连接器还可以断开。一旦断开之后，由于弹性偏置活塞的作用，连接器的触点将再次被密封绝缘地覆盖。这就使得在连接器啮合之前或者在其断开之后，都能够保持电池不被放电;而且在断开之后可以安全地恢复原来的状态，並将整个部件拆除，避免不正常的引爆。

本发明的引爆装置包括一个点火模块和引爆器装置，用钻杆组将它们下降入井内并且在适当地点定位。点火模块装在一个位于连接器下的吸震抗压腔体内，以保护模块不受外界的损伤并提供不受限制的工作深度。点火模块用一根高压电缆连接到炸药，高压电缆穿过钻杆组走线，以防止损伤或切断。一根低压线在点火模块和包括一个导电触点的插头状连接器之间延伸。具有下向孔的连接器包括一些导向结构，以引导下降单元与插头状连接器接触。

一旦炸药就位，电源组连接器就能下降到引爆炸药的位置。该单 元是在一根穿过钻杆组的金属索上下降到与插头状连接器相接触的。该可下降单元最好包括一个向点火模块供电的电池组。电池组连接到一个设计来与插头状连接器相配和建立起电连接的装有闸门的触点元件。该触点是圆环形的并形成轴向圆筒的一部分。在圆筒内设置有一个由弹簧偏置的活塞或套筒。当单元正在下降时，活塞或套筒被偏向一方，将触点元件密封覆盖。此活塞/套筒包括一系列密封元件，这些密封元件阻止海水接通电路以及在与下向孔连接器啮合前使电池放电。当电源单元下降到插头状连接器上时，活塞/套筒被推动，与触点脱离。在电源单元的触点与插头状连接器的触点相啮合时，点火模块被点火，将炸药引爆。在万一出现故障或仅仅在引爆后，可以用给引爆装置拆除引信的金属绳将电池组回收。

本发明可用于任何涉及炸药引爆的作业。除为了拆走井口而将它切断的作业以外，雷管连接器还可用于钻孔作业、切断平台腿、切断钻铤以及穿过已设定的井筒转入侧线。此外，本发明的连接器装置可用作电连接器，这种电连接器用以从设置在孔中的记录传感器的存储器（例如一个独立式MWD系统）传送信息。

从下面联系附图所作的详细描述将会明显地看出本发明的其它目的、特点和优点。

当结合附图阅读本发明时，参照下面对本发明一个较佳实施方案的详述将会对本发明有更为全面的了解，在这些附图中，同样的参考数字是指所有图中相同的部件。

图1是体现本发明的爆炸井口切断系统的透视图，该系统正被下降入一个海底井口内;

图2是在钻杆组内体现本发明引爆装置的放大透视图;

图3在连接前引爆装置的剖面透视图;

图4是在引爆连接前连接器构件的放大剖面透视图;

图5是在完全连接下的引爆装置的剖面透视图;以及

图6是在为引爆而完全接触下连接器构件的放大剖面透视图。

首先，参阅图1和2，图中示出了用于切断地面下的井口12以便于拆迁井口12的井口切断系统10。在一较佳实施方案中，井口12坐落在海洋底上，并用多根引导索14与地面钻井架相连。可以设置摄像机16以监视将生产工具或本发明的切断系统10插入井口12的情况。根据海底气和油勘探管理规章，来自不生产的海底钻井的井口12必须被切断和取走，以免造成海上航运的公害。本发明的切断系统10可保证精确和可靠地切断井筒，以取走井口12。

体现本发明的切断系统10包括一个炸药18，炸药18有足够的力量去炸穿位于井口12下的井筒夹层。镇重容器20轴向地设置在炸药18之上，以阻止爆炸面向上行进。在一种实施方案中，镇重物20和炸药18连接在体现本发明的引爆连接器装置22的底端。连接器装置22可以借助金属绳24与装在金属绳24上的高压线26相连接，高压线26在引爆连接器装置22和炸药18之间延伸。在一个较佳实施方案中，引爆连接器装置22，镇重物20和炸药18设置在钻杆组28内，钻杆组28下降入井口12内，并定位于最佳井筒切断处。摄像机16可用来监视钻杆组28插入井口12的情况。最好，引爆连接器22包括一个位于钻杆组28内的固定连接器30以及一个能下降或降落到与固定连接器30紧密啮合的连接器32。将钻杆组28泵送下或任其降落以进入紧密啮合状态，可下降的连接器32能借助于金属绳34在钻杆组28内行走，如图2中所示。

参阅图3至6，这些图示出了在未啮合和已啮合情况下的引爆连接器装置22。下面的连接器30固定地但可取走地定位于钻杆组28内。固定连接器30搁置在钻杆组28的环形台阶36上，並用多个止动螺钉38将它夹持在应有位置上。连接器30包括一个压力头40，压力头40具有一个插头状凸部42，在凸部42上形成有一个电触点44。成圆杆状的导电装置46以触点44延伸穿过压力头40。绝缘套筒48位于邻近电触点44处，将触点44与压力头40及装置22其余的部分相绝缘，这样，电能将通过圆杆46通至导线50。此外，插头状凸部42设置有一系列纵向有一定间距的O形环密封圈49，如后面将描述那样，这些密封圈49将相继地绝缘可下降连接器32的接触，在达到完全啮合前，阻止其放电。导线50引到位于钻杆组28的吸震腔内的点火装置52。点火装置52枕于橡皮减震器54上。在压力头40和点火装置52的减震部件54之间设置有一个隔套56。点火装置52是一个直流/直流变换器，它把通过装置22供给的低压电转换成供引爆炸药18用的高压电。这种点火装置52的一个实例是由雷诺尔特制造业（Reynold    Industries）生产的FS-40型地下点火脉冲发生器。高压线26将FS-40连接到炸药18。

固定连接器30设置有一个导向套筒60，以引导固定连接器30与可下降连接器32达到啮合，这将在随后叙述。导向套筒60与压力头40用可拧螺纹连接，导向套筒60包括一个流体出入口62，让流体能从插头状凸部42和导向套筒60之间所形成的环形空间64流出，在钻杆组28中设置有另一出入口66，让流体能流到钻杆组28的外部。当使连接器装置22进入啮合状态时，出入口 62和66还将提供一定液力减震作用。

在本发明的一个较佳实施方案中，如以后将要描述的那样，连接器32可下降通过钻杆组28进入与固定连接器30啮合的状态，以引爆炸药18。可下降连接器30包括一个插座状凹部68，它制成可与固定连接器30的插头状凸部42紧密地相啮合的形状。连接器32的插座状凹部68内设置有一个电触点70，电触点70是要和插头状凸部42的触点44相啮合的。插座状凹部68包括一个圆柱部分72，其中设有触点70。在圆柱部分72内设置有一个可伸缩的活塞或套筒74，用以选择触点70的密封绝缘。活塞74可在活塞74将触点70密封覆盖（图4）的第一位置以及将触点70暴露出来（图6）的第二位置之间移动。活塞74设置有密封绝缘触点70的O形密封圈76。为了阻止周围的海水给电触点70形成导电通路从而将电源放电，当活塞74处于第一绝缘位置时，在触点70的上下至少各设置有一个密封圈76。用设置在圆筒72内、且可在活塞74和圆筒72的端壁80间压缩的弹簧78来给活塞74加上一个趋向第一位置的偏置压力。活塞74有一通孔82，而端壁80有一小孔84，如随后将描述的那样，在啮合期间使流体能从圆筒72内流出。

可下降连接器32的触点70由将触点70绝缘的绝缘材料86所围绕。活塞74最好也由绝缘材料所制成，以阻止通过固定连接器30的触点44以外的导电。制成导电圆杆88形式的第二导电装置在触点70和装在端壁80上的引线插头90之间延伸穿过绝缘材料86。第二引线插头92装在流体室96相对的端壁94之内。连接导线98在插头90和92之间延伸。插头92电连接到用来触发点 火模块52和引爆炸药18的能源。在一个较佳实施方案中，该能源是一个电池组100，它密封在可下降连接器32的潜水装置102内，以防止海水将电池组100放电。另一种方法是：能源可置于地面上，用一根沿着金属绳34延伸的导线与连接器32相连。

一个可下降连接器32的外套筒104用可拧螺纹连接到电池组潜水装置的下端，外套筒104包封和卡住插座式凹部68和触点70。附着于外套筒104下端的是一个降落环106，降落环106形成了插座式凹部68的开口，并协同固定连接器30，将两个连接器导向啮合，这将在后面描述。外套筒104和降落环106有许多流体出入口，在啮合期间这些出入口能让海水从引爆连接器装置22内部流出，同时借助于通过出入口的水流受到限制来使啮合得到缓冲。在端壁90以上、在套筒104中形成有一个上出入口108，使流体能在室96和下降连接器32外部之间流通。在一个较佳实施方案中，在端壁80中形成的小孔84的面积比出入口108的面积大，以致当插头状凸部42与插座状凹部68啮合时，海水将流入室96，尚有少量流体流过出入口108，从而，当连接器30和32紧密地啮合时，产生一个缓冲作用。类似地，降落环106有一个上出入口110和一个下出入口112，以便在紧密啮合期间通过限制流体从插座状凹部68的排放量形成附加的缓冲手段。最好，降落环106的上排放口110有着比下排放口112小的面积，以致当两个连接器刚开始啮合时，流体流过两个出入口110和112器，而当啮合过程进展时，较大的下出入口112将被遮盖，造成从插座状凹部68来的大部分流体从上出入口110排出，从而产生液力缓冲。当连接器紧密地啮合时，出口62和66也提供一些液力缓冲。

还给固定连接器30和可下降连接器32提供了一些相配合的导向措施，以渐进地引导插头状凸部42与插座状凹部68相啮合。初始导向是由围绕着可下降连接器32的钻杆组28来完成的。然而，当可下降连接器32趋近固定连接器30时，降落环106外侧的斜削边缘114将与导向套筒60内侧的斜削边缘116相啮合，以进一步将下连接器32对中。当啮合继续下去时，降落环106内侧的斜削边缘118将与插头状凸部42的斜面120相啮合。当插头状凸部42的尖端122进入插座状凹部68的圆筒72时，就将发生最终的对中。这样，连接器30和32将逐渐地被对准，以保证触点44和70适当地啮合。

本发明的工作过程保证安全引爆炸药，以切断井口，还在万一发生故障，炸药不能被引爆时，能绝对制止引爆装置起作用。因此，炸药可以被回收，而不必担心炸药被提升到井架时发生意外的引爆。此外，利用在连接完成前将导体绝缘的绝缘活塞，甚至在海水中也可防止可下降电池组的放电，以保证有足够的能量去引爆炸药。通过消除了以前已知系统中存在的操纵问题以及允许有较大的工作深度，使操作能迅速展开，从而减少了操作时间和费用。

参阅图1，为了切断井口12并把它从海底取走，例如，利用引向索14，将本发明的切断系统10下降入井口12，直至将炸药18安放在井口12下所希望的位置处。包括炸药18、镇重20和固定连接器30的切断系统10与钻杆组28一起下降。若是炸药18已就位且固定连接器30已坐落在钻杆组28内，就可通过钻杆组28将可下降连接器32下放。直至可下降连接器32与坐落在钻杆组28内的固定连接器30完全啮合，炸药18是不会被引爆的。用如 图2中所示的金属绳34能使可下降连接器32在钻杆组28内行走。万一金属绳折断，可用常用的工具将连接器32从钻杆组内钓出。另一种方法是，连接器32可泵送至钻杆组28的下端或任其在钻杆组28内降落，这是因为能源是装在连接器32内的缘故。

现参阅图3至6，可下降连接器32行走至钻杆组28下端，趋近坐落在钻杆组28内的固定连接器30。当两个连接器靠近时，导向套筒60内侧的斜削边缘116和降落环106外侧的斜削边缘114将开始接触，将可下降连接器32的外周与导向套筒60对准。可下降连接器32的进一步行进将导致降落环106的内侧边缘118与插头状凸部42的台阶120相啮合，造成插头状凸部42延伸入可下降连接器32的插座状凹部68。连接器32的再下降引起台阶122的倾斜端对准圆筒72，并伸入其内，造成两个连接器的紧密啮合。

在如上所述连接器的紧密啮合期间，捕集在两连接器之间的流体将被强迫经形成在连接器和钻杆组28内的各个流体出入口流出。当连接器32穿过钻杆组28下降时，流体开始通过孔82、小孔84和上出入口108排出，而当连接器32进入导向套筒60时，流体通过出入口62和66排出。由于这些窗口的面积限制了流体的流动，将发生液力缓冲效应，去防止在连接器啮合时产生的任何损伤。当插头状凸部42与插座状凹部68紧密地啮合时，来自插座状凹部68的流体将从出入口112和110排出。

当插头状凸部42进入圆筒72时，它将和活塞74相啮合，活塞74由弹簧加上朝向凸部42的偏置压力去密封地绝缘插座状凹部68的触点70。在活塞74上的密封圈76将触点70的相反端密 封，以防止海水形成会使能源放电的导电通路。插头状凸部42将使活塞74从它的第一位置（图4）向它的第二位置（图6）移动。在插头状凸部42上的密封圈49与圆筒72密封地啮合。密封圈49和76各自的纵向间距是这样的，即插座状凹部68的触点70将能位于密封圈对之间，从而相继地和连续地将触点70绝缘，以阻止放电。最后，当两连接器完全啮合时，插头状凸部42的触点44将与插座状凹部68的触点70啮合，以完成能源和点火模块52之间的电路。在触点44和70相啮合的几秒钟内，来自电池组100的低电压能量将传导至点火模块52，点火模块52将产生高电压脉冲，去引爆炸药18。在点火不良或有故障的场合下，可下降连接器32能简单地从钻杆组28回收，给炸药18拆除了引信，此时，能将整个钻杆组28回收並排除故障，而不致危及设备人员。几种点火模块，例如，FS-40，含有能将不足以建立起触发脉冲的任何不充分电量释放掉的电路，从而保证了引信的完全拆除。

因此，本发明提供了一种固有安全和可靠的方法以及一种引爆供切断和拆除井口用的炸药的装置。

前面给出的详细描述只是为了清楚了解起见，从那里应该明白，不存在不必要的限制，因为对所属技术领域内的专业人员来说，不偏离所附权利要求书的范围和精神的一些修改将是显而易见的。