CN102052066B - 用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油开发中的一种用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法及其装置，能够把复合射孔产生的高能气体封堵在射孔段内，延长有效压力作用时间，增强对地层压裂的做功能力。本动态封压方法是在复合射孔枪实施压裂的同时，通过炸药爆炸和火药爆燃产生的气体封堵复合射孔枪射孔段上、下端的井筒。动态封压装置包括一个与射孔枪端部连接的管状本体，管状本体上设有带堵片的泄压孔，管状本体内腔设有炸药柱、一级火药和二级火药，其中一级火药包在炸药柱外面，二级火药与炸药柱隔离，二级火药与一级火药之间设有带筛孔的隔爆板。炸药柱爆炸后引燃一级火药，一级火药再引燃二级火药，所产生的高压气体充斥在动态封压装置附近的井筒环空。

Description

用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法及其装置

技术领域

本发明属于石油勘探开发领域，是一种用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法及其装置，特别适用于电缆或油管传输等工艺的复合射孔作业。

背景技术

在油气井勘探开发领域中，复合射孔作为油气井射孔完井的一种有效的增产方法，在油田勘探开发中得到了广泛应用。复合射孔的技术原理是将按照一定孔密和相位规则排列的射孔弹装配在射孔枪中，并在枪内均匀分布装填一定量的火药柱。射孔时，首先由射孔弹爆炸产生聚能射流先行穿透套管壁在地层与井筒之间形成孔道，然后由射孔弹爆炸的冲击能和热能激发火药柱燃烧产生动态高压气体，该高压气体通过射孔孔眼和枪身上的泄压孔首先进入井筒环空中，在井筒中建立起高压并进入射孔孔道，对地层实施压裂做功。复合射孔可在近井地带形成不受地应力影响的广大的裂缝网络，能够消除钻井、固井和射孔对地层的污染，改善井筒与油层的沟通状态和地层的渗透效果，提高油井产能和寿命。但是对于不同井况、地层状况和不同的射孔工艺，复合射孔作业的效果是有差别的，比如对于井深较浅的井，由于液柱低，井筒压力小，复合射孔所产生的气体压力相对井筒压力压差很大（比如1000米井，液柱压力大约10MPa，而复合射孔一般情况下气体峰值压力在50~60 MPa，压力差达到40~50MPa），大压差会造成高压气体向阻力最小的井口或井底低压区轴向高速流动，能量的流失使射孔段气体压力快速下降，进入地层的能量减少，作用时间短，压裂效率降低。对于渗透率低、岩石致密、地层压力高的井，地层阻力大，气体压力不能快速进入地层，使井筒压力升高，压差增大，能量也会向阻力小的井口和井底低压区方向高速释放造成压力损失，降低压裂效率。对于不同的射孔工艺也会影响压裂效率，比如对于电缆传输，射孔段长一般最大不超过4米，通过井下p-T测试仪所得到的曲线可以知道4米枪的有效压力持续时间是1米枪的2～3倍，射孔段中心区离射孔枪枪头和枪尾的距离越短，射孔枪中心区压力下降速度就越快，压裂效果就越不好。截止目前，国内外未见到对这些问题解决方法的报道。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法及其装置，该方法及装置能够把复合射孔产生的高能气体封堵在射孔段内，延长有效压力作用时间，增加进入地层的气体量，增强对地层压裂的做功能力。

本发明解决上述问题的思路是：利用爆炸和燃烧所产生的高加载率爆燃气体在射孔段上下两端建立起动态高压区，从而抑制复合射孔的高压气体向阻力小的井口或井底低压区释放。

为解决上述问题，本发明提供的用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法是：复合射孔枪实施压裂的同时，通过炸药爆炸和火药爆燃产生的气体封堵复合射孔枪上端处或者复合射孔枪上端处和下端处的井筒。

所述的通过炸药爆炸和火药爆燃产生的气体封堵复合射孔枪上端处或者复合射孔枪上端处和下端处的井筒可以这样进行：

1）在复合射孔枪的上端，或者在复合射孔枪的上端和下端安装动态封压装置，该动态封压装置中装有炸药、一级火药和二级火药；

2）复合射孔枪到达井下射孔位置，导爆索依次引爆动态封压装置里的炸药和复合射孔枪里的射孔弹；

3）动态封压装置里的炸药爆炸引燃动态封压装置里的一级火药，一级火药产生的爆燃气体充斥在动态封压装置附近井筒内；

4）动态封压装置里的一级火药爆燃后引燃动态封压装置里的二级火药，二级火药燃烧产生的爆燃气体持续充斥在动态封压装置附近井筒，维持动态封压装置附近井筒压力至压裂完成。

上述一级火药产生的爆燃气体压力或/和二级火药产生的爆燃气体压力最好不小于复合射孔枪实施压裂的压力。当然，如果一级或/和二级火药产生的爆燃气体压力小于复合射孔枪实施压裂的压力，也能起到一定的封压作用，譬如，略小于复合射孔枪实施压裂的压力，其封压作用也相当不错。

上述一级火药引燃的时间最好与射孔弹火药的引燃时间同步。

最佳方案是：控制二级火药爆燃气体向井筒释放的速率，使一级火药与二级火药产生的爆燃气体作用时间之和不小于复合射孔产生的爆燃气体的作用时间。

本发明用于提高复合射孔压裂效果的动态封压装置是：具有一个管状本体，该管状本体的端部通过接头与复合射孔枪的端部连接，管状本体上设有带堵片的泄压孔，管状本体内腔设有炸药柱、一级火药和二级火药，其中一级火药包在炸药柱外面，一级火药和炸药柱之间设有隔爆管，二级火药与炸药柱隔离，二级火药与一级火药之间设有带筛孔的隔爆板，导爆索插入炸药柱内。

上述的隔爆管最好采用金属材料。

上述带筛孔的隔爆板的筛孔直径为8～24毫米。用筛孔来控制或调整压力补充的速度和持续时间。

复合射孔时，导爆索先引爆动态封压装置的炸药柱，再引爆复合射孔枪的射孔弹。炸药柱爆炸后通过隔爆管引燃一级火药，一级火药产生的爆燃高压气体充斥在动态封压装置附近井筒内，并通过带筛孔的隔爆板引燃二级火药，二级火药爆燃后产生的高压补充一级火药燃烧后井筒压力的下降，使封压装置附近井筒环空持续处于高压状态，即：对封压装置附近井筒实施高压气体封堵，并将封堵时间延续到复合射孔结束，阻止复合射孔爆燃气体向井筒轴向扩散，从而提高复合射孔的压裂效果。

本发明由于采用高压气体来封堵复合射孔段端头的井筒，阻止了复合射孔爆燃气体向井筒出口的扩散，不但大大减小了复合射孔的气体能量损失，使复合射孔的气体能量集中作用于射孔段内，充分发挥复合射孔的潜能，而且操作简单、便于实施，并且不会给后续工序留下任何障碍。本发明提供的的动态气体封压装置结构简单，能够与各种形式的复合射孔器连接，也可以与电缆马龙头、投棒起爆器、压力起爆器等起爆装置连接。本发明不仅能起到动态封压作用，而且能对复合射孔能量进行补充，改善压力波形，大幅度延长压力作用时间，达到更好的压裂效果。

附图说明

图1是本发明的作用原理图。

图2是本发明动态封压装置的结构图。

图3是图2中隔爆板的结构图。

具体实施方式

根据施工要求，如果要在多个储油层一次完成射孔，就需要将多个射孔枪连接起来，组成射孔管串，每个射孔枪对准一个层段。本发明的动态封压装置可以连接在一个层段复合射孔枪的上下两端，也可以连接在具有多个层段一次射孔的每一个层段复合射孔枪的上下两端。

图1给出了本发明在一个层段的作用原理。射孔枪1的两端各连接一个动态封压装置2，复合射孔时将它们下放到井筒3的设定位置，对储油层4实施复合射孔。射孔前射孔枪1附近的井筒压力为P1（由射孔枪高度所产生的压力差可忽略不计），射孔枪射孔时所产生的爆燃气体压力为P2，由于P2大于P1，如果不采取封堵措施，复合射孔爆燃气体会向井筒轴向扩散，导致复合射孔爆燃气体的能量损失。本发明的动态封压装置2内装有炸药柱和火药，它们在复合射孔的同时被引爆，产生的高加载率爆燃气体在射孔枪两端附近的井筒形成压力为P3的高压，P3不小于P2，这样，不但阻止了复合射孔的爆燃气体向井筒轴向扩散，而且能对复合射孔能量进行补充，达到更好的压裂效果。动态封压装置2产生的爆燃气体的作用时间最好不小于复合射孔产生的爆燃气体的作用时间。

图2给出了本发明动态封压装置的一个具体结构。动态封压装置具有一个管状本体21，管状本体21的端部通过下接头22a或上接头22b可与复合射孔枪的上端部或下端部连接。管状本体21的内腔分为上半段和下半段，带筛孔23d的隔爆板23设在管状本体21内腔的上半段和下半段之间，炸药柱24和一级火药25装在管状本体21内腔的下半段，二级火药26装在管状本体21内腔的上半段，带堵片的泄压孔27设在管状本体21的下半段。泄压孔27的数量和大小可根据设定的封堵压力和加载率决定。一级火药25包在炸药柱24外面，两者之间设有隔爆管28，导爆索29从二级火药26中心的阻爆管30穿过，然后插入炸药柱24。位于射孔枪上端部的动态封压装置，其导爆索还要继续延伸到射孔枪。

隔爆板23的结构如图3所示：隔爆板23包括用于导爆索穿越的中心孔23a、位于中心孔23a外的实心隔离区域23b和位于实心隔离区域外的筛孔区域23c，其中实心隔离区域23b将炸药柱24和二级火药26隔离，筛孔区域23c位于二级火药26和一级火药25之间。

复合射孔时，导爆索28先引爆炸药柱24，炸药柱24爆炸后是通过隔爆管28引燃一级火药25，一级火药25的爆燃气体将泄压孔27中的堵片冲开，由泄压孔27进入附近井筒环空，形成一个高压区。隔爆管28起着延缓引爆的作用，使封堵压力的上升速度与复合射孔的压力上升速度保持同步。一级火药的爆燃通过隔爆板的筛孔23d引燃二级火药26，其爆燃气体通过隔爆板23的筛孔23d和泄压孔27进入附近井筒环空。隔爆板的筛孔23d起着控制爆燃气体释放速率的作用，使二级火药爆燃气体持续作用在封压装置附近的井筒环空，并补充一级火药燃烧后井筒压力的快速下降，保证动态封压装置附近井筒环空压力的持续时间比复合射孔有效压力的作用时间长。另外，二级火药产生的高压气体还能对复合射孔能量进行补充，达到更好的压裂效果。

Claims (7)

1.用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法，其特征是复合射孔枪实施压裂的同时，通过炸药爆炸和火药爆燃产生的气体封堵复合射孔枪射孔段上端处或者复合射孔枪射孔段上端处和下端处的井筒，其步骤如下：

1）在复合射孔枪射孔段的上端，或者在复合射孔枪射孔段的上端和下端安装动态封压装置，该动态封压装置中装有炸药、一级火药和二级火药；

2）复合射孔枪到达井下射孔位置，导爆索依次引爆动态封压装置里的炸药和复合射孔枪里的射孔弹；

3）动态封压装置里的炸药爆炸引燃动态封压装置里的一级火药，一级火药产生的爆燃气体充斥在动态封压装置附近井筒内；

4）动态封压装置里的一级火药爆燃后引燃动态封压装置里的二级火药，二级火药燃烧产生的爆燃气体持续充斥在动态封压装置附近井筒，维持动态封压装置附近井筒压力至压裂完成。

2.根据权利要求1所述的用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法，其特征是控制二级火药爆燃气体向井筒释放的速率，使一级火药与二级火药产生的爆燃气体作用时间之和不小于复合射孔产生的爆燃气体的作用时间。

3.根据权利要求1所述的用于提高复合射孔压裂效果的动态封压方法，其特征是一级火药引燃的时间与射孔弹火药的引燃时间同步。

4.实施权利要求1所述方法的动态封压装置，其特征是具有一个管状本体（21），该管状本体的端部通过接头与复合射孔枪的端部连接，管状本体上设有带堵片的泄压孔（27），管状本体内腔设有炸药柱（24）、一级火药（25）和二级火药（26），其中一级火药（25）包在炸药柱（24）外面，一级火药和炸药柱之间设有隔爆管（28），二级火药（26）与炸药柱（24）隔离，二级火药（26）与一级火药（25）之间设有带筛孔的隔爆板（23），导爆索（29）插入炸药柱（24）内。

5.根据权利要求4所述的封压装置，其特征是管状本体（21）的内腔分为上半段和下半段，带筛孔（23d）的隔爆板（23）设在管状本体（21）内腔的上半段和下半段之间，炸药柱（24）和一级火药（25）装在管状本体内腔的下半段，二级火药（26）装在管状本体内腔的上半段，带堵片的泄压孔（27）设在管状本体（21）的下半段。

6.根据权利要求4所述的封压装置，其特征是隔爆板（23）的筛孔（23d）直径为8～24毫米。

7.根据权利要求5或6所述的封压装置，其特征是隔爆板（23）包括用于导爆索穿越的中心孔（23a）、位于中心孔（23a）外的实心隔离区域（23b）和位于实心隔离区域外的筛孔区域（23c），其中实心隔离区域（23b）将炸药柱（24）和二级火药（26）隔离，筛孔区域（23c）位于二级火药（26）和一级火药（25）之间。

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