CN102080528B - 可控多脉冲燃气发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可控多脉冲燃气发生装置，用于提高原油采收率。该装置由点火器、中心管、A段推进剂药柱、B段推进剂药柱、封堵接头和扶正器构成，在中心管的A段内分别放置高燃速点火推进剂和高爆热点火推进剂，通过在A、B段设置不同顺序的高、中、低燃速推进剂药柱与中心管药柱的搭配，控制实现施工过程中的多次脉冲；所述封堵接头用以阻止A段中心管点火推进剂燃烧后的高温高压气流不会泄露到B段药柱中心管内，保证A段高铝高氯推进剂药柱先燃烧，扶正器保证装置施工药柱外壳不受套管壁摩擦的损伤。本发明实现推进剂产生的高能量安全有效在井下释放，不对井产生破坏。同时形成较长且不易闭合的裂缝，有利于施工进展。
Description
技术领域
本发明属于燃气发生装置技术领域，涉及一种新型高能气体压裂用可控多脉冲燃气发生装置，可用于油田开发，提高原油采收率。
背景技术
高能气体压裂技术作为一种油田开发增产措施，具有施工简单、成本低、见效快等优点。高能气体通常用复合固体推进剂或双基药燃烧后生成，由于复合固体推进剂具有更好的耐温性和更高的能量，所以是实施该措施的首选。当地质状况适用该措施时，一定量的复合固体推进剂在油井或注水井的作业部位点燃后产生的高温高压气体做功形成多条径向裂缝，由此达到增产目的。为了形成更长的裂缝，希望能使用更多的药量来产生更高的能量。但是，大量能量集中释放时有可能对井的套管甚至水泥环带来破坏；能量不足或爆燃过程简单时，可能无法造缝或造缝短、少，并且压力复原后所形成的裂缝又容易闭合。所以，怎样使更高的能量以安全有效的方式在井下释放，又不对井产生破坏，同时形成较长且不易闭合的裂缝，是高能气体压裂亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：针对在油田作业施工中，高能气体压裂亟待解决的使更高的能量以安全有效的方式在井下释放，形成较长且不易闭合的裂缝，而不对井体设施产生破坏的难题，通过采用高、中、低不同燃速的高铝高氯推进剂、不同燃速和爆热的点火推进剂连接次序和放置位置的搭配，实现爆燃压裂过程中峰值压强控制在安全范围内，
本发明解决技术问题的方案是：提供可控的多脉冲燃气发生装置，该装置由点火器、中心管、A段推进剂药柱、B段推进剂药柱、封堵接头和扶正器构成，A段推进剂药柱从上到下的装药顺序为低燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、高燃速推进剂药柱，B段推进剂药柱从上到下的装药顺序为高燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、低燃速推进剂药柱，在中心管的A段内分别放置高燃速点火推进剂和高爆热点火推进剂，通过A、B段设置不同顺序的高、中、低燃速推进剂药柱与中心管两种点火推进剂用量的控制搭配，来实现推进剂药柱在同一时间段内燃烧量的控制，即对峰值压力的控制；所述封堵接头用以阻止A段中心管点火推进剂燃烧后的高温高压气流不会泄露到B段药柱中心管内，保证A段推进剂药柱先燃烧，扶正器用以保证装置下井过程中药柱外壳不受套管壁摩擦的损伤。
本发明的A段和B段推进剂药柱采用高铝高氯复合固体推进剂，其燃烧后产生约25％左右的三氧化二铝及3％左右的氯化氢，通过A段高氯高铝推进剂的分级内型面燃烧与B段分级端面燃烧的结合形成多级压力脉冲，形成更加有效的造缝效果，达到更有效的增产增注
本发明装置的外径84mm，长度6m，高铝高氯推进剂药柱外壳为普通纸筒，中心管为带凹槽的铝合金管，凹槽处中心管厚度最薄，点火推进剂燃烧后的高温高压气体首先从凹槽处外泄并点燃此位置的高氯高铝推进剂药柱，从而控制各药柱的燃烧次序。
本发明与现有技术相比较，具有的有益效果是：
(1)通过在中心连接管内不同位置放置不同点火推进剂以及对点火推进剂用量的控制来实现高氯高铝推进剂药柱在同一时间段内燃烧量的控制；通过装置A、B段设置不同顺序的高、中、低燃速推进剂药柱与中心管药柱的搭配，控制实现施工过程中的多次脉冲；使推进剂产生的高的能量以安全有效的方式在井下释放，不对井产生破坏。
(2)采用高铝高氯复合固体推进剂产生高能压裂气体，推进剂燃烧后产生三氧化二铝高强度固体颗粒，对新生裂缝顶端形成有效支撑。同时生成的氯化氢酸液对裂缝中的碳酸盐颗粒进行溶蚀，使裂缝面形成“不整合”，推迟裂缝闭合时间，形成较长且不易闭合的裂缝，有利于施工进展。
附图说明
图1可控多脉冲燃气发生装置结构图
具体实施方式
如图1所示，本发明装置由点火器1、A段高铝高氯推进剂药柱、B段高铝高氯推进剂药柱、封堵接头3、扶正器5组成。A、B段高铝高氯推进剂药柱各为Φ84×3000mm，封堵接头3用以保证A段中心管4点火推进剂燃烧后的高温高压气流不会泄露到B段药柱中心管4内，保证A段高铝高氯推进剂药柱先燃烧，B段高燃速推进剂药柱后燃烧，以形成更多次压力脉冲即脉冲次数的可控。扶正器5用以保证整个装置下井过程中药柱外壳不受套管壁摩擦的损伤Φ86×50mm。
本装置外径84mm，长度6m，外壳为普通纸筒2，中心管4带凹槽，为φ25×φ20铝合金管，点火器1及扶正器5为外购标准件。
图1中，A、B段高铝高氯推进剂药柱分为高燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、低燃速推进剂药柱、各药柱尺寸均为Φ84×1000mm。A段高铝高氯推进剂药柱的装药顺序从上到下(以点火器1位置为上)的为低燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、高燃速推进剂药柱；B段高铝高氯推进剂药柱的装药顺序从上到下为高燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、低燃速推进剂药柱，通过高、中、低不同燃速的高铝高氯推进剂与带凹槽中心管4的不同燃速和爆热的点火推进剂连接次序和放置位置的搭配，实现爆燃压裂过程中峰值压强控制在安全范围内；通过A段高氯高铝推进剂的分级内型面燃烧与B段分级端面燃烧的结合形成多级压力脉冲，形成更加有效的造缝效果，达到更有效的增产增注。
本装置的工作过程是：在施工过程中用油管将本装置传输到施工设计目的层射孔段。点火时自油管投入撞针，首先引发点火器1，喷射出约0.5米长的火焰，接着点燃中心连接管内的高燃速点火推进剂(只在A段装填，见图1)，高燃速点火推进剂迅速燃烧引燃高爆热点火推进剂，在装置A段先点燃高燃速推进剂药柱形成第一次压力峰即首次脉冲；然后依次向装置两端分级引燃A段中燃速推进剂药柱、B段高燃速推进剂药柱，形成第二次脉冲；进一步引燃A段低燃速推进剂药柱、B段中燃速推进剂药柱形成第三次脉冲；最后引燃B段低燃速推进剂药柱形成第四次脉冲。由于装置中应用特殊的封堵接头3(M20×1.5的实心铝制连接件)阻止A段中心管4内点火推进剂燃烧后的高温高压燃气向B段中心管4的传递，从而保证A段高燃速推进剂药柱首先燃烧，B段高燃速推进剂药柱后燃烧，以形成更多次压力脉冲即脉冲次数的可控。再由于中心管4凹槽处厚度最薄，点火推进剂燃烧后的高温高压气体首先从凹槽处外泄并点燃此位置的高氯高铝推进剂药柱，通过调整凹槽中心管4A段上部、中部和底部点火推进剂实现控制各药柱的燃烧次序的可控。通过高燃速点火推进剂的用量控制(高燃速点火推进剂/高爆热点火推进剂＝3/1∽5/1，即：30-80g/米药柱)实现在同一时间段内推进剂药柱燃烧量的控制，燃烧量越大压力峰值越高，反之则低。即通过点火推进剂的用量搭配来实现峰值压力(30-80MPa)的可控。
本发明的装置燃烧后对近井带地层首先形成可控多次压力脉冲，在不损伤油套管的压力条件下在地层中形成多条不受地应力约束的随机裂缝。通过多次脉冲使新生裂缝渐进式延伸，达到高能气体压裂造缝的长度极限。同时，本装置所用药柱为高铝高氯复合固体推进剂，燃烧后产生约25％左右的三氧化二铝及3％左右的氯化氢。三氧化二铝经气态遇冷后形成高强度固体颗粒，由高温高压流体携带进入新生裂缝并在顶端形成有效支撑。同时生成的氯化氢气体溶于水形成酸液对裂缝中的碳酸盐颗粒进行溶蚀，进一步使裂缝面形成“不整合”，推迟裂缝闭合时间。最大限度地延长了施工有效期。
Claims (5)
1.一种可控多脉冲燃气发生装置，其特征在于：该装置由点火器(1)、中心管(4)、A段推进剂药柱、B段推进剂药柱、封堵接头(3)和扶正器(5)构成，A段推进剂药柱从上到下的装药顺序为低燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、高燃速推进剂药柱，B段推进剂药柱从上到下的装药顺序为高燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、低燃速推进剂药柱，在中心管(4)的A段内分别放置高燃速点火推进剂和高爆热点火推进剂，通过A段推进剂药柱、B段推进剂药柱设置不同顺序的高、中、低燃速推进剂药柱与中心管(4)两种点火推进剂用量的控制搭配，来实现推进剂药柱在同一时间段内燃烧量的控制，即对峰值压力的控制；所述封堵接头(3)用以阻止中心管(4)A段点火推进剂燃烧后的高温高压气流不会泄露到中心管(4)B段内，保证A段推进剂药柱先燃烧，扶正器(5)保证装置在施工中药柱外壳不受套管壁摩擦的损伤。
2.根据权利要求1所述的可控多脉冲燃气发生装置，其特征在于：所述A段和B段推进剂药柱采用高铝高氯复合固体推进剂，其燃烧后产生25％的三氧化二铝及3％的氯化氢，形成有效的造缝效果。
3.根据权利要求2所述的可控多脉冲燃气发生装置，其特征在于：高燃速推进剂药柱、中燃速推进剂药柱、低燃速推进剂药柱的尺寸均为Φ84×1000mm。
4.根据权利要求2所述的可控多脉冲燃气发生装置，其特征在于：装置外径84mm，长度6m，高铝高氯复合固体推进剂药柱外壳为普通纸筒，中心管(4)为带凹槽的铝合金管，凹槽处中心管厚度最薄，点火推进剂燃烧后的高温高压气体首先从凹槽处外泄并点燃此位置的高铝高氯复合固体推进剂药柱，从而控制各药柱的燃烧次序。
5.根据权利要求1所述的可控多脉冲燃气发生装置，其特征在于：中心管(4)内高燃速点火推进剂与高爆热点火推进剂用量的控制搭配为3∶1～5∶1。
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