CN103225498B - 多级复合深穿透射孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多级复合深穿透射孔装置，包括至少一个整体射孔单元，所述整体射孔包括压裂枪组件(10)和复合射孔器(20)，压裂枪组件(10)包括从上向下依次固定连接的筒形的上接头(1)、筒形的压裂枪身(2)和筒形的中间接头(7)，压裂枪身(2)设有压裂药柱(5)，压裂枪身(2)的侧壁设有多个泄压孔(22)。复合射孔器中射孔弹射孔形成孔道的同时，两级火药分步激发燃烧，在井筒中产生高温高压气体并直接进入射孔孔道，通过多次做功大幅度延长了压力作用时间，能够对较薄的非常规油气层进行有效的气体压裂，从而形成孔缝结合型的深穿透，提高近井地带的导流能力。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发技术领域，尤其是一种用于水平井的多级复合深穿透射孔装置。
背景技术
近车来，页岩气、煤层气、致密气、致密油等非常规油气资源已成为全球石油天然气勘探开发的重点领域，一般非常规油气无法用常规的射孔、压裂方法和技术手段进行开发。从目前国外开发页岩气的经验来看，主要依靠钻水平井及采用大液量多段压裂完井方式来开发此类储层。水平井多数为套管井，而且都要采用水力压裂才能获得产能，套管井必须通过射孔形成压裂液进入地层的通道后才能实施水力压裂。水力压裂作业后所形成缝网系统的完善程度决定了在储层中是否能够获得最大的泄油面积，进而获得产能。
目前对于较薄的油气层，如厚度20m以内，采用上述的分段水力压裂往往很难获得均匀密布的缝网系统，且极易发生窜层，因而不能获得理想的开发效果，而且对于薄层的开发，采用水力压裂也很不经济。所以，当前存在的问题是，针对薄层开发不便于实施水力压裂的井，实施常规射孔作业后只能在井眼附近产生有限的穿深，对于储层渗透率极低的页岩气、煤层气或致密油气层来讲，无法获得产能。
发明内容
为了解决传统的水力压裂和常规射孔作业不适合用于较薄油气层开采的技术问题，本发明提供了一种多级复合深穿透射孔装置，该多级复合深穿透射孔装置将水平井射孔与多级气体压裂技术结合起来，最终在地层中形成了孔缝结合型的深穿透，解决了较薄的油气层在无需实施水力压裂就可直接投产的问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种多级复合深穿透射孔装置，包括至少一个整体射孔单元，所述整体射孔单元的上部为压裂枪组件，所述整体射孔单元的下部为复合射孔器，压裂枪组件包括从上向下依次固定连接的筒形的上接头、筒形的压裂枪身和筒形的中间接头，压裂枪身内套设有中心管，中心管内设有沿轴向贯通的第一通孔，中心管的上端与上接头固定连接并且第一通孔与上接头内的第一导爆索安装通道连通，中心管的下端与中间接头固定连接并且第一通孔通过设置在中间接头内的第二导爆索安装通道与复合射孔器的内部连通，在压裂枪身和中心管之间形成的环形空腔内设有筒形的压裂药柱，压裂枪身的侧壁设有多个泄压孔，在第一导爆索安装通道、第一通孔和第二导爆索安装通道内设有用于点燃复合射孔器和压裂药柱的导爆索。
中心管的上端通过管接头与上接头连接，管接头内设有沿轴向贯通的第二通孔，第二通孔与第一通孔连通，第二通孔与第一导爆索安装通道连通，第二通孔内设有所述导爆索。
管接头的上端密封插接于上接头的第一导爆索安装通道内，管接头的下端密封插接于中心管的第一通孔内。
泄压孔为通孔、或台阶通孔、或设有堵盖的台阶通孔。
压裂药柱的上端和下端外分别套设有环形的扶正体，扶正体的内径等于压裂药柱的外径，扶正体的外径等于压裂枪身的内径。
上接头内设有连通上接头的上端和环形空腔的第一泄压通道；中间接头内设有连通环形空腔和所述复合射孔器的内部的第二泄压通道。
上接头的下端设置有外螺纹，压裂枪身的上端设置有内螺纹，压裂枪身的下端设置有内螺纹，中间接头的上端设置有外螺纹。
所述导爆索包括主导爆索和副导爆索，所述主导爆索沿所述整体射孔单元的轴向设置在第一导爆索安装通道、第二通孔、第一通孔和第二导爆索安装通道内，副导爆索能够穿过设置在中心管侧壁上的第三通孔连接压裂药柱与所述主导爆索。
所述多级复合深穿透射孔装置包括从上向下依次连接的三个所述整体射孔单元，位于上部的所述整体射孔单元的复合射孔器与位于中部的所述整体射孔单元的上接头固定连接，位于中部的所述整体射孔单元的复合射孔器与位于下部的所述整体射孔单元的上接头固定连接。
本发明的有益效果是：
1.压裂药柱安装在压裂枪身内，减小下井过程中对压裂药柱的磨损，提高了爆燃安全性；
2.压裂枪身上开有泄压孔，压裂药柱爆燃时二级火药产生的能量可以快速通过泄压孔释放，能量进入地层，延伸射孔裂缝；
3.压裂枪身内的环形空腔通过设置在上接头和中间接头内的泄压通道与复合射孔器内连通，爆燃后可通过泄压通道快速向复合射孔器内泄压，保持复合射孔器内外压差平衡，能够有效防止复合射孔器被压扁现象。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的多级复合深穿透射孔装置进行详细说明。
图1是本发明所述的多级复合深穿透射孔装置中整体射孔单元的结构示意图。
图2是整体射孔单元中压裂枪组件的结构示意图。
图3是压裂枪组件的部分零件分解示意图。
其中10.压裂枪组件，1.上接头，11.第一导爆索安装通道，12.第一泄压通道，2.压裂枪身，21.环形空腔，22.泄压孔，3.管接头，31.第二通孔，4.中心管，41.第一通孔，42.第三通孔，5.压裂药柱，6.扶正体，7.中间接头，71.第二导爆索安装通道，72.第二泄压通道，73.套筒，74.第四通孔，75.轴承，20.复合射孔器，30.下接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的多级复合深穿透射孔装置进行详细说明，一种多级复合深穿透射孔装置，包括至少一个整体射孔单元，所述整体射孔单元的上部为压裂枪组件10，所述整体射孔单元的下部为复合射孔器20，压裂枪组件10包括从上向下依次固定连接的筒形的上接头1、筒形的压裂枪身2和筒形的中间接头7，压裂枪身2内套设有中心管4，中心管4内设有沿轴向贯通的第一通孔41，中心管4的上端与上接头1固定连接并且第一通孔41与上接头1内的第一导爆索安装通道11连通，中心管4的下端与中间接头7固定连接并且第一通孔41通过设置在中间接头7内的第二导爆索安装通道71与复合射孔器20的内部连通，在压裂枪身2和中心管4之间形成的环形空腔21内设有筒形的压裂药柱5，压裂枪身2的侧壁设有多个泄压孔22，在第一导爆索安装通道11、第一通孔41和第二导爆索安装通道71内设有用于点燃复合射孔器20和压裂药柱5的导爆索，如图1、图2、图3所示。
市售的复合射孔器20内安装有射孔弹以及一级火药，与复合射孔器20相邻的压裂枪组件10内安装的压裂药柱5为二级火药。本发明所述的多级复合深穿透射孔装置在井下作业时，导爆索沿轴向从上向下引燃，复合射孔器20和市售的压裂药柱5随即被引爆，复合射孔器20中的射孔弹被引爆后产生的高速射流，在地层形成射孔孔道，与此同时在高温高压条件下复合射孔器20内的一级火药以及压裂枪组件10内的压裂药柱5爆燃后产生的大量高温高压气体分别沿复合射孔器20枪身上的射流孔以及压裂枪身2上的泄压孔22释放到射孔孔道中，在地层内持续延伸裂缝，从而实现对地层射孔、压裂联作。复合射孔器20中聚能射孔弹射孔形成孔道的同时，两级火药分步激发燃烧，在井筒中产生高温高压气体并直接进入射孔孔道，通过多次做功大幅度延长了压力作用时间，能够对较薄的非常规油气层进行有效的气体压裂，从而形成孔缝结合型的深穿透，在近井地带形成广泛的裂缝网络，大幅度提高近井地带的导流能力。
中心管4的上端通过管接头3与上接头1连接，管接头3内设有沿轴向贯通的第二通孔31，第二通孔31与第一通孔41连通，第二通孔31与第一导爆索安装通道11连通，第二通孔31内设有所述导爆索。管接头3的上端密封插接于上接头1的第一导爆索安装通道11内，管接头3的下端密封插接于中心管4的第一通孔41内。通过设置管接头3可以提高该多级复合深穿透射孔装置的中心管4与上接头1连接的可靠性。
泄压孔22为通孔、或台阶通孔、或设有堵盖的台阶通孔，压裂药柱5套设在中心管4外，压裂药柱5爆燃后产生的大量高温高压气体能够从泄压孔22释放到射孔孔道中。
压裂药柱5安装在压裂枪身2内，减小下井过程中对药柱的磨损，提高爆燃安全性。为了更好地在中心管4外部安装压裂药柱5，压裂药柱5的上端和下端外分别套设有环形的扶正体6，扶正体6的内径等于压裂药柱5的外径，扶正体6的外径等于压裂枪身2的内径，即压裂药柱5的上端和下端由扶正体6进行扶正。压裂枪身2的内径根据内径大小不同分为上中下三段，压裂枪身2上段的内径等于压裂枪身2下段的内径，压裂枪身2中段的内径小于压裂枪身2上段的内径，扶正体6的外径等于压裂枪身2中段的内径。
上接头1内设有连通上接头1的上端和环形空腔21的第一泄压通道12，当上接头1连接有复合射孔器20时，压裂药柱5爆燃后产生的一部分高温高压气体通过第一泄压通道12可以快速释放至压裂枪组件10上方的复合射孔器20内。中间接头7内设有连通环形空腔21和所述复合射孔器20的内部的第二泄压通道72，压裂药柱5爆燃后产生的一部分高温高压气体也可以通过第一泄压通道12快速释放至压裂枪组件10上方的复合射孔器20内，即环形空腔21能够与复合射孔器20内连通，这样可保持复合射孔器20内外压差平衡，避免因复合射孔器20的枪身内外压力不平衡所引起的复合射孔器20的枪身被压扁的现象，如图2所示。
上接头1的下端设置有外螺纹，压裂枪身2的上端设置有内螺纹，压裂枪身2的下端设置有内螺纹，中间接头7的上端设置有外螺纹，即上接头1的下端与压裂枪身2的上端螺纹连接，压裂枪身2的下端与中间接头7的上端螺纹连接。
第一导爆索安装通道11、第二通孔31、第一通孔41和第二导爆索安装通道71依次连通，在压裂枪组件10与相邻的复合射孔器20之间形成通畅的传爆通道。所述导爆索包括主导爆索和副导爆索，所述主导爆索沿所述整体射孔单元的轴向设置在第一导爆索安装通道11、第二通孔31、第一通孔41和第二导爆索安装通道71内，副导爆索能够穿过设置在中心管4侧壁上的第三通孔42连接压裂药柱5与所述主导爆索，即主导爆索能够通过副导爆索引爆压裂药柱5。
本发明也可采用多套整体射孔单元组成作业管柱，达到最佳的增产效果。如所述多级复合深穿透射孔装置包括从上向下依次连接的三个所述整体射孔单元，即三个所述整体射孔单元分别位于所述多级复合深穿透射孔装置的上部、中部和下部，位于上部的所述整体射孔单元的复合射孔器20与位于中部的所述整体射孔单元的上接头1固定连接，位于中部的所述整体射孔单元的复合射孔器20与位于下部的所述整体射孔单元的上接头1固定连接。
当复合射孔器20的下端设有下接头30时，位于上部的所述整体射孔单元的复合射孔器20的下接头30与位于中部的所述整体射孔单元的上接头1通过螺纹连接，位于中部的所述整体射孔单元的复合射孔器20的下接头30与位于下部的所述整体射孔单元的上接头1通过螺纹连接。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
Claims (10)
1.一种多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，所述多级复合深穿透射孔装置包括至少一个整体射孔单元，所述整体射孔单元的上部为压裂枪组件(10)，所述整体射孔单元的下部为复合射孔器(20)，压裂枪组件(10)包括从上向下依次固定连接的筒形的上接头(1)、筒形的压裂枪身(2)和筒形的中间接头(7)，压裂枪身(2)内套设有中心管(4)，中心管(4)内设有沿轴向贯通的第一通孔(41)，中心管(4)的上端与上接头(1)固定连接并且第一通孔(41)与上接头(1)内的第一导爆索安装通道(11)连通，中心管(4)的下端与中间接头(7)固定连接并且第一通孔(41)通过设置在中间接头(7)内的第二导爆索安装通道(71)与复合射孔器(20)的内部连通，在压裂枪身(2)和中心管(4)之间形成的环形空腔(21)内设有筒形的压裂药柱(5)，压裂枪身(2)的侧壁设有多个泄压孔(22)，在第一导爆索安装通道(11)、第一通孔(41)和第二导爆索安装通道(71)内设有用于点燃复合射孔器(20)和压裂药柱(5)的导爆索；
上接头(1)内设有连通上接头(1)的上端和环形空腔(21)的第一泄压通道(12)，中间接头(7)内设有连通环形空腔(21)和所述复合射孔器(20)的内部的第二泄压通道(72)；
第二导爆索安装通道(71)内套设有套筒(73)，套筒(73)上下两端的外壁分别通过轴承(75)与中间接头(7)的内壁连接，套筒(73)内设有沿轴向贯通的第四通孔(74)，中心管(4)的下端与套筒(73)的上端抵接，中心管(4)内的第一通孔(41)通过设置在套筒(73)内的第四通孔(74)与复合射孔器(20)的内部连通。
2.根据权利要求1所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，中心管(4)的上端通过管接头(3)与上接头(1)连接，管接头(3)内设有沿轴向贯通的第二通孔(31)，第二通孔(31)与第一通孔(41)连通，第二通孔(31)与第一导爆索安装通道(11)连通，第二通孔(31)内设有所述导爆索。
3.根据权利要求2所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，管接头(3)的上端密封插接于上接头(1)的第一导爆索安装通道(11)内，管接头(3)的下端密封插接于中心管(4)的第一通孔(41)内。
4.根据权利要求1所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，泄压孔(22)为通孔。
5.根据权利要求1所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，泄压孔(22)为台阶通孔。
6.根据权利要求1所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，泄压孔(22)为设有堵盖的台阶通孔。
7.根据权利要求1所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，压裂药柱(5)的上端和下端外分别套设有环形的扶正体(6)，扶正体(6)的内径等于压裂药柱(5)的外径，扶正体(6)的外径等于压裂枪身(2)的内径。
8.根据权利要求1所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，上接头(1)的下端设置有外螺纹，压裂枪身(2)的上端设置有内螺纹，压裂枪身(2)的下端设置有内螺纹，中间接头(7)的上端设置有外螺纹。
9.根据权利要求2所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，所述导爆索包括主导爆索和副导爆索，所述主导爆索沿所述整体射孔单元的轴向设置在第一导爆索安装通道(11)、第二通孔(31)、第一通孔(41)和第二导爆索安装通道(71)内，副导爆索能够穿过设置在中心管(4)侧壁上的第三通孔(42)连接压裂药柱(5)与所述主导爆索。
10.根据权利要求1所述的多级复合深穿透射孔装置，其特征在于，所述多级复合深穿透射孔装置包括从上向下依次连接的三个所述整体射孔单元，位于上部的所述整体射孔单元的复合射孔器(20)与位于中部的所述整体射孔单元的上接头(1)固定连接，位于中部的所述整体射孔单元的复合射孔器(20)与位于下部的所述整体射孔单元的上接头(1)固定连接。
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