CN104086340A - 一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，第一级火药由粘结剂A、增塑剂A、氧化剂A、燃烧剂A、安定剂A和固化剂A制成，第二级火药由氧化剂B、燃烧剂B、粘结剂B、增塑剂B、固化剂B和降速剂B制成，第三级火药由氧化剂C、增塑剂C、燃烧剂C、粘结剂C、固化剂C、交联剂C和降速剂C制成。本发明的多级燃速火药通过三级不同能量和燃速的火药体系的长时间、脉冲式的充分作用，地层的压裂范围大幅增加，沟通了天然裂缝，形成复杂的缝网构造，为后期水力压裂改造地层打下了坚实的基础。

Description

一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药

技术领域

本发明属于高能气体压裂用火药技术领域，具体涉及一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药。

背景技术

国内高能气体压裂技术目前已经发展为一项比较成熟的油气井生产改造措施，在油气田得到了广泛应用并取得了良好的经济效益。目前高能气体压裂技术所使用的火药体系主要有固体火药和液体火药。固体火药主要成分是双击发射药，其特点是能量高，在几到十几毫秒的时间内快速燃烧完、迅速憋压，压开地层，形成多条裂缝。但是其燃速过快，有效作用时间太短，致使压裂改造的地层体积范围太小，制约着高能气体压裂技术的进一步发展和推广；而液体火药主要由硝酸铵、尿素等组成，虽然装药量大，燃速慢，有效作用时间长(几百毫秒到几十秒)，但是由于燃烧产生的峰值压力较低，在遇到地应力和破裂压力过高的深层、超高压地层时，便难以压开地层。因此，传统高能气体压裂技术所使用的火药体系存在的性能短板，严重制约着该技术在深层、超高压、低渗透地层领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药。该火药逐级燃烧，第一级火药能量高、燃速快，在几毫秒到十几毫秒的短时间内快速升压，压开地层，形成多条不受地应力控制的主裂缝；第二级火药能量较第一级低、燃速大幅降低，第二级火药燃烧后快速点燃继续维持井筒内的高压环境，更长时间(几十毫秒到几百毫秒)地作用于地层，初步延伸裂缝，并形成多条支裂缝，降低地层破裂压力；第三级火药的能量最低、燃速较第二级火药的燃速大幅降低，燃烧平稳，有效作用时间最长(几百毫秒到几十秒)，进一步延伸主裂缝，拓展支裂缝，减小地应力差异系数。通过三级不同能量和燃速的火药体系的长时间、脉冲式的充分作用，地层的压裂范围大幅增加，沟通了天然裂缝，形成复杂的缝网构造，为后期水力压裂改造地层打下了坚实的基础。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药；所述第一级火药由以下重量百分比的原料制成：粘结剂A5％～20％，增塑剂A15％～35％，氧化剂A40％～60％，燃烧剂A10％～20％，安定剂A0.5％～5％，固化剂A0.1％～3％，其中粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的一种或几种，增塑剂A为硝化甘油、1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或几种，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的一种或几种，燃烧剂A为铝粉和/或镁粉，安定剂A为2-硝基二苯胺和/或4-硝基二苯胺，固化剂A为异氰酸酯和/或硝化纤维素；所述第二级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂B45％～70％，燃烧剂B10％～25％，粘结剂B6％～15％，增塑剂B1％～5％，固化剂B0.5％～8％，降速剂B0％～3％，其中氧化剂B为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的一种或几种，燃烧剂B为铝粉和/或镁粉，粘结剂B为端羟基聚丁二烯，增塑剂B为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或几种，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的一种或几种，降速剂B为季铵盐、碳酸锶和碳酸钙中的一种或几种；所述第三级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂C55％～85％，增塑剂C2％～12％，燃烧剂C5％～20％，粘结剂C5％～25％，固化剂C0.5％～3％，交联剂C0.5％～3％，降速剂C0％～3％，其中氧化剂C为高氯酸铵和/或硫酸铵，增塑剂C为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或几种，燃烧剂C为铝粉和/或镁粉，粘结剂C为聚氨基甲酸酯，固化剂C为二异氰酸甲苯和/或六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的一种或几种，降速剂C为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的一种或几种。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述第一级火药由以下重量百分比的原料制成：粘结剂A8％～12％，增塑剂A16％～27％，氧化剂A50％～55％，燃烧剂A10％～15％，安定剂A1％～3％，固化剂A0.5％～2％。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述粘结剂A为聚乙二醇，增塑剂A为硝化甘油和l,2,4-丁三醇三硝酸酯，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今，燃烧剂A为铝粉，安定剂A为2-硝基二苯胺，固化剂A为异氰酸酯。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述第二级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂B55％～65％，燃烧剂B16％～21％，粘结剂B8％～12％，增塑剂B2％～4％，固化剂B3％～5％，降速剂B0％～3％。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述氧化剂B为高氯酸铵，燃烧剂B为铝粉，粘结剂B为端羟基聚丁二烯，增塑剂B为癸二酸二异辛酯，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯，降速剂B为季铵盐和碳酸锶。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述第三级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂C65％～72％，增塑剂C2％～8％，燃烧剂C10％～14％，粘结剂C12％～16％，固化剂C0.5％～1.5％，交联剂C0.5％～1.5％，降速剂C1.25％～2.5％。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述氧化剂C为高氯酸铵和硫酸铵，增塑剂C为壬酸异癸酯，燃烧剂C为铝粉，粘结剂C为聚氨基甲酸酯，固化剂C为二异氰酸甲苯，交联剂C为单蓖麻油酸甘油酯，降速剂C为磷钨酸。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述多级燃速火药在井筒中的放置顺序为第一级火药在顶部，第三级火药在底部，第二级火药位于第一级火药和第三级火药之间，火药点燃顺序依次为第一级火药、第二级火药和第三级火药。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述第一级火药、第二级火药和第三级火药均由多节火药药柱根据作业计算药量连接而成。

上述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，所述火药药柱为中空圆柱形，火药药柱的内径为25mm，外径为85mm，长为500mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的多级燃速火药的耐温性能好，根据差热分析法(DTA)测得的最小分解温度，第一级火药为124.3℃、第二级火药为132.7℃、第三级火药为138.3℃，正常运输、搬运条件下可靠、安全。

2、本发明的多级燃速火药逐级燃烧，第一级火药能量高、燃速快，在几毫秒到十几毫秒的短时间内快速升压，压开地层，形成多条不受地应力控制的主裂缝；第二级火药能量较第一级低、燃速大幅降低，第二级火药燃烧后快速点燃继续维持井筒内的高压环境，更长时间(几十毫秒到几百毫秒)地作用于地层，初步延伸裂缝，并形成多条支裂缝，降低地层破裂压力；第三级火药的能量最低、燃速较第二级火药的燃速大幅降低，燃烧平稳，有效作用时间最长(几百毫秒到几十秒)，进一步延伸主裂缝，拓展支裂缝，减小地应力差异系数。通过三级不同能量和燃速的火药体系的长时间、脉冲式的充分作用，地层的压裂范围大幅增加，沟通了天然裂缝，形成复杂的缝网构造，为后期水力压裂改造地层打下了坚实的基础。

3、本发明的多级燃速火药主要作为高能气体发生剂，产生能量和燃速依次递减的脉冲高压动能，压开、扩展地层，适用于深层、低渗透、高致密、地层破裂压力高或地层应力差异系数大(>0.25)的常规或非常规类型的油井或气井。

4、本发明的多级燃速火药采用的原料易生产、价格便宜、安全性能可靠，多级燃速火药的制备工艺成熟，燃烧可控、稳定。主要应用于深井、超高压、低渗透地层的油气田生产领域。通过三个能量、燃速逐级递减，持压时间逐级增大的火药组成的火药体系产生的高能气体压力脉冲，能轻松压开地层，形成多条不受地应力控制的裂缝，并更大范围的延伸和拓展主裂缝及支裂缝，沟通天然裂隙，降低地应力和破裂压力，为水力压裂形成复杂缝网构造打下坚实基础。

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明多级燃速火药的压力-时间测试结果。

图2为本发明多级燃速火药的燃速-压力测试结果。

具体实施方式

实施例1

本实施例的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，各级火药的配方组成见表1。

表1  实施例1各级火药的配方组成

本实施例的多级燃速火药的制备方法为：分别按照第一级火药、第二级火药和第三级火药的配方组成称取各原料，将原料置于混合机中混合80min，根据所要制备的火药药柱的形状和尺寸选择模具，然后将混合后的原料真空浇注成型，保压除气后放入70℃烘箱固化5天，分别得到第一级火药、第二级火药和第三级火药的火药药柱，火药药柱为中空圆柱形，火药药柱的内径为25mm，外径为85mm，长为500mm；最后根据作业计算药量确定各级火药的火药药柱数量，采用铝管将各级火药的火药药柱连接，分别得到第一级火药、第二级火药和第三级火药。

实施例2

本实施例与实施例1相同，其中不同之处在于：所用粘结剂A为聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯或端羟基聚丁二烯，或者为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的至少两种，增塑剂A为硝化甘油、l,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或三种，或者为硝化甘油和三羟甲基乙烷三硝酸酯，或者为l,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的一种或两种，燃烧剂A为镁粉或铝粉和镁粉，安定剂A为4-硝基二苯胺或2-硝基二苯胺和4-硝基二苯胺，固化剂A为硝化纤维素或异氰酸酯和硝化纤维素；所用氧化剂B为三氨基胍硝酸酯、黑索金或奥克托今，或者为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的至少两种，燃烧剂B为镁粉或铝粉和镁粉，增塑剂B为壬酸异癸酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的两种或三种，固化剂B为氢化二甲苯二异氰酸酯或六次甲基二异氰酸酯，或者为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的两种或三种，降速剂B为季铵盐、碳酸锶和碳酸钙中的一种或三种，或者为季铵盐和碳酸钙，或者为碳酸锶和碳酸钙；所用氧化剂C为高氯酸铵或硫酸铵，增塑剂C为癸二酸二异辛酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的两种或三种，燃烧剂C为镁粉或铝粉和镁粉，固化剂C为六次甲基二异氰酸酯或二异氰酸甲苯和六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为三蓖麻油酸甘油酯或三乙醇胺，或者为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的两种或三种，降速剂C为氟化锂或碳酸钙，或者为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的两种或三种。

实施例3

本实施例的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，各级火药的配方组成见表2。

表2  实施例3各级火药的配方组成

本实施例的多级燃速火药的制备方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于：所用粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯或聚乙酸内酯，聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的至少两种，增塑剂A为硝化甘油、1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或三种，或者为硝化甘油和1,2,4-丁三醇三硝酸酯，或者为1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的一种或三种，或者为高氯酸铵和奥克托今，或者为奥克托今和黑索今，燃烧剂A为铝粉或铝粉和镁粉，安定剂A为2-硝基二苯胺或2-硝基二苯胺和4-硝基二苯胺，固化剂A为异氰酸酯或异氰酸酯和硝化纤维素；所用氧化剂B为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的至少一种、三种或四种，或者为高氯酸铵、黑索金和奥克托今中的两种，或者为高氯酸铵和三氨基胍硝酸酯，或者为三氨基胍硝酸酯和黑索金，燃烧剂B为铝粉或铝粉和镁粉，增塑剂B为癸二酸二异辛酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的至少两种，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯或氢化二甲苯二异氰酸酯，或者为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的至少两种，降速剂B为季铵盐、碳酸锶和碳酸钙中的一种或三种，或者为季铵盐和碳酸锶，或者为碳酸锶和碳酸钙；所用氧化剂C为硫酸铵或高氯酸铵和硫酸铵，增塑剂C为癸二酸二异辛酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的至少两种，燃烧剂C为铝粉或铝粉和镁粉，固化剂C为六次甲基二异氰酸酯或二异氰酸甲苯和六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为单蓖麻油酸甘油酯或三蓖麻油酸甘油酯，或者为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的至少两种。

实施例5

本实施例的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，各级火药的配方组成见表3。

表3  实施例5各级火药的配方组成

本实施例的多级燃速火药的制备方法与实施例1相同。

实施例6

本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于：所用粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯或端羟基聚丁二烯，或者为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的至少两种，增塑剂A为硝化甘油、1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或三种，或者为硝化甘油和1,2,4-丁三醇三硝酸酯，或者为硝化甘油和三羟甲基乙烷三硝酸酯，氧化剂A为高氯酸铵或奥克托今，或者为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的至少两种，燃烧剂A为铝粉或镁粉，安定剂A为2-硝基二苯胺或4-硝基二苯胺，固化剂A为硝化纤维素或异氰酸酯和硝化纤维素；所用氧化剂B为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的一种、两种或四种，或者为三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今，或者为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯和黑索金，或者为高氯酸铵、黑索金和奥克托今，燃烧剂B为铝粉或镁粉，增塑剂B为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或三种，或者为壬酸异癸酯和癸二酸二异辛酯，或者为壬酸异癸酯和己二酸二辛酯，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯或六次甲基二异氰酸酯，或者为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的至少两种；所用氧化剂C为高氯酸铵或硫酸铵，增塑剂C为壬酸异癸酯或癸二酸二异辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的至少两种，燃烧剂C为铝粉或镁粉，固化剂C为六次甲基二异氰酸酯或二异氰酸甲苯和六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为三蓖麻油酸甘油酯或三乙醇胺，或者为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的至少两种，降速剂C为磷钨酸或碳酸钙，或者为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的至少两种。

实施例7

本实施例的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，各级火药的配方组成见表4。

表4  实施例7各级火药的配方组成

本实施例的多级燃速火药的制备方法与实施例1相同。

实施例8

本实施例与实施例7相同，其中不同之处在于：所用粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的一种、两种或四种，或者为聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯，或者为聚乙二醇、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯，或者为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯和端羟基聚丁二烯，增塑剂A为硝化甘油或三羟甲基乙烷三硝酸酯，或者为硝化甘油、1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的至少两种，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的一种或三种，或者为高氯酸铵和奥克托今，或者为高氯酸铵和黑索今，燃烧剂A为镁粉或铝粉和镁粉，安定剂A为2-硝基二苯胺或2-硝基二苯胺和4-硝基二苯胺，固化剂A为异氰酸酯或硝化纤维素；所用氧化剂B为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的一种、两种或四种，或者为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯和奥克托今，或者为三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今，或者为高氯酸铵、黑索金和奥克托今，燃烧剂B为镁粉或铝粉和镁粉，增塑剂B为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或两种，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的一种或两种，降速剂B为碳酸锶或碳酸钙，或者为季铵盐、碳酸锶和碳酸钙中的至少两种；所用氧化剂C为高氯酸铵或硫酸铵，增塑剂C为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或两种，燃烧剂C为镁粉或铝粉和镁粉，固化剂C为二异氰酸甲苯或六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的一种或两种，降速剂C为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的一种或两种。

实施例9

本实施例的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，各级火药的配方组成见表5。

表5  实施例9各级火药的配方组成

本实施例的多级燃速火药的制备方法与实施例1相同。

实施例10

本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于：所用粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯或端羟基聚丁二烯，或者为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的至少两种，增塑剂A为硝化甘油、l,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或三种，或者为硝化甘油和三羟甲基乙烷三硝酸酯，或者为l,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的一种或两种，燃烧剂A为镁粉或铝粉和镁粉，安定剂A为4-硝基二苯胺或2-硝基二苯胺和4-硝基二苯胺，固化剂A为硝化纤维素或异氰酸酯和硝化纤维素；所用氧化剂B为三氨基胍硝酸酯、黑索金或奥克托今，或者为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的至少两种，燃烧剂B为镁粉或铝粉和镁粉，增塑剂B为壬酸异癸酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的两种或三种，固化剂B为氢化二甲苯二异氰酸酯或六次甲基二异氰酸酯，或者为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的两种或三种，降速剂B为季铵盐、碳酸锶和碳酸钙中的一种或三种，或者为季铵盐和碳酸钙，或者为碳酸锶和碳酸钙；所用氧化剂C为高氯酸铵或硫酸铵，增塑剂C为癸二酸二异辛酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的两种或三种，燃烧剂C为镁粉或铝粉和镁粉，固化剂C为六次甲基二异氰酸酯或二异氰酸甲苯和六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为三蓖麻油酸甘油酯或三乙醇胺，或者为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的两种或三种，降速剂C为氟化锂或碳酸钙，或者为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的两种或三种。

实施例11

本实施例的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，各级火药的配方组成见表6。

表6  实施例11各级火药的配方组成

本实施例的多级燃速火药的制备方法与实施例1相同。

实施例12

本实施例与实施例11相同，其中不同之处在于：所用粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯或端羟基聚丁二烯，或者为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的至少两种，增塑剂A为硝化甘油、1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或三种，或者为硝化甘油和三羟甲基乙烷三硝酸酯，或者为1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的一种或两种，燃烧剂A为镁粉或铝粉和镁粉，安定剂A为4-硝基二苯胺或2-硝基二苯胺和4-硝基二苯胺，固化剂A为硝化纤维素或异氰酸酯和硝化纤维素；所用氧化剂B为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的一种、三种或四种，或者为三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的两种，或者为高氯酸铵和三氨基胍硝酸酯，或者为高氯酸铵和黑索金，燃烧剂B为镁粉或铝粉和镁粉，增塑剂B为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或三种，或者为壬酸异癸酯和己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯和癸二酸二异辛酯，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯或氢化二甲苯二异氰酸酯，或者为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的至少两种；所用氧化剂C为高氯酸铵或硫酸铵，增塑剂C为癸二酸二异辛酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的至少两种，燃烧剂C为镁粉或铝粉和镁粉，固化剂C为六次甲基二异氰酸酯或二异氰酸甲苯和六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的一种或三种，或者为三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺，或者为单蓖麻油酸甘油酯和三蓖麻油酸甘油酯，降速剂C为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的一种或三种，或者为磷钨酸和氟化锂，或者为氟化锂和碳酸钙。

实施例13

本实施例的多级燃速火药，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药，各级火药的配方组成见表7。

表7  实施例13各级火药的配方组成

本实施例的多级燃速火药的制备方法与实施例1相同。

实施例14

本实施例与实施例13相同，其中不同之处在于：所用粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯或聚乙酸内酯，或者为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的至少两种，增塑剂A为硝化甘油、1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或三种，或者为硝化甘油和1,2,4-丁三醇三硝酸酯，或者为1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯，氧化剂A为奥克托今或黑索今，或者为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的至少两种，燃烧剂A为铝粉或铝粉和镁粉，安定剂A为2-硝基二苯胺或4-硝基二苯胺，固化剂A为异氰酸酯或硝化纤维素；所用氧化剂B为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的一种、两种或四种，或者为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯和黑索金，或者为三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今，或者为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯和奥克托今，燃烧剂B为铝粉或铝粉和镁粉，增塑剂B为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或三种，或者为壬酸异癸酯和癸二酸二异辛酯，或者为癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的一种或三种，或者为二甲苯二异氰酸酯和氢化二甲苯二异氰酸酯，或者为氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯，降速剂B为季铵盐或碳酸钙，或者为季铵盐、碳酸锶和碳酸钙中的至少两种；所用氧化剂C为高氯酸铵或硫酸铵，增塑剂C为癸二酸二异辛酯或己二酸二辛酯，或者为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的至少两种，燃烧剂C为铝粉或铝粉和镁粉，固化剂C为六次甲基二异氰酸酯或二异氰酸甲苯和六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为三蓖麻油酸甘油酯或三乙醇胺，或者为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的至少两种，降速剂C为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的一种或三种，或者为磷钨酸和碳酸钙，或者为氟化锂和碳酸钙。

采用密闭爆发器、燃速测定仪、压力标定仪、CYG401型齐平封装高频动态压力传感器和SP1461D型函数信号发生器对本发明实施例1的多级燃速火药进行压力-时间和燃速-压力的测试。测试结果如图1和图2所示。对本发明实施例2至实施例5的火药进行测试，结果与实施例1的测试结果类似。

图1给出了本发明多级燃速火药在相同实验条件下的压力-时间测试结果，从图中可以清晰地看出，第一级火药升压速度最快，峰值压力最大，可达163MPa，持压时间(80MPa以上)43ms；第二级火药峰值压力明显降低，为135MPa，但是持压时间65ms，相对第一级火药明显增大；第三级火药峰值压力最小，为117MPa，燃烧更为平稳，持压时间达到86ms，为三级里最长。因此，本发明的多级燃速火药燃烧能量、峰值压力逐渐下降，持压时间则逐级增大，有利于大范围压裂地层形成复杂缝网构造。

图2给出了本发明多级燃速火药的燃速-压力测试结果。从图中可以看出，燃速随着环境压力的增大而增大。第一级火药的燃速最大，在60MPa～70MPa高压下的燃速高达82.85mm/s～85.40mm/s；而第二级火药在60MPa～70MPa下燃速为38.16mm/s～39.48mm/s，较第一级火药燃速降低了一半左右；第三级火药燃速最小，在60MPa～70MPa下燃速仅为21.47mm/s～22.68mm/s，在第二级火药基础上又大幅降低。故通过实验测试可以看出，本发明的多级燃速火药的燃速逐级降低，反过来同等药量火药有效作用时间则逐级增长，有利于裂缝的拓展和延伸，增大压裂的范围，起到降低地应力及应力差异系数的作用，为后期水力压裂形成复杂体机缝网创造有利条件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，包括第一级火药、第二级火药和第三级火药；所述第一级火药由以下重量百分比的原料制成：粘结剂A5％～20％，增塑剂A15％～35％，氧化剂A40％～60％，燃烧剂A10％～20％，安定剂A0.5％～5％，固化剂A0.1％～3％，其中粘结剂A为聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯、聚乙酸内酯和端羟基聚丁二烯中的一种或几种，增塑剂A为硝化甘油、1,2,4-丁三醇三硝酸酯和三羟甲基乙烷三硝酸酯中的一种或几种，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今中的一种或几种，燃烧剂A为铝粉和/或镁粉，安定剂A为2-硝基二苯胺和/或4-硝基二苯胺，固化剂A为异氰酸酯和/或硝化纤维素；所述第二级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂B45％～70％，燃烧剂B10％～25％，粘结剂B6％～15％，增塑剂B1％～5％，固化剂B0.5％～8％，降速剂B0％～3％，其中氧化剂B为高氯酸铵、三氨基胍硝酸酯、黑索金和奥克托今中的一种或几种，燃烧剂B为铝粉和/或镁粉，粘结剂B为端羟基聚丁二烯，增塑剂B为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或几种，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的一种或几种，降速剂B为季铵盐、碳酸锶和碳酸钙中的一种或几种；所述第三级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂C55％～85％，增塑剂C2％～12％，燃烧剂C5％～20％，粘结剂C5％～25％，固化剂C0.5％～3％，交联剂C0.5％～3％，降速剂C0％～3％，其中氧化剂C为高氯酸铵和/或硫酸铵，增塑剂C为壬酸异癸酯、癸二酸二异辛酯和己二酸二辛酯中的一种或几种，燃烧剂C为铝粉和/或镁粉，粘结剂C为聚氨基甲酸酯，固化剂C为二异氰酸甲苯和/或六次甲基二异氰酸酯，交联剂C为单蓖麻油酸甘油酯、三蓖麻油酸甘油酯和三乙醇胺中的一种或几种，降速剂C为磷钨酸、氟化锂和碳酸钙中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述第一级火药由以下重量百分比的原料制成：粘结剂A8％～12％，增塑剂A16％～27％，氧化剂A50％～55％，燃烧剂A10％～15％，安定剂A1％～3％，固化剂A0.5％～2％。

3.根据权利要求2所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述粘结剂A为聚乙二醇，增塑剂A为硝化甘油和l,2,4-丁三醇三硝酸酯，氧化剂A为高氯酸铵、奥克托今和黑索今，燃烧剂A为铝粉，安定剂A为2-硝基二苯胺，固化剂A为异氰酸酯。

4.根据权利要求1所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述第二级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂B55％～65％，燃烧剂B16％～21％，粘结剂B8％～12％，增塑剂B2％～4％，固化剂B3％～5％，降速剂B0％～3％。

5.根据权利要求4所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述氧化剂B为高氯酸铵，燃烧剂B为铝粉，粘结剂B为端羟基聚丁二烯，增塑剂B为癸二酸二异辛酯，固化剂B为二甲苯二异氰酸酯，降速剂B为季铵盐和碳酸锶。

6.根据权利要求1所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述第三级火药由以下重量百分比的原料制成：氧化剂C65％～72％，增塑剂C2％～8％，燃烧剂C10％～14％，粘结剂C12％～16％，固化剂C0.5％～1.5％，交联剂C0.5％～1.5％，降速剂C1.25％～2.5％。

7.根据权利要求6所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述氧化剂C为高氯酸铵和硫酸铵，增塑剂C为壬酸异癸酯，燃烧剂C为铝粉，粘结剂C为聚氨基甲酸酯，固化剂C为二异氰酸甲苯，交联剂C为单蓖麻油酸甘油酯，降速剂C为磷钨酸。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述多级燃速火药在井筒中的放置顺序为第一级火药在顶部，第三级火药在底部，第二级火药位于第一级火药和第三级火药之间，火药点燃顺序依次为第一级火药、第二级火药和第三级火药。

9.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述第一级火药、第二级火药和第三级火药均由多节火药药柱根据作业计算药量连接而成。

10.根据权利要求9所述的一种可实现多级脉冲高能气体压裂的多级燃速火药，其特征在于，所述火药药柱为中空圆柱形，火药药柱的内径为25mm，外径为85mm，长为500mm。