CN104358549A - 油气井用射面定向射孔器 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气勘探开发技术领域，具体涉及一种射孔面与套管轴线垂直的油气井用射面定向射孔器，包括枪体，其特征在于枪体内设有2～8个射孔单元，相邻射孔单元径向夹角为180°或135°，射孔单元以导爆索右螺旋顺次连接，所述每个射孔单元由一段弹架和3发射孔弹组成，弹架上开设有3个弹孔，射孔弹安装在弹孔中，射孔弹在弹架上为右螺旋排布，相位角为60°，射孔单元内射孔弹射流在地层内形成垂直于油气井套管轴线的扇形射孔面。本发明所达到的有益效果是：1)能够降低破裂压力，完善地层缝网系统，增加泄流面积，提高油气产量。2)有效避免相邻地层压裂裂缝交叉串通。3)设计合理，简单实用，达到了施工方便、安全可靠的效果。

Description

油气井用射面定向射孔器

技术领域

本发明属于油气勘探开发技术领域，具体涉及一种射孔面与套管轴线垂直的油气井用射面定向射孔器。

背景技术

目前，随着科技的进步，油气射孔完井技术得到了较快发展，尤其是开发了各种新结构射孔器，有效打通了地层和油井的通道。但射孔弹的排布方式仍已单螺旋、多螺旋和纵向为主，射孔孔道也是如此排列。在进行分段压裂时，在地层内，以单个射孔孔道为轴线形成了较为分散、方向不一的缝网系统，存在以下两点不足：一是射孔孔道在地层空间是均匀排布，不能形成与射孔器轴线相对垂直的射孔面，压裂时不能引导裂缝趋向应力集中方向，压裂困难，压裂后泄流面积小；二是压裂时容易产生纵向裂缝，对于厚度小于20米的储集层，在某些情况下可能引起相邻地层压裂裂缝交叉串通，对后续开采产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术射孔器的射孔弹排布方式有缺陷，在进行分段压裂时不能引导裂缝趋向应力集中方向，压裂困难，压裂后泄流面积小，压裂时容易产生纵向裂缝的缺陷，提供一种油气井用射面定向射孔器，采用本发明进行射孔作业时，射孔单元的3发射孔弹射孔孔道能够形成扇形射孔面，射孔面主体部分与套管中心轴线成90°夹角。在进行水力压裂时，扇形射孔面能够引导裂缝走向，降低破裂压力，产生多个与井筒垂直的径向压裂面，完善地层缝网系统，增加泄流面积，提高油气产量。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种油气井用射面定向射孔器，包括枪体，其特征在于枪体内设有2～8个射孔单元，相邻射孔单元径向夹角为180°或135°，所述每个射孔单元由一段弹架和3发射孔弹组成，弹架上开设有3个弹孔，射孔弹安装在弹孔上，射孔弹在弹架上为右螺旋排布，相位角为60°，单元内射孔弹射流在地层内形成垂直于井套管轴线的扇形射孔面，导爆索依次连接所有射孔单元的射孔弹。

本发明的每个射孔单元里，中间为1发M型射孔弹，两侧各为1发L型射孔弹。

本发明的M型射孔弹与弹架轴线垂直，两侧L型射孔弹开口方向均向中间M型射孔弹倾斜，L型射孔弹轴线与弹架轴线倾角为60°～85°。

上述倾角(60°～85°)，最优方案为78°，可根据弹间距、射流在地层穿透深度等计算得出。平均穿透深度大的弹型夹角小，平均穿透深度小的弹型夹角大，以实现射孔孔道终点在同一个横截面上，该横截面和套管轴线垂直。作为一个整体，3发射孔弹射流形成一个扇形射孔面，以此为基础，在进行水力压裂时形成与套管轴线垂直的压裂面。

本发明的每个弹架上的弹孔由装弹孔、定位孔和压弹棱边组成，M型射孔弹对应的弹孔为M型弹孔，M型弹孔的装弹孔为M型装弹孔，M型装弹孔为圆形，直径与M型射孔弹外径吻合，M型装弹孔两侧切弧形槽，形成压弹棱边，M型装弹孔对应的M型定位孔为圆形。L型射孔弹对应的装弹孔为L型装弹孔，L型装弹孔的形状为装配时射孔弹外圆和弹架斜交的相贯线，每个L型装弹孔靠近M型装弹孔那一侧切弧形槽，形成压弹棱边，L型装弹孔对应的L型定位孔形状为装配时射孔弹小端圆柱面和弹架斜交的相贯线，压弹棱边与对应的装弹孔同心。

本发明的装弹孔、定位孔尺寸根据射孔弹外形尺寸及装弹方位设置，孔间距、相位角和倾角根据射孔作业要求设计。中间M型弹孔和弹架轴线垂直，两侧L型弹孔和弹架轴线斜交，夹角为60°～85°，两夹角相等，方向相对。在装弹孔正上方径向观察，中间M型装弹孔为圆形，直径与弹体外径吻合；两侧L型装弹孔为非圆形，其形状为装配时射孔弹外圆和弹架斜交的相贯线，中间M型定位孔为圆形，两侧L型装弹孔对应的L型定位孔为非圆形，其形状为装配时射孔弹小端圆柱面和弹架斜交的相贯线，中间M型装弹孔两侧开槽形成压弹棱边，两侧L型装弹孔仅在靠近M型装弹孔一侧开槽形成压弹棱边，压弹棱边与对应的装弹孔同心。每个弹架上的三个装弹孔相位角为60°，按右螺旋顺序排列。

本发明的射孔弹优选但不限于大孔径深穿透射孔弹。

使用大孔径深穿透射孔弹既可以在套管上形成较大孔径，同时在地层也具有较深的穿透深度，在进行水力压裂时，能够降低破裂压力，延伸裂缝长度。所用射孔弹通常为同型号产品，仅弹体外形尺寸不同。装配时，M型射孔弹轴线与弹架轴线垂直，故较短；L型射孔弹轴线与弹架轴线倾斜，故较长。弹型可根据套管孔径、穿透深度等射孔要求确定。

本发明的枪体上设有外盲孔，外盲孔设置在枪体上射流出口位置，M型射孔弹对应的外盲孔为圆孔，L型射孔弹对应的外盲孔为长圆孔。

设置外盲孔的目的是减小介质阻力，降低射孔外毛刺对后续作业影响，提高射流在地层穿透深度。

本发明所涉及射孔器其他结构与现有射孔器相同，不再赘述。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果表现在：

1)采用本发明进行射孔，能够得到多个和套管轴线垂直的射孔面。在进行水力压裂时，能够降低破裂压力，形成多个和套管轴线垂直的压裂面，完善地层缝网系统，增加泄流面积，提高油气产量。

2)采用本发明进行射孔压裂时，射孔面能够引导裂缝走向，有效避免相邻地层压裂裂缝交叉串通。

3)本发明设计合理，简单实用，通过对射孔单元、弹架和射孔弹结构的合理设计，未增加其他定位装置，达到了施工方便、安全可靠的效果。

本发明尤其适用于油气和页岩气水平井的射孔压裂作业。

附图说明

图1为本发明结构及效果示意图；

图2为图1的立体图；

图3为本发明两个射孔单元射孔弹排布示意图；

图4为本发明射孔单元射孔效果图；

图5为本发明射孔单元中弹架和装弹结构图；

图6为本发明射孔单元相位分布图；

图7为本发明水平井应用压裂效果示意图。

如图中所示：1-L型射孔弹A2-M型射孔弹；3-L型射孔弹；4-弹架；5-导爆索；6-索卡；7-枪体；8-油气井套管；9-射孔面；10-射孔面；11-油气水平井；12-压裂面；101-射孔孔道；201-射孔孔道；301-射孔孔道；102-套管射孔孔眼；202-套管射孔孔眼；302-套管射孔孔眼；401-M型装弹孔；402-压弹棱边；403-定位孔，404-L型装弹孔；701-盲孔；702-盲孔。

具体实施方式

下面以相邻射孔单元径向夹角为180°为例，结合附图详细阐述本发明。

如图1所示，为本发明的结构及其作用原理。图2为图1的立体图，为显示射孔弹排列和射孔面的关系，未画出射孔枪。枪体7内包含两个射孔单元，射孔单元径向夹角为180°，每个射孔单元内，3发射孔弹(中间M型射孔弹2，弹体较短，与弹架4轴线垂直；两侧为L型射孔弹1、L型射孔弹3，弹体较长，与弹架4轴线成78°夹角)按右螺旋装入弹架4，采用索卡将射孔弹和导爆索5连接压紧。其中一个射孔单元的三发射孔弹组成射孔单元1，其射流经过射孔孔道101、射孔孔道201、射孔孔道301形成射孔面9；另外一个射孔单元的3发射孔弹其射流形成射孔面10。射孔面9、射孔面10均呈扇形，如图2：射孔面主体部分和射孔枪7轴线垂直，如图1：两射孔面方向相反，共同覆盖了以弹架4轴线为中心的圆形区域。

如图3所示，为相邻两个射孔单元射孔弹联炮方式，为便于观察，隐去弹架。射孔弹用导爆索5顺次连接，排布走向为右螺旋，相位角为60°，两射孔单元形成的射孔面为180°反向，同样适用于三组及以上各射孔单元的连接。

如图4所示，为射孔单元射孔效果图。7为枪体，在枪体上射流出口位置设置外盲孔，8为油气井套管。为便于观察，枪体7和油气井套管8进行了210°旋转剖。套管射孔孔眼102、套管射孔孔眼202、套管射孔孔眼302为L型射孔弹1、M型射孔弹2、L型射孔弹3射孔时在油气井套管8上形成的孔眼，套管射孔孔眼102、套管射孔孔眼202、套管射孔孔眼302在油气井套管8上螺旋分布。3发射孔弹的射孔孔道终点位于和油气井套管8轴线垂直的同一横截面上，实现了射孔单元形成的射孔面主体部分与井筒垂直。在进行水力压裂时，压裂面沿射孔面延伸，降低了破裂压力，形成了和井筒垂直的横向缝网系统，避免了层与层之间的交叉串通。

如图5所示，为弹架和装弹结构图。弹架4为管式，以一个射孔单元为例，每个弹架上设有3个弹孔，三个弹孔相位角为60°，按右螺旋顺次排列。中间为M型弹孔，装M型射孔弹2，两侧为L型弹孔，分别装L型射孔弹1、L型射孔弹3，中间M型弹孔和弹架4轴线垂直，两侧L型弹孔和弹架轴线斜交，夹角为78°，两夹角相等，方向相对，其射流均向中间M型射孔弹2轴线所在横截面靠拢。在装弹孔正上方径向观察，中间M型装弹孔401为圆形，直径与弹体外径吻合；两侧L型装弹孔404为非圆形，其形状为装配时射孔弹外圆和弹架斜交的相贯线。中间M型装弹孔对应的定位孔为圆形，两侧L型装弹孔对应的L型定位孔为非圆形，其形状为装配时射孔弹小端圆柱面和弹架斜交的相贯线。中间M型装弹孔两侧开槽形成压弹棱边402，两侧的L型装弹孔靠近M型装弹孔那一侧切弧形槽，形成压弹棱边402，压弹棱边402与对应的装弹孔同心。

在进行射孔器装配时，顺次取出与装弹孔匹配的射孔弹，一般装在端部的为L型射孔弹1。将L型射孔弹1小端朝下装入弹架4的对应装弹孔内，小端柱头装入定位孔403内。旋转射孔弹，调整射孔弹导爆索槽与导爆索5走向吻合，将导爆索5装入导爆索槽内。将索卡6扣在弹体小端柱头上，用专用工具压紧索卡6，使索卡6卡入小端柱头的凹槽内，将导爆索5固定牢固。旋转弹架4，使射孔弹口部朝上。将专用工具或螺丝刀刃部插入装弹孔一侧的切槽内，向弹体一侧扳压压弹棱边402，使压弹棱边402压紧射孔弹。装好的射孔弹应不能转动或轴向运动。同样地，依次装入其他射孔弹。安装M型射孔弹2时，需将两侧的压弹棱边402都压紧。通过弹架4上的装弹孔401、压弹棱边402、定位孔403对射孔弹的双向固定，提高了射孔单元定位定向精度，简化了装配步骤，提高了可靠性。装枪中与现有技术相同部分不再赘述。

如图6所示，为本发明射孔单元相位分布图。如图所示，单元内射孔弹的相位角优选为60°。与最常用的90°四相位和135°八相位射孔器相比，60°六相位具有如下优点：相邻两发射孔弹夹角小，孔道距离较近，在进行水力压裂时，易于形成以射孔面为基础的压裂面；6发射孔弹组成两个射孔单元，作业时形成两个射孔面即能覆盖以井筒为中心的整个圆面。

如图7所示，为本发明水平井应用压裂效果示意图。例如，在油气水平井射孔压裂作业中，应用本发明，每支射孔枪包含2～4个射孔单元，采用大孔径深穿透射孔弹，进行定面射孔，形成与水平井轴线垂直的多个扇形射孔面。利用水平井分段压裂技术，每个压裂段包括2～6支射孔枪。在进行水力压裂时，以扇形射孔面为基础，形成了多个与水平井轴线垂直的压裂面12，缝网系统覆盖了与水平井同轴，以有效压裂半径为半径的整个圆柱区域，增加了泄流面积，提高了渗流效率。

本发明不局限于以上实施例，如相邻射孔单元径向夹角还可以是135°。

Claims (6)

1.一种油气井用射面定向射孔器，包括枪体，其特征在于枪体内设有2～8个射孔单元，相邻射孔单元径向夹角为180°或135°，射孔单元以导爆索右螺旋顺次连接，所述每个射孔单元由一段弹架和3发射孔弹组成，弹架上开设有3个弹孔，射孔弹安装在弹孔中，射孔弹在弹架上为右螺旋排布，相位角为60°，射孔单元内射孔弹射流在地层内形成垂直于油气井套管轴线的扇形射孔面。

2.根据权利要求1所述的油气井用射面定向射孔器，其特征在于每个射孔单元里，中间为1发M型射孔弹，两侧各为1发L型射孔弹。

3.根据权利要求2所述的油气井用射面定向射孔器，其特征在于M型射孔弹与弹架轴线垂直，两侧L型射孔弹开口方向均向中间M型射孔弹倾斜，L型射孔弹轴线与弹架轴线倾角为60°～85°。

4.根据权利要求1或2或3所述的油气井用射面定向射孔器，其特征在于每个弹架上的弹孔由装弹孔、定位孔和压弹棱边组成，M型射孔弹对应的弹孔为M型弹孔，M型弹孔的装弹孔为M型装弹孔，M型装弹孔为圆形，直径与M型射孔弹外径吻合，M型装弹孔两侧切弧形槽，形成压弹棱边，M型装弹孔对应的M型定位孔为圆形。L型射孔弹对应的装弹孔为L型装弹孔，L型装弹孔的形状为装配时射孔弹外圆和弹架斜交的相贯线，每个L型装弹孔靠近M型装弹孔那一侧切弧形槽，形成压弹棱边，L型装弹孔对应的L型定位孔形状为装配时射孔弹小端圆柱面和弹架斜交的相贯线，压弹棱边与对应的装弹孔同心。

5.根据权利要求1或2或3所述的油气井用射面定向射孔器，其特征在于射孔弹为大孔径深穿透射孔弹。

6.根据权利要求1或2或3所述的油气井用射面定向射孔器，其特征在于枪体上设有外盲孔，外盲孔设置在枪体上射流出口位置，M型射孔弹对应的外盲孔为圆孔，L型射孔弹对应的外盲孔为长圆孔。