CN106761599A - 一种提高孔道导流能力的射孔弹 - Google Patents

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刘云刚
朱建新
张志强
庄金勇
刘增
周波
赵金文
张学瑞
马文华
刘云兰
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China Petrochemical Corp
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Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp
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Sinopec Oilfield Service Corp
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    • E21B43/11—Perforators; Permeators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
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    • F42B12/04—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type
    • F42B12/10—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type with shaped or hollow charge

Abstract

本发明涉及矿井施工配套设备技术领域，尤其涉及一种提高孔道导流能力的射孔弹，该射孔弹在形成射孔孔道的过程中可清除射孔压实带、降低射孔杵体堵塞情况，实现清洁射孔，增加孔道导流能力，提高油气井产能的效果一种提高孔道导流能力的射孔弹，包括：弹体、弹体内设置有紧密压制成一体的含能材料药型罩以及聚能穿孔药型罩，含能材料药型罩与弹体内腔之间还填充有炸药；弹体内腔的顶端剖面呈圆弧状，弹体内腔除圆弧状顶端外的内壁呈变径阶梯状；含能材料药型罩、聚能穿孔药型罩呈单锥角变壁厚结构，聚能穿孔药型罩的顶端外锥角与含能材料药型罩的顶端内锥角相同。

Description

一种提高孔道导流能力的射孔弹
技术领域
本发明涉及矿井施工配套设备技术领域，尤其涉及一种提高孔道导流能力的射孔弹。
背景技术
聚能射孔工艺作为国内外本领域油气井勘探开发最常用的完井技术，其通过炸药爆轰产生的聚能效应（也叫门罗效应）压垮药型罩，从而在其轴线上汇聚成高温、高压、高速的聚能金属射流，穿透射孔枪、套管、水泥环并深入油气产层，形成沟通井筒与油气产层的流通通道（即射孔孔道）。但发明人发现，现有聚能射孔工艺形成的射孔孔道内壁受高温（2000∼5000℃）、高压（几千到几万兆帕）金属射流侵蚀后易形成压实带，压实区域内颗粒破碎，大颗粒数量减少，粒间小碎屑大量增加，连通性较好的大孔隙会被大量小孔隙代替，许多孔喉被岩石碎屑堵塞，平均孔隙度下降为90％左右，平均渗透率下降为30％左右；另外，高速聚能金属射流会侵彻地层产生孔道，低速射流不足以扩充孔道，导致杵体堵塞在孔道内。射孔压实带及杵体固相堵塞的形成，增加了地层流体流向井筒的流动阻力，从而严重降低了油气井的原始产能。
发明内容
本发明提供了一种提高孔道导流能力的射孔弹，该射孔弹在形成射孔孔道的过程中可清除射孔压实带、降低射孔杵体堵塞情况，实现清洁射孔，增加孔道导流能力，提高油气井产能的效果。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种提高孔道导流能力的射孔弹，包括：弹体、弹体内设置有紧密压制成一体的含能材料药型罩以及聚能穿孔药型罩，含能材料药型罩与弹体内腔之间还填充有炸药；
弹体内腔的顶端剖面呈圆弧状，弹体内腔除圆弧状顶端外的内壁呈变径阶梯状；
含能材料药型罩、聚能穿孔药型罩呈单锥角变壁厚结构，聚能穿孔药型罩的顶端外锥角与含能材料药型罩的顶端内锥角相同。
优选的，弹体内腔变径阶梯位置处还设置有反射槽。
优选的，含能材料药型罩的顶端剖面呈圆弧状，含能材料药型罩顶端外锥角大于含能材料药型罩顶端内锥角，含能材料药型罩的壁厚变化率为0.5%-1.5%。
可选择的，含能材料药型罩顶端外锥角的范围为39°-52°。
进一步可选的，含能材料药型罩的组分选自铝、钴、镍、二氧化硅中任意一种或几种。
进一步可选的，聚能穿孔药型罩的组分为钨铜铋合金。
本发明提供了一种提高孔道导流能力的射孔弹，该射孔弹包括有弹体、弹体内设置有紧密压制成一体的含能材料药型罩以及聚能穿孔药型罩，而含能材料药型罩与弹体内腔之间还填充有炸药；具有上述结构的射孔弹，其弹体可起到减少稀疏波作用，延长药柱爆炸对药型罩的作用时间，增加炸药的有效利用率，提高穿孔指标，满足炸药的定向爆轰和装配的需要；含能材料药型罩采用单锥角变壁厚结构，可在爆炸后形成一个有效的拉伸杵体，从而在整个射孔孔道内轴线上发生二次爆炸，产生高温高压气体，破除绝大部分压实带和杵体，利用涌流将岩石和金属碎屑排出孔道，同时在孔道末端形成一定的微裂缝，提高渗流能力；而聚能穿孔药型罩采用单锥角变壁厚结构，可使爆炸后射流从头部到尾部形成一个连续的速度梯度，使得聚能射流得到有效拉伸，提高了射流侵靶深度。最终，本发明提供的一种射孔弹可完成形成高导通能力的射孔孔道，提高了油气井产能的目的。
附图说明
图1为本发明提供的射孔弹的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种提高孔道导流能力的射孔弹，该射孔弹在形成射孔孔道的过程中可清除射孔压实带、降低射孔杵体堵塞情况，实现清洁射孔，增加孔道导流能力，提高油气井产能的效果。
下面结合下述附图对本发明实施例做详细描述。
具体的，如图1所示，一种提高孔道导流能力的射孔弹包括有内部弹体1，弹体1设置由含能材料药型罩2以及聚能穿孔药型罩3，含能材料药型罩2与弹体1的内腔之间还填充有炸药4。
其中，弹体1内腔的顶端剖面呈圆弧状，弹体内腔除圆弧状顶端外的内壁呈变径阶梯状。具体的，弹体1选用高塑性变形、韧性能力的金属材料制备形成；制备时利用设计好模具对弹体1内侧进行冷挤压一次成型或者预挤压变薄拉伸加顶墩成型（即在弹体1内腔顶端形成圆弧状结构、并在剩余弹体1内腔的内壁处形成变径阶梯结构），之后铣削弹体外型、凹槽、孔眼，并可选择的在弹体内壁变径阶梯位置处形成若干反射槽；而后进行磨边、镀锌等精加工处理即可。
含能材料药型罩2组分选用铝、钴、镍、二氧化硅中任意一种或几种，并适量添加添加剂；利用设计好的凹模和凸模，采用球磨混合的工艺反复压制成型，压制成型的含能材料药型罩2呈单锥角变壁厚结构。优选如图1所示，形成的含能材料药型罩2的顶端剖面呈SR圆弧状结构，并且形成的顶端外锥角a大于其顶端内锥角b。此外，含能材料药型罩2顶端的外锥角a依据弹型型号选择范围在39°-52°之间；而含能材料药型罩2壁厚的变化率在0.5%-1.5%之间。
而后进一步制备形成聚能穿孔药型罩3。聚能穿孔药型罩3选用不同粒径的钨铜铋合金粉末，利用设计好的凹模和凸模，采用爆炸成型、粉末细化以及机械合金化等制备工艺压制成型，压制成型的聚能穿孔药型罩呈单锥角变壁厚结构。优选的，聚能穿孔药型罩3的顶端外锥角与含能材料药型罩2的顶端内锥角相同。而作为本发明一种可选择的实施方式，聚能穿孔药型罩3除顶部圆弧结构之外的内壁形成三次变锥角结构，其中形成的第一锥角b1小于形成的第二锥角b2，形成的第一锥角b1等于形成的第三锥角b3；形成的第一、三锥角的角度范围在37°-50°之间，形成的第二锥角的角度范围在44°-52°之间。
在制备完成含能材料药型罩2、聚能穿孔药型罩3之后，采用特殊烧结工艺固化处理，使得上述两种结构紧密压制成一体。而后将炸药填充至弹体1内腔内部形成初始主装药柱，将含能材料药型罩2、聚能穿孔药型罩3压入弹体1内腔并成型，最后在含能材料药型罩2、聚能穿孔药型罩3下端口以及弹体1结合处涂刷专用密封胶或者压制一道锁口环固定即可。
本发明提供了一种提高孔道导流能力的射孔弹，该射孔弹包括有弹体、弹体内设置有紧密压制成一体的含能材料药型罩以及聚能穿孔药型罩，而含能材料药型罩与弹体内腔之间还填充有炸药；具有上述结构的射孔弹，其弹体可起到减少稀疏波作用，延长药柱爆炸对药型罩的作用时间，增加炸药的有效利用率，提高穿孔指标，满足炸药的定向爆轰和装配的需要；含能材料药型罩采用单锥角变壁厚结构，可在爆炸后形成一个有效的拉伸杵体，从而在整个射孔孔道内轴线上发生二次爆炸，产生高温高压气体，破除绝大部分压实带和杵体，利用涌流将岩石和金属碎屑排出孔道，同时在孔道末端形成一定的微裂缝，提高渗流能力；而聚能穿孔药型罩采用单锥角变壁厚结构，可使爆炸后射流从头部到尾部形成一个连续的速度梯度，使得聚能射流得到有效拉伸，提高了射流侵靶深度。最终，本发明提供的一种射孔弹可完成形成高导通能力的射孔孔道，提高了油气井产能的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种提高孔道导流能力的射孔弹，其特征在于，包括：弹体、弹体内设置有紧密压制成一体的含能材料药型罩以及聚能穿孔药型罩，含能材料药型罩与弹体内腔之间还填充有炸药；
弹体内腔的顶端剖面呈圆弧状，弹体内腔除圆弧状顶端外的内壁呈变径阶梯状；
含能材料药型罩、聚能穿孔药型罩呈单锥角变壁厚结构，聚能穿孔药型罩的顶端外锥角与含能材料药型罩的顶端内锥角相同。
2.根据权利要求1所述的一种提高孔道导流能力的射孔弹，其特征在于，弹体内腔变径阶梯位置处还设置有反射槽。
3.根据权利要求1所述的一种提高孔道导流能力的射孔弹，其特征在于，含能材料药型罩的顶端剖面呈圆弧状，含能材料药型罩顶端外锥角大于含能材料药型罩顶端内锥角，含能材料药型罩的壁厚变化率为0.5%-1.5%。
4.根据权利要求3所述的一种提高孔道导流能力的射孔弹，其特征在于，含能材料药型罩顶端外锥角的范围为39°-52°。
5.根据权利要求1所述的一种提高孔道导流能力的射孔弹，其特征在于，含能材料药型罩的组分选自铝、钴、镍、二氧化硅中任意一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种提高孔道导流能力的射孔弹，其特征在于，聚能穿孔药型罩的组分为钨铜铋合金。
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