CN108086966A - 一种安全型高能气体压裂装置 - Google Patents
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Abstract
一种安全型高能气体压裂装置，包括点火药环(1)和产气药环(2)。点火药环(1)内管内形成的中孔为通孔，可放置点火器，与点火药环(1)、产气药环(2)一同组成传火序列，达到通过产气药环(2)燃烧产生大量高能气体，从而对周围约束体进行压裂的目的。该装置由内到外所装填含能材料的敏感度依次降低，点火药环(1)采用不产气的含能材料，产气药环(2)采用钝感产气剂，且产气药环的单边厚度小于所装填钝感产气剂的熄爆直径。本发明采用模块化设计，各组件分开贮存、运输并现场组装，在常压下不能被8号雷管起爆；传火可靠，能够削弱径向间隙效应，无“压死”现象出现，可根据需要将不同数量的本发明装置串连，压裂效果可灵活调整。
Description
技术领域
本发明属于石油、页岩气、硫铁矿等矿产资源开采技术领域，特别涉及一种安全型高能气体压裂装置。
背景技术
高能气体压裂技术通过火药爆燃产生大量高温、高压气体的方式，对气体、液体、气液混合泡沫等工质加压并作用于石油、页岩气、硫铁矿等矿产资源储层，使储层产生裂缝，从而增加同时解堵液态和气态资源渗流通道、沟通不同储层或对固态矿产储层预裂以便于固态矿产资源的后期机械开采，最终达到增产的目的。
目前的高能气体压裂装置，几乎均为整体贮存、运输，其中部分装置用金属壳体封装，在常压下几乎均能被8号雷管起爆，同时可能存在意外发火启动的危险。一旦在贮存、运输和使用过程中出现意外或意外流失，易造成安全事故，甚至危害公共安全。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种安全型高能气体压裂装置，通过模块化设计实现装置组件可分离并单独贮存和运输，且组件均为可燃材质、并可根据需要灵活调整压裂效果，以解决该类装置在贮存、运输和使用过程中的安全性问题，并且该装置工作稳定、可靠。
本发明的技术方案是，一种安全型高能气体压裂装置，包括点火药环和产气药环；点火药环和产气药环均包括内管、两端堵头、外管和含能材料；点火药环和产气药环的内管均为通孔，点火药环和产气药环的两端堵头均用于封堵装填于各自的内管和外管之间的含能材料；点火药环的外管外径与产气药环的内管内径尺寸大小相等，以使产气药环套装于点火药环外部；点火药环内封装的含能材料的敏感度低于所述产气药环内封装的含能材料的敏感度。
本发明装置的点火药环的内管里面为通孔，构成本发明安全型高能气体压裂装置的中心通孔，中心通孔在所述高能气体压裂装置工作时，可充当火焰传播的通道，同时可被压缩，增大所述点火药环和产气药环的径向可扩张体积，进而能够削弱径向间隙效应，避免因药剂工作时受高压达到临界密度而出现“压死”现象，令传火稳定、可靠。
进一步的，上述点火药环内装填的含能材料为不产气的含能材料。
更进一步的，上述不产气的含能材料的主要成分为高氯酸钾、二氧化锰、硅粉、硼粉中的一种或多种。
点火药环是由无气体钝感混合点火药剂直接装填于点火药环的外管和内管之间的管壳结构中或压制成环形药柱装填于点火药环的外管和内管之间并用两端堵头封堵而构成的环形体，其所采用点火药剂的摩擦感度满足按WJ/T9052.1的规定测得的发火率≤2％的要求；撞击感度满足按WJ/T 9052.2的规定测得的发火率≤2％的要求；静电感度满足按GJB 5891.27的规定测得的50％发火能量值≥100mJ的要求。
进一步的，上述产气药环内装填的含能材料为钝感产气剂。
更进一步的，上述产气药环的单侧环厚度小于所装填钝感产气剂的熄爆直径。
还更进一步的，上述钝感产气剂的主要成分为高氯酸钾、碱式硝酸铜、硝酸胍、偶氮二甲酰胺、硅粉、丙三醇中的一种或多种。
本发明装置的产气药环是由钝感产气药剂直接装填于产气药环的内管和外管之间的管壳结构中或压制成环形药柱或浇铸成环形药柱装填于产气药环的内管和外管之间并用两端堵头封堵而构成的环形体，其单边厚度不大于其所采用产气药剂按MT/T 931的规定测得的熄爆直径。
本发明装置在常压或无强约束约束条件下不能被GB 8031或GB/T13230规定的8号雷管起爆。
从上述结构描述可以看出，本发明装置的点火药环和产气药环为独立模块，可组装和分离，二者独立贮存、运输，分别运输至现场组装后使用。点火药环燃烧不产生气体，缺少发生化学爆炸的关键要素，理论上只有燃烧可能性，不具有爆炸可能性，点火药环单独存在时理论上不能发生爆炸；产气药环敏感度低，在无强约束和强刺激同时存在的前提下不发生爆轰。因此，点火药环和产气药环单独存在时理论上不存在发生爆轰的可能性。
进一步的，上述点火药环的内管与两端堵头为聚丙烯材质，外管为覆膜牛皮纸材质。
进一步的，上述产气药环的内管为牛皮纸材质，外管与两端堵头为聚丙烯材质。
从点火药环和产气药环的构成材质可以看出，本发明装置的所有组件均为可燃材质，装置工作后无残留。
进一步的，无论是点火药环还是产气药环，其两端堵头与内管、外管的连接方式为胶接。
进一步的，本发明装置可以包括套接组装后的点火药环和产气药环的多组串联。可以根据施工现场孔深和目标压裂效果，综合确定所需高能气体压裂装置的数量，然后多组点火药环和产气药环的套接装置进行串联，增大压裂效果。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
1)点火药环和产气药环可分离并单独贮存、运输，无爆轰危险性，不危害公共安全。
2)所有组件均为可燃材质，装置工作后无残留；
3)可根据施工现场作业量和钻孔深度将不同数量的本发明串连成相应长度的传火序列，压裂效果可以灵活调整；
4)结构简单，便于装配。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
附图1是为本发明装置实施例的整体结构示意图。其中，附图中的附图标记所对应的名称为：1-点火药环；2-产气药环；11-点火药环的内管；21-产气药环的内管；12-点火药环的堵头；22-产气药环的堵头；13-点火药环的外管；23-产气药环的外管；14-点火药环内的含能材料；24-产气药环内的含能材料。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
实施例1
如图1所示，本发明装置由点火药环1和产气药环2组成：
点火药环1为管状，由内管11、两端堵头12、外管13和内装点火药剂14组成。内管11与两端堵头12为聚丙烯材质，外管13为牛皮纸材质，点火药24主要成分为高氯酸钾、二氧化锰、硅粉、硼粉。内管11的内径为12mm、壁厚为0.5mm，长度为300mm；外管13的外径为21mm，壁厚为1mm，长度为300mm。两端堵头12与内管11、外管13的连接方式为胶接。内管11内的两端不封孔，形成中心通孔。
所述产气药环2为管状，由内管21、外管23、两端堵头22和内装产气药剂24组成。内管21为牛皮纸材质，外管23与两端堵头22为聚丙烯材质，产气药剂24主要成分为高氯酸钾、碱式硝酸铜、硝酸胍、偶氮二甲酰胺、硅粉、丙三醇。内管21的内径为21mm、壁厚为1mm，长度为300mm；外管23的外径为41mm，壁厚为0.5mm，长度为300mm。两端堵头22与内管21、外管23的连接方式为胶接。
施工时，首先将点火药环1与产气药环2套接成如图1所示状态。然后，根据施工现场孔深和目标压裂效果，综合确定所需所述高能气体压裂装置的数量，并将该数量的所述装置置于孔内，串连为相应长度的传火序列。最后，将汽车安全气囊专用点火器置于串连而成的传火序列的中孔内，并将点火电缆引出至炮孔外，将炮孔封孔后，通电点火。
点火器点燃点火药环1，并传火至产气药环2，产气药环产生大量高温、高压燃气并作功，达到压裂目的。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种安全型高能气体压裂装置，其特征在于，它包括点火药环(1)和产气药环(2)；
所述点火药环(1)和产气药环(2)均包括内管(11、21)、两端堵头(12、22)、外管(13、23)和含能材料(14、24)；所述点火药环(1)和产气药环(2)的内管(11、21)均为通孔，所述点火药环(1)和产气药环(2)的两端堵头(12、22)均用于封堵装填于各自的内管和外管之间的含能材料(14、24)；
所述点火药环(1)的外管(13)外径与产气药环(2)的内管(21)内径尺寸大小相等，以使产气药环(2)套装于点火药环(1)外部；
所述点火药环(1)内封装的含能材料(14)的敏感度低于所述产气药环(2)内封装的含能材料(24)的敏感度。
2.如权利要求1所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述点火药环(1)内装填的含能材料(14)为不产气的含能材料。
3.如权利要求2所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述不产气的含能材料的主要成分为高氯酸钾、二氧化锰、硅粉、硼粉中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述产气药环(2)内装填的含能材料(24)为钝感产气剂。
5.如权利要求4所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述产气药环(2)的单侧环厚度小于所装填钝感产气剂的熄爆直径。
6.如权利要求5所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述钝感产气剂的主要成分为高氯酸钾、碱式硝酸铜、硝酸胍、偶氮二甲酰胺、硅粉、丙三醇中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述点火药环(1)的内管(11)和两端堵头(12)为聚丙烯材质，外管(13)为牛皮纸材质。
8.如权利要求1所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述产气药环(2)的内管(21)为牛皮纸材质，外管(23)和两端堵头(22)为聚丙烯材质。
9.如权利要求1所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，所述两端堵头(12、22)与内管(11、21)、外管(13、23)的连接方式均为胶接。
10.如权利要求1所述的安全型高能气体压裂装置，其特征在于，它包括套接组装后的点火药环(1)和产气药环(2)的多组串联。
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