CN111255421A - 一种致密油气储层射孔弹 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气井和页岩油气开发技术领域，特别涉及一种致密油气储层射孔弹。该射孔弹包括壳体、药型罩和炸药；壳体外形包括上部圆台段和下部圆柱段，壳体内腔包括圆柱形传爆孔、第一锥形腔、第一圆台腔以及圆柱形腔；第一锥形腔顶部为锥角结构或圆弧结构；药型罩为空心锥形体，包括第二锥形腔、第二圆台腔、第三圆台腔和第四圆台腔；锥角每段减小1‑4º；药型罩采用金属粉末配比后压制成型，炸药设置于由壳体内母线和药型罩外母线之间形成的空腔。本发明提供的致密油气储层射孔弹，显著提高在致密油气储层、低孔渗油气储层中射孔的穿孔深度、增产作业的接触面积更好地建立油气储层与井筒之间的流动通道，从而提高油气井产能。
Description
技术领域
本发明涉及油气井和页岩油气开发技术领域，特别涉及一种致密油气储层射孔弹。
背景技术
目前射孔弹穿孔深度的性能检测，是针对API 19B标准进行的，检测使用抗压强度≥5000psi（34.5MPa）的混凝土靶，遇到高抗压强度油气储层时，穿孔深度会显著下降。
国内外研究表明，在抗压强度为37.2MPa的API19B混凝土靶上穿孔深度达到1167mm的深穿透射孔弹，当混凝土靶抗压强度达到68.9MPa时，实测穿孔深度仅为638mm，穿孔深度下降近一半；当混凝土靶的抗压强度达到80MPa时，其穿孔深度将下降到500mm以内，当混凝土靶的抗压强度达到90MPa时，其穿孔深度将下降到400mm以内，这些都将误导致密油气储层的油气井射孔方案的设计，严重影响射孔和油气开采效果。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明提供了一种致密油气储层射孔弹，以克服现有技术中的射孔弹的穿深能力较差严重影响油气开采效果等缺陷。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种致密油气储层射孔弹，包括：壳体、药型罩和炸药；
所述壳体外形由上部圆台段和下部圆柱段组成，其壳体内腔由圆柱形传爆孔、第一锥形腔、第一圆台腔以及圆柱形腔四段依次相接形成；所述壳体内腔中的内母线作为构成炸药装药结构的外母线；
所述第一锥形腔的顶部为锥角结构或圆弧结构；
所述第一锥形腔的锥角α为100-150º，所述锥形腔的锥角α大于第一圆台腔的锥角γ；
圆弧半径为药型罩开口尺寸的1/3-2/3；
所述药型罩为空心锥形体，其外母线为直线型，其内母线采用多折线或者双曲线型，所述药型罩的外母线作为构成炸药装药结构的内母线；
所述药型罩从上至下依次包括第二锥形腔、第二圆台腔、第三圆台腔和第四圆台腔；所述第二锥形腔、第二圆台腔、第三圆台腔和第四圆台腔的锥角逐渐减小，锥角每段减小1-4º，形成的射流速度梯次变化；
药型罩采用金属粉末配比后压制成型，其中配方和比重包括：
高密度钨粉，其质量百分比为50-80%；电解铜粉， 其质量百分比为10-30%；低熔点软金属，其质量百分比为5-25%；能够形成金属键的金属，其质量百分比为1-5%；
炸药用于为射流形成提供能量，炸药设置于装药结构中，装药结构为由壳体内母线和药型罩外母线之间形成的空腔。
优选地，所述炸药采用钝化黑索金、钝化奥克托金或钝化皮威克斯作为装药。
优选地，所述能够形成金属键的金属包括：镍、锆或锌。
优选地，所述壳体采用15-45#钢车制成型或者挤压成型。
（三）有益效果
本发明提供的致密油气储层射孔弹，可以显著提高在致密油气储层、低孔渗油气储层、页岩油页岩气储层中射孔的穿孔深度、增产作业的接触面积和水驱面积，更好地建立油气储层与井筒之间的流动通道，从而提高油气井产能，满足深层油气田用户射孔的需求。
附图说明
图1为本发明实施例致密油气储层射孔弹结构示意图；
图2为本发明实施例致密油气储层射孔弹中壳体结构示意图；
图3为本发明实施例致密油气储层射孔弹中药型罩结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图1-3所示，本发明提供一种致密油气储层射孔弹，包括：壳体1、药型罩3和炸药2；
所述壳体1外形由上部圆台段和下部圆柱段组成，其壳体内腔由圆柱形传爆孔11、第一锥形腔12、第一圆台腔13以及圆柱形腔14四段依次相接形成；所述壳体内腔中的内母线作为构成炸药装药结构的外母线；
所述第一锥形腔的顶部为锥角结构或圆弧结构；
所述第一锥形腔的锥角α为100-150º，所述锥形腔的锥角α大于第一圆台腔的锥角γ；
圆弧半径为药型罩开口尺寸的1/3-2/3，用以提高射流的头部速度和整体梯度分布范围。
壳体1对炸药提供保护、壳体内母线同时为炸药装药结构外母线，降低稀疏波入侵、提高炸药能量利用率；使用15-45#钢车制或者冲压成型；
所述药型罩3为空心锥形体，其外母线为直线型，其内母线采用多折线或者双曲线型，所述药型罩3的外母线作为构成炸药装药结构的内母线；
所述药型罩3从上至下依次包括第二锥形腔31、第二圆台腔32、第三圆台腔33和第四圆台腔34；所述第二锥形腔31、第二圆台腔32、第三圆台腔33和第四圆台腔34的锥角逐渐减小，锥角每段减小1-4 º，形成的射流速度梯次变化，调整射流质量的分布，使之适合致密油气储层穿孔需求。
药型罩3在炸药爆轰波的作用下，形成射流和杵体，射流针对目标靶进行开坑做功；药型罩的外母线同时构成炸药装药结构的内母线。
其中，第二锥形腔的锥角α大于第二圆台腔的锥角β，所述第二圆台腔的锥角β大于第三圆台腔的锥角γ，所述第三圆台腔的锥角γ大于所述第四圆台腔的锥角δ。
药型罩3采用金属粉末配比后压制成型，射孔时虽然依旧产生杵体，但是其杵体为松散的低速金属颗粒团，在射孔孔道中自然破碎，射孔后不会出现杵堵现象，避免了射孔孔道被堵塞的现象出现；配方采用高密度钨粉为主要成分，质量百分比为50-80%，用以提升射流密度；次要成分为电解铜粉，质量百分比为10-30%，用以增加药型罩强度和提高射流的性能；同时，添加低熔点软金属铋、铅、锡、铝等成分，质量百分比为5-25%，用以提高射流的稳定性和药型罩的物理性能；此外，添加少量可以形成金属键的金属物质镍、锆、锌等成分，质量百分比为1-5%，利用射流破靶的“三高区”，提高射流破靶的效果。
炸药：为射流形成提供能量，其装药结构为由壳体内母线和药型罩外母线形成的空腔。采用RDX（钝化黑索金）、HMX（钝化奥克托金）、PYX（钝化皮威克斯）作为装药。
炸药2由导爆索引爆，形成需要的爆轰波波形，为射流形成提供能量。
实验条件：实验采用特别制作的抗压强度为80-100MPa的混凝土靶为目标靶体，将对比的射孔弹装入同一支射孔枪内，进行地面条件下混凝土靶射孔实验；实验执行《油气井聚能射孔器材通用技术标准》（GB/T20489-2006）、《油气井聚能射孔器材性能试验方法》（GB/T20488-2006）标准。
在具体制作中，该药型罩3具体包括：结晶钨粉（-100～+325目）：77%；电解铜粉（-200～+500目）：12.3%；铅粉（-200～+450目）：1.5%；铋粉（-200～+400目）：3.2%；锡粉（-100～+325目）：2.1%；锌粉（-300～+500目）：1.8%；锆粉（-300～+500目）：2.1%；润滑油（低粘度）：0.10%。其中铅铋锡锌锆保持质量百分比不变的条件下可以采用合金材料或者预混材料。
下面具体提供实施例进行具体参数的说明
实施例一：适合于114mm射孔枪的HS46HMX45-1型致密油气储层射孔弹(角度单位º、长度单位mm)，具体参数详见表1、表2和表3。
表1
| 壳体参数 | α | β | γ | d | D | H1 | H2 | H3 | H4 | H5 |
| 成功方案 | 150 | 90 | 43 | 46 | 56 | 64 | 57 | 53 | 45 | 18 |
| 失败方案 | 90 | 90 | 33 | 46 | 56 | 64 | 57 | 50 | 45 | 13 |
表2
| 药型罩参数 | α | β | γ | θ | δ | d | D |
| 成功方案 | 50 | 46 | 43 | 50 | 40 | 40 | 46 |
| 失败方案 | 44 | 44 | 39 | 44 | 35 | 41 | 46 |
表3
| 穿深mm | 提高% | |
| 成功方案 | 985 | 84.4 |
| 失败（常规设计）方案 | 534 | - |
实施例二：适合于89mm射孔枪的HS36HMX30-1型致密油气储层射孔弹(角度单位º、长度单位mm)， 具体参数详见表4、表5和表6。
表4
| 壳体参数 | α | β | γ | d | D | H1 | H2 | H3 | H4 | H5 |
| 成功方案 | 145 | 90 | 44 | 36 | 44 | 51 | 46 | 42 | 38 | 14 |
| 失败方案 | 90 | 90 | 35 | 36 | 44 | 51 | 46 | 41 | 38 | 12 |
表5
| 药型罩参数 | α | β | γ | θ | δ | d | D |
| 成功方案 | 50 | 46 | 43 | 50 | 40 | 33 | 36 |
| 失败方案 | 44 | 44 | 38 | 44 | 35 | 34 | 36 |
表6
| 穿深mm | 提高% | |
| 成功方案 | 651 | 120.7 |
| 失败（常规设计）方案 | 295 | - |
实验表明，在模拟致密油气储层实验中，采用本发明的射孔弹穿深比常规设计的射孔弹提升84.4%和120.7%，可以为致密油气储层的油气开采，提供更加有效的射孔技术支持。
实验证明，本发明可以广泛应用于致密油气储层射孔弹设计，大幅提高射孔弹在致密油气储层中的穿孔深度，提升沟通井筒与油气储层效果。
致密油气储层射孔弹通过壳体结构设计、壳体材料选择和药型罩结构设计、材料选择，匹配炸药的爆轰性能参数，达到提高射流头部速度、提升有效射流长度和速度质量分布，获得适合致密油气储层穿孔的射流结构，提高在致密油气储层中的穿孔深度。
本发明通过药型罩结构和配方的优化设计，匹配壳体结构及材料，实现：
（1）致密油气储层射孔弹HS36HMX30-1型，装配89mm射孔枪匹配140mm套管，采用16孔/米，在抗压强度80-100MPa混凝土靶穿孔深度651mm；在抗压强度大于80MPa的砂岩靶上模拟实验平均穿孔深度565mm；
（2）致密油气储层射孔弹HS46HMX45-1型，装配114mm射孔枪匹配178mm套管，采用16孔/米，在抗压强度80-100MPa混凝土靶穿孔深度985mm；在抗压强度大于80MPa的砂岩靶上模拟实验平均穿孔深度789mm。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (4)
1.一种致密油气储层射孔弹，其特征在于，包括：壳体、药型罩和炸药；
所述壳体外形由上部圆台段和下部圆柱段组成，其壳体内腔由圆柱形传爆孔、第一锥形腔、第一圆台腔以及圆柱形腔四段依次相接形成；所述壳体内腔中的内母线作为构成炸药装药结构的外母线；
所述第一锥形腔的顶部为锥角结构或圆弧结构；
所述第一锥形腔的锥角α为100-150º，所述锥形腔的锥角α大于第一圆台腔的锥角γ；
圆弧半径为药型罩开口尺寸的1/3-2/3；
所述药型罩为空心锥形体，其外母线为直线型，其内母线采用多折线或者双曲线型，所述药型罩的外母线作为构成炸药装药结构的内母线；
所述药型罩从上至下依次包括第二锥形腔、第二圆台腔、第三圆台腔和第四圆台腔；所述第二锥形腔、第二圆台腔、第三圆台腔和第四圆台腔的锥角逐渐减小，锥角每段减小1-4º，形成的射流速度梯次变化；
药型罩采用金属粉末配比后压制成型，其中配方和比重包括：
高密度钨粉，其质量百分比为50-80%；电解铜粉， 其质量百分比为10-30%；低熔点软金属，其质量百分比为5-25%；能够形成金属键的金属，其质量百分比为1-5%；
炸药用于为射流形成提供能量，炸药设置于装药结构中，装药结构为由壳体内母线和药型罩外母线之间形成的空腔。
2.如权利要求1所述的致密油气储层射孔弹，其特征在于，所述炸药采用钝化黑索金、钝化奥克托金或钝化皮威克斯作为装药。
3.如权利要求1所述的致密油气储层射孔弹，其特征在于，所述能够形成金属键的金属包括：镍、锆或锌。
4.如权利要求1所述的致密油气储层射孔弹，其特征在于，所述壳体采用15-45#钢车制成型或者挤压成型。
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