CN111912305A - 一种超燃粒子束微孔道致裂器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超燃粒子束微孔道致裂器，具体涉及一种新型的高效能粒子束发生装置在油气井用射孔弹爆轰过程中可实现超压燃烧做功的微孔道致裂技术，该压裂器包括管状枪体、安装在枪体通孔上的自适应打开装置、设置在枪体内部的固定支架、依次排列安装在固定支架上的多个破孔弹、扣设在破孔弹射开口处的超燃粒子束装置以及用于约束超燃粒子束装置的超燃粒子束辅助装置。本发明高效利用了聚能射孔时的动能定向载荷，运用在有限空间内破孔弹爆炸形成的压力场变化，设置的功能装置能够有序利用破孔弹的聚能效应与爆炸效应，从而形成在孔缝之间形成优化的应力载荷，提高井眼打开程度，在孔眼之间形成提高近孔地层的渗透能力，该压裂器对提高单井的产油、产气和其他措施改造实施具有显著效果。

Description

一种超燃粒子束微孔道致裂器

技术领域

本发明涉及射孔微压裂复配技术，尤其涉及一种超燃粒子束微孔道致裂器。

背景技术

传统压裂复合技术，是一种紊序的能量释放状态，聚能效应与各种压裂药，联合作用，虽起爆起燃有先后次序，但做功集约性差，能量有效或集中做功效能大打折扣。如何将射孔打开程度与后载压裂效应更好的结合，达到更佳的射孔压裂效果，是目前使这类技术突破技术的主要问题。

发明内容

有鉴于此，本发明有效结合了射孔工艺和粒子束压裂技术，能够有序控制破孔弹的一次爆轰响应与粒子束效应，通过载入高活性的微纳米释能单体，可以在打开后的孔道内，形成极短时间内的高频次粒子束加载，在孔缝之间形成有效应力载荷，提高近孔地层的渗透能力，该压裂器对提高单井的产油、产气和其他措施改造实施具有显著效果。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种超燃粒子束微孔道致裂器，其特征在于，包括管状枪体、安装在管状枪体侧壁通孔上的粒子束缓冲装置、安装在管状枪体内部的固定支架、依次排列安装在固定支架上的多个破孔弹、扣设在破孔弹射口处的超燃粒子束装置以及用于约束超燃粒子束装置的超燃粒子束辅助装置，其中：所述粒子束缓冲装置包括堵头和安装台，所述侧壁通孔的外侧与安装台的形状相适应；所述破孔弹和超燃粒子束装置以及粒子束缓冲装置同心串联串联布置。

进一步的，所述破孔弹包括安装于固定支架内部的弹壳、安装于弹壳内部且用于固定多功能装药的活性有磁粉末药性罩、以及用于引爆多功能装药的导爆索，其中，所述活性有磁粉末药性罩的中部内凹，中部内凹结构能够在多功能装药爆炸时向内挤压变形产生第一级穿孔粒子束。

进一步的，所述超燃粒子束装置采用聚酯纤维类材料、高活性微纳米结构材料、复合金属或金属化合物中的一种或几种复配团聚制成。

进一步的，所述超燃粒子束辅助装置采用碳纳米金属复合材料制成，超燃粒子束辅助装置能够与破孔弹的爆炸产生作用并约束粒子束趋同于射孔穿孔方向，并实现多重能量级的粒子束能量做功同向性，从而达到延续孔道周边岩层致裂时效的目的。

进一步的，所述超燃粒子束装置的中部设置有导流孔。

本发明的一种超燃粒子束微孔道致裂器具有以下有益效果：

本发明高效利用了聚能射孔时的动能定向载荷，运用在有限空间内破孔弹爆炸形成的压力场变化，设置的功能装置能够有序利用破孔弹的聚能效应与爆炸效应，创造形成粒子束条件，可以在打开后的孔道内载入高活性的微纳米释能单体，在爆炸时的高温高压条件下，形成极短时间内的高频次粒子束加载，该装置可根据不同地层的岩性特征和工艺条件下，设置特定的致裂系统内部装置。从而形成在孔缝之间形成优化的应力载荷，提高井眼打开程度，在孔眼之间形成提高近孔地层的渗透能力，该致裂器对提高单井的产油、产气和其他措施改造实施具有显著效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1是本发明提供的超燃粒子束微孔道致裂器的结构示意图；

图2是本发明中活性有磁粉末药性罩的金属材料特性表征图；

图3是本发明中超燃粒子束装置的金属材料特性表征图；

图4是本发明提供的超燃粒子束微孔道致裂器的应用示意图；

图5是本发明提供的超燃粒子束微孔道致裂器的工作效果图；

图6是现有致裂器的工作效果图。

图中，1-管状枪体、101-侧壁通孔、2-粒子束缓冲装置、201-堵头、202-定位凸台、3-固定支架、4-破孔弹、401-弹壳、402-活性有磁粉末药性罩、403-多功能装药、404-导爆索、5-超燃粒子束装置、501-导流孔、6-超燃粒子束辅助装置、7-套管、8-地层。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

如图1，一种超燃粒子束微孔道致裂器包括管状枪体1、安装在管状枪体1侧壁通孔101上的粒子束缓冲装置2、安装在管状枪体1内部的固定支架3、依次排列安装在固定支架3上的多个破孔弹4、扣设在破孔弹4射口处的超燃粒子束装置5以及用于约束超燃粒子束装置5的超燃粒子束辅助装置6，其中，破孔弹4和超燃粒子束装置5以及粒子束缓冲装置2同心串联布置。

图1中，粒子束缓冲装置2包括堵头201和安装台202，侧壁通孔101的外侧与安装台202的形状相适应，侧壁通孔101的外侧设置有多个同心环槽，安装台202的底部边缘设置有多个同心安装圈，安装圈能够卡在同心环槽内，安装台202的底部中部设置有弧形顶帽，弧形顶帽用于承受爆破冲击。

图1中，破孔弹4包括安装于固定支架3内部的弹壳401、安装于弹壳401内部且用于固定多功能装药403的活性有磁粉末药性罩402、以及用于引爆多功能装药403的导爆索404，其中，活性有磁粉末药性罩402的中部内凹，活性有磁粉末药性罩402的横截面为V型，整体为锥形结构，中部内凹结构能够在多功能装药403爆炸时向内挤压变形产生先导磁性金属射流，活性有磁粉末药性罩402的金属材料特性表征图如图2所示。

具体的，超燃粒子束装置5采用聚酯纤维类材料、高活性微纳米结构材料、复合金属或金属化合物中的一种或几种加工而成，本实施中，超燃粒子束装置5可以选择聚酯纤维类材料、高活性微纳米结构材料、复合金属或金属化合物中的一种，也可以同时选择聚酯纤维类材料和高活性微纳米结构材料、或复合金属和金属化合物，通过粘结剂、调节剂、改性剂中的一种或几种将上述材料复配团聚制成，制作时，聚酯纤维类材料为2至45重量份，高活性微纳米结构材料为55至98重量份。

需要说明的是，上述材料在超声震荡条件下进行复配，得粒子束材料，然后进行封装制成超燃粒子束装置5，超燃粒子束装置5的金属材料特性表征如图3所示。

具体工作时，超燃粒子束装置5能够在高温高压爆轰场作用下加速成等离子态效应，从而形成微秒量级的高能粒子束。超燃粒子束装置5能够在高温高压爆轰场作用下加速成类等离子态效应的高能粒子束，形成与第一级粒子束的前后时间间隔，在磁性涡流场作用下，进入有限的孔道空间，形成超压燃烧反应，驱动介质热动能转换效率提升，从而达到瞬间类恒压做功孔道周边致岩层造缝的目的。

需要进一步说明的是，破孔弹先爆炸形成先期射流，超燃粒子束装置5能够在高温高压爆轰场作用下二次作用。上述孔道空间是指侧壁通孔101、导流孔501以及进入岩层后致裂空间。上述井下介质为井下水和二氧化碳等物质，上述物质在高温高压状态下的膨胀，其能量跃迁、升级。

需要说明的是，超燃粒子束辅助装置6采用碳纳米金属复合材料材料制成，超燃粒子束辅助装置6能够与破孔弹4的爆炸产生作用并约束粒子束趋同于射孔穿孔方向，并实现多重能量级的粒子束能量做功同向性，从而达到延续孔道周边岩层致裂时效的目的。超燃粒子束辅助装置6起到固定和约束粒子束效应的作用。

具体的，碳纳米金属复合材料为多功能复合碳纳米纤维材料，通过特殊工艺将微纳米储能材料或支撑材料与碳纳米纤维材料以任意比例复配，该材料也可以装置通过封装得超燃粒子束辅助装置。

图中1和图4中，超燃粒子束装置5的中部设置有导流孔501。

需要进一步说明的是，本发明所涉及装置所涉及材料不局限于某一特定领域的材料范畴，针对应用条件及作用效果，开发或选择适合的材料，以达到最佳使用效果。

超燃粒子束微孔道致裂器的具体实施安装如图4所示，其工作效果如图5所示：将超燃粒子束微孔道致裂器安装在位于底层8中的套管7内部，具体工作过程如下：首先，通过导爆索404引燃多功能装药403, 多功能装药403爆炸使得活性有磁粉末药性罩402向内部弯曲，开始形成先期高活性磁性金属射流，这时超燃粒子束装置5被活化，并受磁性金属流体吸引汇聚，由于其粒子束缓冲装置2的特殊设计结构可创造有利空间，优化金属射流聚能效应，提高穿孔性能，并对部分粒子的并行进入提供了有利条件，射流轻松突破粒子束缓冲装置2，在磁流场及爆轰场得双重作用下，安装在装置固定支架上的超燃粒子束装置5将粒子喷出，并沿着开孔泄压方向形成粒子束，进入打开的孔道内，对孔道实施有效动能载荷，冲击孔道内壁，随后超燃粒子束辅助装置6对先期进入孔道的剩余粒子团雾形成释能补充。从而在孔内有限的空间内形成高频压缩波动，直接释放到地层，并在地层中传播弹性波动，致更远的地层介质。由于在同一相位的多个开孔位置的粒子束加载作用，形成共振效应，将波动传播拓展到了立体维度，形成了对储层的体系致裂效果，显著提高了储层打开程度，对井筒的采油，采气、注水。需要说明的是，实际施工时破孔弹4需要按照要求交错布置。

图6为现有致裂器的工作效果图，传统致裂器由于未设置粒子束缓冲装置2、超燃粒子束装置5、超燃粒子束辅助装置6等功能装置，致裂效果较差。最后，提供两个实施用于展示本发明提出的超燃粒子束微孔道致裂器的实际应用效果。

实施例一：T**32井，井深2342m，油层厚度6.5m，油层位置：3512. 2～3518 .5m，属于低渗透区块，投产后一直稳产，但措施改造前，储量急剧下降，故采用粒子束射孔压裂技术实施后，打通了近井地带的堵塞，日产液20t /d，日产油12t/d，相较原产量5t/d， 增产效果非常显著。

实施例二：XJ**3井，井深3319 m，油层厚度10m，油层位置：2834--2843m。砂岩。原日产液8t/d，日产油3.6t/d。采用超燃粒子束微孔道致裂器进行压裂，施工作业顺利。作业后，压裂器从井中提出，无任何损坏。投产，日产液达30t／d，日产油15t/d。压裂增产效果非常好。

本发明通过对破孔弹材料及结构改造，提高其破孔效果，从而创造良好致裂通道空间。通过对致裂枪体的改造，降低破孔时的约束条件，为超燃粒子束的超压燃烧做功提供有力条件。通过加装粒子束及辅助装置，使致裂作用与穿孔过程达到高度复配，微孔道地层致裂效果成倍提升，孔道周边油气导流能力显著增强。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种超燃粒子束微孔道致裂器，其特征在于，包括管状枪体（1）、安装在管状枪体（1）侧壁通孔（101）上的粒子束缓冲装置（2）、安装在管状枪体（1）内部的固定支架（3）、依次排列安装在固定支架（3）上的多个破孔弹（4）、扣设在破孔弹（4）射口处的超燃粒子束装置（5）以及用于约束超燃粒子束装置（5）的超燃粒子束辅助装置（6），其中：所述粒子束缓冲装置（2）包括堵头（201）和安装台（202），所述侧壁通孔（101）的外侧与安装台（202）的形状相适应；所述破孔弹（4）和超燃粒子束装置（5）以及粒子束缓冲装置（2）同心布置。

2.如权利要求1所述的一种超燃粒子束微孔道致裂器，其特征在于，所述破孔弹（4）包括安装于固定支架（3）内部的弹壳（401）、安装于弹壳（401）内部且用于固定多功能装药（403）的活性有磁粉末药性罩（402）、以及用于引爆多功能装药（403）的导爆索（404），其中，所述活性有磁粉末药性罩（402）的中部内凹，中部内凹结构能够在多功能装药（403）爆炸时向内挤压变形产生粒子束。

3.如权利要求2所述的一种超燃粒子束微孔道致裂器，其特征在于，所述超燃粒子束装置（5）采用聚酯纤维类材料、高活性微纳米结构材料、复合金属或金属化合物中的一种或几种复配团聚制成。

4.如权利要求3所述的一种超燃粒子束微孔道致裂器，其特征在于，所述超燃粒子束辅助装置（6）采用碳纳米金属复合材料制成，超燃粒子束辅助装置（6）能够与破孔弹（4）的爆炸产生作用并约束粒子束趋同于射孔穿孔方向、以实现多重能量级的粒子束能量做功同向性。

5.如权利要求4所述的一种超燃粒子束微孔道致裂器，其特征在于，所述超燃粒子束装置（5）的中部设置有导流孔（501）。

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