CN112302582A - 一种间隔式高效能射孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间隔式高效能射孔装置，具体涉及增效类射孔工艺技术，该射孔装置包括多个射孔枪体和设置在射孔枪体之间的脉冲燃气装置，脉冲燃气装置和射孔枪体之间通过螺纹可拆卸连接，射孔枪体用于产生高能粒子脉冲束，脉冲燃气装置用于引爆射孔枪体内部的多个射孔弹。本发明有效结合了聚能射孔工艺与脉冲燃气高效能射孔增效方式，提升了整体射孔增能做功效果，改善了射孔弹之间的干扰，消除了脉冲装置之间的影响。

Description

一种间隔式高效能射孔装置

技术领域

本发明涉及增效类射孔工艺技术，尤其涉及一种间隔式高效能射孔装置。

背景技术

现有技术中，主流复合增效射孔方式包括一体式射孔压裂增效技术和分体式射孔压裂增效技术。

其中，一体式射孔压裂增效技术的主要技术特征是：在射孔枪内的射孔弹架上装有石油聚能射孔弹。然后，在射孔弹与射孔弹之间的空间内，装入成型的复合推进剂药饼或复合推进剂药盒。当射孔弹被油井导爆索传来的起爆信号引爆之后，导爆索同时也将在射孔弹之间装填的复合推进剂药饼被点燃。射孔弹起爆后产生的高速金属射流先后射穿射孔枪枪体，油井套管，水泥环和油气储集地层，形成射孔孔道。这一作用过程是在微秒级的时间内完成的。然后，在数毫秒的时间内，复合推进剂燃烧产生的复合推进剂燃气通过射孔枪枪体上的孔眼进入到已射开的射孔孔道中，对射孔孔道进行作用。延伸射孔深度、扩展射孔孔径，从而获得比常规射孔器射孔穿深高，孔径大、效果好的射孔作用效果。这一技术从理论上说，比常规射孔器的技术先进，它不仅完成了常规射孔作业，而且还同时对孔道进行了一定的高能气体压裂作用，使射孔效果得到了一定的提高。

但是，经过近些年的实际应用试验，该技术也暴露出了许多的技术问题。首先，由于复合推进剂是装填在射孔枪内射孔弹与射孔弹之间的空间里的，所以，复合推进剂燃烧后产生的复合推进剂燃气会首先使射孔枪内的压力急剧增加。当压力急剧增加至超过射孔枪的耐压强度时，射孔枪会胀裂变形，卡在油井套管上，不能从油气井中提出，这就会造成作业事故。这些技术问题使得该项技术产品的应用逐渐受到了冷落。

第二种是分体式射孔压裂增效技术，该项技术产品的主要特征是： 射孔作业所用的射孔器与常规的射孔器相同，使用安全性较好。只是在射孔枪的下部安装了常规的高能气体压裂弹。射孔枪与压裂弹之间有燃—爆转换器(接头)。施工时，一趟管柱下井。当起爆信号通过油井导爆索将射孔弹起爆后，聚能金属射流首先射穿射孔枪枪体、油井套管、水泥环，并在地层里射出射孔孔道。射孔的同时，射孔枪下方的高能气体压裂弹也被点燃，复合推进剂燃烧产生的高温高压燃气在油井井筒内增压，然后，进入射孔孔道对地层进行高能气体压裂。但是，由于射孔枪下面的高能气体压裂弹并不能对准射孔孔道释放燃烧气体。如果不使用封隔器的话，能量利用率将更低。所以，该技术对油气层的压裂作用非常有限，同时安全性也不高。

本项目研究的间隔式高效能脉冲射孔器装置，正是在分析了以上类别射孔器产品的设计缺陷和技术问题的基础之上。为了改善和提高单元射孔效能，降低射孔间干扰而研发而来的，同时提高装置做功安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明实现了聚能射孔工艺与脉冲燃气高效能射孔增效方式，提升了射孔单元与燃气单元的做功效果，改善了射孔弹之间的干扰，消除了脉冲装置之间的影响。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种间隔式高效能射孔装置，其特征在于，包括多个射孔枪体和设置在所述射孔枪体之间的脉冲燃气装置，所述脉冲燃气装置和射孔枪体之间通过螺纹可拆卸连接，其中：所述射孔枪体内部安装有弹架，所述弹架上有序安装有多个射孔弹，射孔枪体壁对应射孔弹的位置开设有引导孔，所述引导孔上安装有爆破缓冲装置，射孔枪体的外端设置有连接螺纹；所述脉冲燃气装置用于引爆射孔弹，脉冲燃气装置的内部设置有燃烧腔，所述燃烧腔的两侧开设有传爆通道，所述燃烧腔内部填充有燃气药块，脉冲燃气装置的两端设置有连接螺孔。

优选的，所述射孔弹包括弹壳、脉冲增效部、药罩、炸药和导爆索，其中：所述弹壳的两端安装在弹架的预制开孔上，所述脉冲增效部扣设在弹壳的喷射端，所述药罩设置在弹壳内部，所述炸药填充在药罩与弹壳内壁形成的空间内，所述导爆索设置在弹壳的尾部且连接所述炸药。

优选的，脉冲增效部的中心开设有整流孔。

优选的，所述脉冲增效部采用复合碳纤维、有机聚合物、稳定剂、改性剂等的一种或几种复配制成。

优选的，所述药罩为锥形壳体，药罩的中部内凹，中部内凹结构能够在炸药爆炸时向内挤压变形产生高温高压金属射流。

优选的，所述燃气药块包括位于中心的导火索、围绕导火索间隔布置的速燃药块和缓燃药块。

本发明的一种间隔式高效能射孔装置具有以下有益效果：

高效能脉冲射孔器装置的主要技术创新点是将传统的一体射孔增效装药模式或分体射孔增效装药模式进行拆分细化。该脉冲射孔器较以往的复合式增效射孔技术相比，射孔脉冲能量及燃气脉冲能量都紧密的围绕着孔道做功，利用率显著高，而且做功持续时间较长，脉冲做功频次较高，单次压力峰值不高，不损伤套管，是一种安全、高能、高效的先进射孔增效方式。该装置能够将射孔弹的一次爆轰响应与燃气脉冲效应合理有序的控制，通过载入高活性的微纳米释能单体，实现在打开后的孔道内，形成极短时间内的高频次脉冲加载，在孔缝之间形成有效应力载荷，提高近孔地层的渗透能力。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是本发明提供的第一实施例结构示意图；

图2是本发明中射孔枪体的结构示意图；

图3是本发明中射孔弹的结构示意图；

图4是本发明中脉冲燃气装置的结构示意图；

图5是图4的剖面结构示意图；

图6是本发明提供的第二实施例结构示意图。

图中，1-射孔枪体、101-引导孔、102-爆破缓冲装置、103-连接螺纹、2-脉冲燃气装置、201-燃烧腔、202-传爆通道、203-燃气药块、204-连接螺孔、2031-导火索、2032-速燃药块、2033-缓燃药块、3-射孔弹、301-弹壳、302-脉冲增效部、303-药罩、304-炸药、305-导爆索、3021-整流孔、4-弹架。

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。

实施例一

如1所示，一种间隔式高效能射孔装置包括2个射孔枪体1和设置在所述射孔枪体1之间的脉冲燃气装置2，脉冲燃气装置2和射孔枪体1之间通过螺纹可拆卸连接，其中，射孔枪体1用于产生高能金属复合脉冲射流，脉冲燃气装置2用于多个引爆射孔弹。

如图2所示，射孔枪体1内部安装有弹架4，弹架4上有序安装有多个射孔弹3，射孔枪体1壁对应射孔弹3的位置开设有引导孔101，引导孔101上安装有爆破缓冲装置102，射孔枪体1的外端设置有连接螺纹103，弹架4和射孔枪体1都属两端开口的圆柱壳体结构。

具体的，射孔弹3按相位排布在弹架4上，射孔方向可以相隔45°、60°、90°等，射孔弹3的数量可以灵活选择。

如图3所示，射孔弹3包括弹壳301、脉冲增效部302、药罩303、炸药304和导爆索305，其中：弹壳301的两端安装在弹架4的预制开孔上，脉冲增效部302扣设在弹壳301的喷射端，药罩303设置在弹壳301内部，炸药304填充在药罩303与弹壳301内壁形成的空间内，导爆索305设置在弹壳301的尾部且连接炸药304，脉冲增效部302的中心开设有整流孔3021，脉冲增效部302采用复合碳纤维、有机聚合物、含能催化剂、稳定剂、改性剂等的一种或几种复配制成，药罩303为锥形壳体，药罩303的中部内凹，中部内凹结构能够在炸药304爆炸时向内挤压变形产生载流脉冲。

本实施中，脉冲增效部302采用复合碳纤维、有机聚合物、含能催化剂、稳定剂、改性剂等的一种或几种复配制成，制作时，复合碳纤维为2至45重量份，有机聚合物为25至36重量份，含能催化剂为12-28重量份，上述材料的一种或几种在超声震荡条件下进行复配，得载流脉冲发生材料，然后进行封装制成脉冲增效部302。

具体工作时，脉冲增效部302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载流脉冲。脉冲增效部302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载流脉冲，形成与第一级载流脉冲的前后时间间隔，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。

如图4和图5所示，脉冲燃气装置2用于引爆射孔弹3，脉冲燃气装置2的内部设置有燃烧腔201，燃烧腔201的两侧开设有传爆通道202，燃烧腔201内部填充有燃气药块203，脉冲燃气装置2的两端设置有连接螺孔20，燃气药块203包括位于中心的导火索2031、围绕导火索2031间隔布置的速燃药块2032和缓燃药块2033，这种交错布置可以提供更好的射孔压裂效果。

具体工作过程如下：首先，通过导爆索305引燃燃气药块203，然后驱使脉冲燃气装置2工作，脉冲燃气装置2的中间有传爆通道202，通过传爆通道202引爆射孔弹3中的炸药304，炸药304爆炸使得药罩303向内部弯曲，开始形成先期高活性磁性金属射流，这时脉冲增效部302被活化，并受磁性金属流体吸引汇聚，由于其脉冲增效部302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，射流轻松突破脉冲增效部302，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脉冲增效部302将粒子喷出，并沿着开孔泄压方向形成载流脉冲，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。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载流脉冲加载作用，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3需要按照要求交错布置。

实施例二

如1所示，一种间隔式高效能射孔装置包括多个射孔枪体1和设置在所述射孔枪体1之间的脉冲燃气装置2，脉冲燃气装置2和射孔枪体1之间通过螺纹可拆卸连接。

该方案可以合理扩展，将高能脉冲射孔的高频响应脉冲预裂孔道与次频率量级的高效燃气脉冲效应合理有序的控制，通过载入高活性的微纳米释能单体，实现在打开后的孔道内，形成极短时间内的错落有致的多频次脉冲加载，对孔道形成更高效的压裂做功，形成更多裂缝，高近井地层的渗透能力。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。

例如：GFD25＃3井，井深1342m，油层厚度25m，油层位置：894. 2m，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，故采用高效能脉冲射孔技术实施后，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。

再例如：XF9534井，井深3239 m，油层厚度10m。砂岩。原日产液3t/d，日产油2.1t/d。故采用高效能脉冲射孔技术实施后，施工作业顺利。作业后，从井中提出，无任何损坏。投产，日产液达8t／d，日产油6t/d。补孔增产效果非常显著。

本发明的主要特征体现是高能脉冲射孔弹，该弹由高能射孔弹及高能增效部组成，都采用新型高含能金属或金属复合微纳米材料加工而成。该弹可以在射孔的同时，对孔道进行脉冲加载，打通孔道的闭合层。为后续脉冲燃气压裂创造良好基础。脉冲燃气装置2是由高脉冲装药模块（速燃药块）和低脉冲装药模块（缓燃药块）开发而成，该装药材料采用复合碳纳米气溶胶含能材料制成，能够使装药燃速可以有效控制及燃气发生效率得到显著提升，实现安全多频次的脉冲燃气加载能量做功。

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 (6)

1.一种间隔式高效能射孔装置，其特征在于，包括多个射孔枪体（1）和设置在所述射孔枪体（1）之间的脉冲燃气装置（2），所述脉冲燃气装置（2）和射孔枪体（1）之间通过螺纹可拆卸连接，其中：

所述射孔枪体（1）内部安装有弹架（4），所述弹架（4）上有序安装有多个射孔弹（3），射孔枪体（1）壁对应射孔弹（3）的位置开设有引导孔（101），所述引导孔（101）上安装有爆破缓冲装置（102），射孔枪体（1）的外端设置有连接螺纹（103）；

所述脉冲燃气装置（2）用于引爆射孔弹（3），脉冲燃气装置（2）的内部设置有燃烧腔（201），所述燃烧腔（201）的两侧开设有传爆通道（202），所述燃烧腔（201）内部填充有燃气药块（203），脉冲燃气装置（2）的两端设置有连接螺孔（204）。

2.如权利要求1所述的一种间隔式高效能射孔装置，其特征在于，所述射孔弹（3）包括弹壳（301）、脉冲增效部（302）、药罩（303）、炸药（304）和导爆索（305），其中：

所述弹壳（301）的两端安装在弹架（4）的预制开孔上，所述脉冲增效部（302）扣设在弹壳（301）的喷射端，所述药罩（303）设置在弹壳（301）内部，所述炸药（304）填充在药罩（303）与弹壳（301）内壁形成的空间内，所述导爆索（305）设置在弹壳（301）的尾部且连接所述炸药（304）。

3.如权利要求2所述的一种间隔式高效能射孔装置，其特征在于，所述脉冲增效部（302）的中心开设有整流孔（3021）。

4.如权利要求3所述的一种间隔式高效能射孔装置，其特征在于，所述脉冲增效部（302）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。

5.如权利要求2所述的一种间隔式高效能射孔装置，其特征在于，所述药罩（303）为锥形壳体，药罩（303）的中部内凹，中部内凹结构能够在炸药（304）爆炸时向内挤压变形产生高温金属射流。

6.如权利要求1所述的一种间隔式高效能射孔装置，其特征在于，所述燃气药块（203）包括位于中心的导火索（2031）、围绕导火索（2031）间隔布置的速燃药块（2032）和缓燃药块（2033）。

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