CN113134603B

CN113134603B - 一种药型罩用配方及油气井射流孔道压裂用射孔弹

Info

Publication number: CN113134603B
Application number: CN202110267734.6A
Authority: CN
Inventors: 马英文; 刘峰; 张博; 刘晓宾; 李科研; 盛廷强; 李士超; 李必红; 李尚杰; 鲁坤; 杨翕智; 蒙春学; 王浩; 赵文杰; 荣豪; 赵兴; 王珂; 田斌
Original assignee: Xi'an Wuhua Juneng Blasting Equipment Co ltd; CNOOC China Ltd Tianjin Branch
Current assignee: Wuhua Energy Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: CN113134603A

Abstract

本发明涉及一种药型罩用配方及油气井射流孔道压裂用射孔弹，属于石油射孔领域；主要解决现阶段深穿透射孔弹在储层岩石射孔后射流孔道形成压实带，导致岩石渗透率降低的技术难题。所述高能炸药是以黑索金为主体的混合炸药，位于药型罩和射孔弹壳之间；所述的药型罩为亚稳态金属粉末药型罩。亚稳态金属粉末药型罩在受到高能炸药爆轰波压垮后形成高速金属射流，在射流孔道岩石周围形成具有大量微裂纹的疏松层，消除射流孔道压实带，实现对射流孔道周围岩石压裂的效果，达到提高孔道渗透率的目的。

Description

一种药型罩用配方及油气井射流孔道压裂用射孔弹

技术领域

本发明属于石油射孔领域，具体涉及一种药型罩用配方及油气井射流孔道压裂用射孔弹。

背景技术

在石油领域，油气井射孔是石油开发中的一项关键技术，射孔弹的作用就是射穿井下封闭目的层的套管、水泥环并深入目的层，形成目的层与井筒的有效渗流通道，保证油气井获得工业油气流。射孔弹的作用原理是利用有药型罩的聚能装药效应，当爆轰波到达药型罩罩面时，药型罩由于受到剧烈的压缩，迅速向轴线运动，药型罩内表面会形成一股高速运动的金属射流，这种金属射流细长，长径比达200倍，轴线上集中了极高的能量，当它作用于目标靶时，破甲效果远远超过了无药型罩聚能装药。

目前国内申请了多项消除射流孔道压实带和含能活性药型罩方面的专利，专利CN202117644 U《一种二次爆炸释能药型罩》、CN 106382864 B《一种活性含能复合药型罩聚能装药结构》、CN 111075405 A《一种双效射孔弹用含能药型罩及含能材料》和CN 206468330U《一种提高孔道导流能力的射孔弹》主要通过在常规药型罩外增加一层活性材料药型罩，形成双层复合药型罩的方法来实现清洁孔道、消除压实带的目的。按照上述专利提供的技术方案进行了重复操作，制作过程复杂，特别是双层复合药型罩的压制成型过程废品率高、制造效率低，不能批量性供应油田市场。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有技术存在的不足和缺陷，本发明通过单层药型罩形成的射流在砂岩靶上可以有效地消除射流压实带，射流末端在砂岩靶上形成扇形效应区，由于单层药型罩配方的创新，实现了生产工艺的简化，解决生产制造效率低的问题。

本发明的技术方案是：一种药型罩用配方，包括锆粉、铝粉、铜粉和钨粉,其中锆粉含量为35％～55％，铝粉含量为5％～9％，铜粉含量为10％～20％，钨粉含量为20％～50％。

本发明进一步的技术方案是：还包括助剂端羟基聚丁二烯和助剂石墨，其中端羟基聚丁二烯作为粘结剂，石墨作为润滑剂。

本发明进一步的技术方案是：所述端羟基聚丁二烯含量为锆粉、铝粉、铜粉和钨粉总量的1％～5％，所述石墨含量为锆粉、铝粉、铜粉和钨粉总量的1.5％～2.5％。

本发明进一步的技术方案是：一种油气井射流孔道压裂用射孔弹，包括射孔弹壳、高能炸药和药型罩；所述药型罩、高能炸药和射孔弹壳依次紧密贴合，且药型罩、高能炸药和射孔弹壳三者同轴。

本发明进一步的技术方案是：所述药型罩为圆锥体抛物线结构，药型罩顶尖外圆弧SR1为2.2mm～2.75mm，药型罩顶尖内圆弧SR2为3.0mm～3.75mm，药型罩内锥角θ1为41°～48°，药型罩外锥角θ2为42°～50°，药型罩内壁圆弧R1为310mm～780mm，药型罩口部直径φ1为32mm～48mm。

本发明进一步的技术方案是：所述射孔弹壳口部直径φ2为φ32mm～φ48mm，内壁为球锥形结构，球面为SR3为13.0mm～SR15.5mm，内壁锥角θ3为24°～28°。

本发明进一步的技术方案是：所述高能炸药为以黑索金为基的混合炸药，常用的炸药型号有JH-16和SH-931(G)炸药，装药量为18g～45g。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明通过地面实验观察，射孔弹起爆后形成的金属射流在目标靶上的形成的孔道存在明显压实带，压实带宽度4mm～8mm之间，降低油气采收率，也间接提高了射孔的破裂压力。本发明提供一种药型罩用配方及油气井射流孔道压裂用射孔弹，该药型罩配方中具有一定比例的含能金属粉材料，通过金属粉混合工艺将含能金属粉与常规金属粉混合在一起，再通过模具一次旋压成药型罩；该射孔弹在形成射流孔道的过程中，药型罩中的含能金属材料随射流进入孔道，在孔道形成后的数毫秒内含能金属材料产生强烈的放热反应，释放大量的热，将地层内的水蒸发产生高压气体，使孔道附近的压力增加，达到对孔道压裂的作用；同时瞬间高压会产生流向井筒的涌流，对孔道的压实带进行冲洗，增加孔道直径，在孔道末端产生扇形反应区，可有效消除射孔压实带，孔道周围产生大量微裂纹，达到对孔道周围岩石压裂的效果，提高孔道岩石渗流能力。

具体来说，本发明与现有技术相比具有以下特点：

1、现有药型罩在射孔弹上为两层，而本申请中的药型罩配方与常规药型罩配方组分不同，在配方中加入一定比例的含能金属粉材料，因此只需在射孔弹上压装一层药型罩，使得射流形成后将含能金属粉材料代入孔道，达到压裂射流孔道、消除孔道压实带、提高孔道导流能力的目的。

2、现有药型罩多采用在深穿透射孔弹药型罩外层采用喷涂或压制一层含能材料制成，成为一种复合药型罩。复合药型罩在制造过程中不能一次投料一次旋压成型，需要两次投料两次加压成型，对设备和工装要求较高。而本申请中的药型罩采用含能金属粉和常规金属粉均匀混合后一次投料一次旋压成型，使得制造工艺简单，药型罩生产效率提高50％。

3、本申请中的射孔弹在射孔中，药型罩被高能炸药爆炸产生的高压冲击波激发，在形成金属射流穿孔过程中，药型罩内含能金属粉之间发生反应放出大量热，岩石内液体受热膨胀蒸发形成瞬间高压，实现对射流孔道的瞬间压裂，在孔道壁周围形成大量微裂纹，克服了现有常规射孔弹射流孔道形成致密压实带的缺陷。

4、经在实际生产试验中证明，采用本发明的一种油气井射流孔道压裂用射孔弹，射孔弹壳口部直径为φ45mm的射孔弹在地面模拟围压条件下(模拟地层围压压力50MPa,井筒压力30MPa，孔隙压力20MPa)穿柱状海相致密砂岩靶(单轴抗压强度100MPa～120MPa)，穿孔深度为200mm，套管孔径13.5mm，较现有常规深穿透射孔弹穿深提高25％，孔径提高30％以上。射流孔道存在大量微裂纹，射流末端形成扇形效应区。与传统的深穿透射孔弹相比，射流孔道已无压实带，对射流孔道周围岩石压裂能力增强。

附图说明

图1为一种油气井射流孔道压裂用射孔弹结构示意图

图2为药型罩结构示意图

图3为射孔弹壳结构示意图

图4为射流在致密砂岩靶上形成的效果图

附图说明：1—射孔弹壳；2—高能炸药；3—药型罩

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

参见图1-图4，所述的药型罩为配方中含有含能金属粉材料，包括锆粉、铝粉、铜粉、钨粉和助剂，常温常压条件下上述金属粉末状态安全稳定。本实施例中，助剂为端羟基聚丁二烯和石墨，其中端羟基聚丁二烯作为粘结剂，石墨作为润滑剂。

药型罩的制备方法为：将锆粉、铝粉、铜粉和钨粉按照质量百分比进行配制，形成混合金属粉1，在混合金属粉1中加入一定质量的端羟基聚丁二烯和石墨(按锆粉、铝粉、铜粉和钨粉总量计算加入量)形成混合金属粉2，将混合金属粉2装入三维运动混合机内混合45min～60min后取出。称取混合均匀后的混合金属粉质量40g～75g,使用旋压工艺将混合金属粉一次投料一次旋压成型。

本实施例1中，药型罩中包含锆粉含量50％，铝粉含量7％，铜粉含量10％，钨粉含量33％，。外加石墨含量1.5％(按锆粉、铝粉、铜粉和钨粉的总量计算)，外加端羟基聚丁二烯含量2％(按锆粉、铝粉、铜粉和钨粉的总量计算)。

采用该药型罩的油气井射流孔道压裂用射孔弹，从内到外包括射孔弹壳1、高能炸药2和药型罩3，要求射孔弹壳1、高能炸药2和药型罩3的中心线在同一直线上。射孔弹壳、高能炸药和药型罩相互紧密贴合套设。

所述射孔弹壳内壁为球锥形结构，本实施例中，射孔弹壳为钢制弹壳，口部直径φ2为φ45mm，内壁球形面SR3为13.5mm，内壁锥角θ3为26°。

所述药型罩为圆锥体抛物线结构，本实施例中，药型罩顶尖外圆弧SR1为2.25mm，药型罩顶尖内圆弧SR2为3.5mm，药型罩内锥角θ1为45°，药型罩外锥角θ2为46°，药型罩内壁圆弧R1为475.6mm，药型罩质量为48g。

所述高能炸药为现有高能炸药是以黑索金为主体的混合炸药，现常用型号有JH-16和SH-931(G)炸药。本实施例中，高能炸药装药量为38g。

油气井压裂用射孔弹，将含有含能金属材料的混合金属粉被压制成高密度惰性圆锥体后和高能炸药分步压装，药型罩中含能金属材料被高能炸药爆炸产生的高压冲击波激活，由于被金属射流带入孔道中，含能金属间的化学反应在射流孔道产生释放大量热量，将孔道内液体气化膨胀对外做功，有效消除射孔压实带并在孔道周围形成大量微裂纹，提高孔道渗流能力。

本实施例2中，药型罩中包含锆粉含量35％，铝粉含量5％，铜粉含量10％，钨粉含量50％。外加石墨含量1.5％(按锆粉、铝粉、铜粉和钨粉的总量计算)，外加端羟基聚丁二烯含量2％(按锆粉、铝粉、铜粉和钨粉的总量计算)。

所述射孔弹壳内壁为球锥形结构，本实施例中，射孔弹壳为钢制弹壳，口部直径φ2为φ46mm，内壁球形面SR3为14.5mm，内壁锥角θ3为28°。

所述药型罩为圆锥体抛物线结构，本实施例中，药型罩顶尖外圆弧SR1为2.5mm，药型罩顶尖内圆弧SR2为3.75mm，药型罩内锥角θ1为46°，药型罩外锥角θ2为47°，药型罩内壁圆弧R1为714.8mm，药型罩质量为67g。

所述高能炸药为现有高能炸药是以黑索金为主体的混合炸药，现常用型号有JH-16和SH-931(G)炸药。本实施例中，高能炸药装药量为45g。

本实施例3中，药型罩中包含锆粉含量35％，铝粉含量5％，铜粉含量10％，钨粉含量50％，。外加石墨含量1.5％(按锆粉、铝粉、铜粉和钨粉的总量计算)，外加端羟基聚丁二烯含量2％(按锆粉、铝粉、铜粉和钨粉的总量计算)。

所述射孔弹壳内壁为球锥形结构，本实施例中，射孔弹壳为钢制弹壳，口部直径φ2为φ32mm，内壁球形面SR3为14.0mm，内壁锥角θ3为27°。

所述药型罩为圆锥体抛物线结构，本实施例中，药型罩顶尖外圆弧SR1为2.75mm，药型罩顶尖内圆弧SR2为3.75mm，药型罩内锥角θ1为42°，药型罩外锥角θ2为43°，药型罩内壁圆弧R1为368.4mm，药型罩质量为38g。

所述高能炸药为现有高能炸药是以黑索金为主体的混合炸药，现常用型号有JH-16和SH-931(G)炸药。本实施例中，高能炸药装药量为18g。

Claims

1.一种药型罩，其特征在于，其配方包括锆粉、铝粉、铜粉和钨粉,其中锆粉含量为35％～55％，铝粉含量为5％～9％，铜粉含量为10％～20％，钨粉含量为20％～50％；还包括助剂端羟基聚丁二烯和助剂石墨，其中端羟基聚丁二烯作为粘结剂，石墨作为润滑剂。

2.如权利要求1所述的一种药型罩，其特征在于，所述端羟基聚丁二烯含量为锆粉、铝粉、铜粉和钨粉总量的1％～5％，所述石墨含量为锆粉、铝粉、铜粉和钨粉总量的1.5％～2.5％。

3.采用权利要求1所述药型罩的油气井射流孔道压裂用射孔弹，其特征在于，包括射孔弹壳(1)、高能炸药(2)和药型罩(3)；所述药型罩(3)、高能炸药(2)和射孔弹壳(1)依次紧密贴合，且药型罩(3)、高能炸药(2)和射孔弹壳(1)三者同轴；所述射孔弹上仅压装一层药型罩。

4.如权利要求3所述的一种油气井射流孔道压裂用射孔弹，其特征在于，所述药型罩(3)为圆锥体抛物线结构，药型罩顶尖外圆弧SR1为2.2mm～2.75mm，药型罩顶尖内圆弧SR2为3.0mm～3.75mm，药型罩内锥角θ1为41°～48°，药型罩外锥角θ2为42°～50°，药型罩内壁圆弧R1为310mm～780mm，药型罩口部直径φ1为32mm～48mm。

5.如权利要求3所述的一种油气井射流孔道压裂用射孔弹，其特征在于，所述射孔弹壳口部直径φ2为φ32mm～φ48mm，内壁为球锥形结构，球面SR3为13.0mm～SR15.5mm，内壁锥角θ3为24°～28°。