CN113402347B - 一种燃烧剂和采用该燃烧剂的石油增产用超高温射流增效器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃烧剂和采用该燃烧剂的石油增产用超高温射流增效器及其制备方法，包括壳体、盖体、燃烧剂，均为含能材料。在射孔弹爆炸形成的高温高压环境下，各组成部分相互之间发生剧烈的化学反应，形成粗大的等离子金属流体，与射孔弹金属射流形成连续流体，产生无杵体大孔容孔道。本发明所用原材料均属于耐温材料，在油气井耐温达到250℃/170h，安装在射孔弹口部，能够匹配73mm～178mm各种型号射孔器，满足大部分高温油气井及超高温油气井的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于油气井射孔增产完井领域，特别涉及一种燃烧剂和采用该燃烧剂的石油增产用超高温射流增效器及其制备方法。
背景技术
油气井复合射孔技术是现在油田常用的一种油气增产方式。主要原理是利用射孔弹爆炸形成高温高压区将其安装在口部的药盒中的火药随进到射孔孔内进行点燃，产生大量的高温高压气体，对射孔孔道进行冲刷和压裂，增加射孔孔道的导流能力和解除地层污染带。通过一次下井，即实现了射孔，又实现了孔道改造。施工效率较高，且经济效益好。但是药盒中装的药剂为固体推进剂或双基药等火药药剂，属于爆炸品，需要使用危险等级高的火炸药危险品工房生产，且现在国家对民用爆炸物品运输、储存和使用管控的要求也越来越高，且使用过程中也存在着因使用不当产生安全事故，所以存在安全风险，且管理成本很高。目前油田常用火药药盒最高耐温为160℃/48h，一般只能在常温井和高温井中进行使用。
随着技术的发展，专利CN201410755772.6公开了一种油气井射孔用后效体颗粒制剂及制备方法的一种后效体射孔技术，该技术是在射孔弹前端加装一种聚能射孔后效体，借助于射孔弹爆炸后产生的涡流场引力，将不同粒度的含能基团粒子曳入到射孔孔道内，这些不同粒度的含能基团粒子产生云雾扩散及云雾爆轰，对射孔孔道做功。但是这种方法实际上只能在一定程度上改善射孔孔道，其实际使用效果还是在行业内没有得到广泛认可。且最高耐温为200℃/200h，对于现在新疆油田、海洋油田等部分超高温井中无法满足使用要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了解决现有技术上存在的各种问题与不足，本发明涉及一种燃烧剂和采用该燃烧剂的石油增产用超高温射流增效器及其制备方法，石油增产用超高温射流增效器是一种比较安全且环境友好的非火工品器材。结构简单，原材料来源丰富，生产制造过程安全，对环境无污染。燃烧剂、壳体、盖体均为含能材料，在射孔弹爆炸形成的高温高压环境下，会相互之间发生剧烈的化学反应，形成粗大的等离子金属流体，与射孔弹金属射流形成连续流体，产生无杵体大孔容孔道。本发明对油气井提质增效能发挥重要作用，为油气增产提供了新的手段。
本发明的技术方案是：一种燃烧剂，包括10％～40％的活性金属、45％～75％的金属氧化物、1％～10％的燃速调节化合物、1％～10％的产气化合物，余量为其他添加剂，其中百分比为质量百分比；
所述活性金属为镁粉、锆粉、锌粉、镍粉、铝镁合金粉、铝锌合金粉的一种或几种；
所述金属氧化物为三氧化二铁、四氧化三铁、氧化镍、氧化亚铜、二氧化锰的一种或几种；
所述燃速调节化合物为碳酸钙、四氧化三钴、碳粉的一种或几种；
所述产气化合物为端羟基聚丁二烯、聚四氟乙烯、氟橡胶的一种或几种。
本发明进一步的技术方案是：所述其他添加剂为硬脂酸盐。
本发明进一步的技术方案是：石油增产用超高温射流增效器，包括壳体、盖体和燃烧剂；所述壳体整体为中空回转体，两端开口，其中一端的内径大于另一端的内径；壳体外壁为二阶状，其中小径端与阶梯处之间为锥面平滑过渡；所述盖体为一环形板，通过壳体内壁台阶面和小径端内部凸起处进行限位，使得盖板、锥面平滑过渡处和小径端内部之间形成环形空腔室，用于填装燃烧剂；所述壳体大径端内壁上轴向开有若干排气槽；当射孔弹口部置于盖板上时，射孔弹外壁与排气槽之间存在间隙，用于工作时排出空气。
本发明进一步的技术方案是：所述若干排气槽沿壳体轴线周向均布。
本发明进一步的技术方案是：所述增效器能够匹配73mm～178mm各种型号射孔器，满足大部分高温油气井及超高温油气井的使用需求。
本发明进一步的技术方案是：一种石油增产用超高温射流增效器的方法，包括以下步骤：
步骤1：制备壳体和盖体，两者均采用铝粉、聚四氟乙烯和其它少量无机盐进行制备，其中铝粉含量为5％～30％，聚四氟乙烯含量为65％～90％，无机盐含量为1％～5％，通过机械球磨混合的方式进行混合，然后采用模压法压制烧结成型；
步骤2：将燃烧剂装填在壳体环形腔中，在80KN～200KN压力和3s～5s保压时间下，将盖体和燃烧剂压实到壳体内腔里，壳体内部直边底部设有台阶，压制时盖体贴合至壳体在台阶位置处，形成的环形空腔为燃烧剂的装药形状。
本发明进一步的技术方案是：燃烧剂的压装密度为2g/cm3～3g/cm3，质量为10g～30g。
本发明进一步的技术方案是：所述燃烧剂的耐温为250℃/170h。
发明效果
本发明的技术效果在于：与现有技术相比，本发明产生的技术效果具体如下：
(1)本发明不属于爆炸品范畴，相对于火药药盒更加安全，且不需要使用爆炸品工房生产、不受民用爆炸物品车运输、储存和使用管理条例管控，利于降低施工成本，提高油田经济效益。
(2)本发明在常温常压下，明火或静电火花下不易点燃，不用担心发生意外燃烧，现场使用更加安全。
(3)本发明在射孔弹爆炸环境下会发生急剧的化学反应，生成粗大的高速等离子金属流体附着在射孔弹金属射流后部分，形成连续性射流，在射孔弹侵彻储层形成射孔孔道后，进入到射孔道内对孔道周围的岩石进行热力切割，并利用孔道内外高温温度梯度，产生热应力，再进行热力破碎，经地面试验实测能够增加孔道容积30％以上，穿深提高10％以上。经过对射孔孔道热力切割和破碎，并在负压作用下，清除孔道内的岩屑及岩屑裹挟的金属杵体，能够解除射孔造成的孔道周围岩层的伤害，恢复射孔孔道的渗流能力。
(4)本发明耐温达到250℃/170h，在高温试验后，本发明外观无任何形变，且装配射孔弹打靶试验，性能指标也未发生变化。本发明能够匹配73mm～178mm各种型号射孔器，满足大部分高温油气井及超高温油气井的使用需求。
综上所述，本发明是在分析总结了国内外相关同类增产技术存在短板基础上，研制的一种新型非火工品、超高温射流增效器。在使用时，安装在射孔弹口部，当射孔弹爆炸时形成的高温高压区给其提供了产生化学反应的最佳环境，含能材料组成成分发生分子间反应，生成粗大的高速等离子金属流体附着在射孔弹金属射流后部分，形成连续性射流，在射孔弹侵彻储层形成射孔孔道后，进入到射孔道内对孔道周围的岩石进行热力切割，继续增大射孔孔道直径和深度。并在孔道岩石表面和内部形成高的温度梯度，产生热应力，将孔道周围岩石进一步进行破碎，对孔道进行扩容，最后利用井筒与孔道内的负压力差，将产生的岩屑和岩屑裹挟的金属杵体从孔道内压入到井筒中，形成清洁型孔道。
附图说明
图1为射流增效器示意图
图2为射流增效器与射孔弹装配示意图
附图标记说明：1-壳体；2-盖体；3-燃烧剂；4-射孔弹。
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2，一种石油增产用超高温射流增效器，包括壳体、盖体、燃烧剂。首先将一定质量的燃烧剂装填在壳体内腔中，然后盖上盖体，装入模具中，在一定压力和加压时间下，将壳体压入到壳体内腔里，燃烧剂的压装密度为2g/cm3～3g/cm3。射流增效器直径D为30mm～60mm，高度L为15mm～30mm，装入燃烧剂质量为10g～30g，耐温为250℃/170h。使用时将其安装在射孔弹的口部，能够匹配73mm～178mm各种型号射孔器，满足大部分高温油气井及超高温油气井的使用需求。
所述燃烧剂由活性金属、金属氧化物、燃速调节化合物、产气化合物及其它添加剂组成。其中活性金属主要为镁粉、锆粉、锌粉、镍粉、铝镁合金粉、铝锌合金粉等一种或几种组成，含量为15％～50％；金属氧化物主要为三氧化二铁、四氧化三铁、氧化镍、氧化亚铜、二氧化锰等一种或几种组成，含量为35％～85％；所述燃速调节化合物主要为碳酸钙、四氧化三钴、碳粉等一种或几种组成，含量为1％～10％；所述产气化合物主要为端羟基聚丁二烯、聚四氟乙烯、氟橡胶等一种或几种组成，含量为1％～10％；所述其它添加剂主要为硬脂酸盐，含量为1％～5％。
所述壳体和盖体选材为铝粉、聚四氟乙烯和其它少量无机盐，其中铝粉含量为5％～30％，聚四氟乙烯含量为70％～90％，无机盐含量为1％～5％，通过机械球磨混合的方式进行混合，然后采用模压法压制烧结成型。
本发明可以匹配深穿透、超深穿透、大孔径、等孔径和自清洁等各种类型射孔弹。壳体外径为55mm，高度为25mm，壁厚为1.5mm；盖体外径为52mm，壁厚为1mm。壳体和盖体为15％铝粉、80％聚四氟乙烯和5％其它添加剂模压烧结成型。
燃烧剂配方组成如下表所示。表中仅为可能实施方案，但不局限于此，本发明的技术方案所包含的配方组成和等效变换，均属于本发明的保护范围。
表1超高温射流增效器燃烧剂配方组成表
燃烧剂配制工艺是：首先将称量好的金属粉与聚四氟乙烯(配方1)或氟橡胶(配方2)使用手工混合10min，然后将混合好的金属粉混合物再与其余称量好的成分一起放入双动三维混合机中进行混合20min～30min，最后将混好的物料使用40目～50目的筛子进行过筛，得到筛下物进行使用。
压制时，首先使用阻尼台架天平称取15g～20g的燃烧剂粉体，然后将壳体放入模套中，使用漏斗将称量好的燃烧剂粉体装入模套中，并放上盖体，启动压机，冲子下行缓慢进入模套中，推动盖体在80KN～200KN的压力下将燃烧剂粉体压实在壳体内腔中，保压时间3s～5s。压制完成后，退模取出产品，压装密度为2g/cm3～3g/cm3。
现场使用时，将射流增效器安装在射孔弹口部，然后放入射孔枪弹架管内固定，装配完成后，放入到射孔枪内，下入油气井中进行使用。具体装配方法与复合射孔器装枪相同。
Claims (6)
1.一种石油增产用超高温射流增效器，其特征在于，包括壳体(1)、盖体(2)和燃烧剂(3)；
所述壳体(1)整体为中空回转体，两端开口，其中一端的内径大于另一端的内径；壳体外壁为二阶状，其中小径端与阶梯处之间为锥面平滑过渡；
所述盖体(2)为一环形板，通过壳体内壁台阶面和小径端内部凸起处进行限位，使得盖体(2)、锥面平滑过渡处和小径端内部之间形成环形空腔室，用于填装燃烧剂(3)；
所述壳体(1)大径端内壁上轴向开有若干排气槽；当射孔弹口部置于盖体(2)上时，射孔弹外壁与排气槽之间存在间隙，用于工作时排出空气。
2.如权利要求1所述的一种石油增产用超高温射流增效器，其特征在于，所述若干排气槽沿壳体(1)轴线周向均布。
3.如权利要求1所述的一种石油增产用超高温射流增效器，其特征在于，所述增效器能够匹配73mm～178mm各种型号射孔器，满足大部分高温油气井及超高温油气井的使用需求。
4.制备如权利要求1所述的一种石油增产用超高温射流增效器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备壳体(1)和盖体(2)，两者均采用铝粉、聚四氟乙烯和其它少量无机盐进行制备，其中铝粉含量为5％～30％，聚四氟乙烯含量为65％～90％，无机盐含量为1％～5％，通过机械球磨混合的方式进行混合，然后采用模压法压制烧结成型；
步骤2：将燃烧剂(3)装填在壳体(1)环形腔中，在80KN～200KN压力和3s～5s保压时间下，将盖体(2)和燃烧剂(3)压实到壳体(1)内腔里，壳体(1)内部直边底部设有台阶，压制时盖体(2)贴合至壳体(1)在台阶位置处，形成的环形空腔为燃烧剂(3)的装药形状。
5.如权利要求4所述的一种石油增产用超高温射流增效器的制备方法，其特征在于，燃烧剂(3)的压装密度为2g/cm3～3g/cm3，质量为10g～30g。
6.如权利要求4所述的一种石油增产用超高温射流增效器的制备方法，其特征在于，所述燃烧剂(3)的耐温为250℃/170h。
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