CN114160794B - 一种增能活性材料外壳、制备方法及与其配合的外套式增效射孔弹 - Google Patents
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Abstract
本发明提出增能活性材料外壳、制备方法及与其配合的外套式增效射孔弹，用于常规射孔弹射孔后碎屑多、无增效的技术难题；本发明主要包括活性材料外壳、射孔弹壳、高能炸药及药型罩。增能活性材料外壳由尼龙、铝镁合金粉、铝粉、氧化铜等材料组成，制备的增能活性材料外壳套在射孔弹壳外层；所述射孔弹壳为金属壳体，高能炸药位于药型罩和射孔弹壳之间；所述药型罩为粉末药型罩；本发明在射孔弹起爆后形成高温高压环境，随后增能活性材料外壳发生化学反应，放出大量气体和热量，在孔眼周边造出微裂缝，扩大油层泄油通道，同时其反应后可明显减少壳体爆炸后的碎屑量；它的应用有利于降低施工卡枪风险，减少井下污染，最终达到提高油气采收率的目的。
Description
技术领域
本发明属于油射孔领域，特别涉及一种增能活性材料外壳、制备方法及与其配合的外套式增效射孔弹。
背景技术
油气井射孔完井及油田复合射孔增产增注技术是石油开采过程中的不可或缺的重要内容之一。目前，在油气井开采射孔作业过程中，所使用的常规射孔弹只能起到沟通油气层与井筒的作用，且常规射孔弹易对储层造成污染，其产生的孔道压实作用不利于储层流体的流动。而采用复合射孔工艺，前置药盒对射流的拉长延伸有干扰作用，导致穿深性能受到影响；同时射孔弹起爆后金属壳体产生大量的碎屑，这些壳体碎屑漏出枪体外易造成井筒污染，这些碎屑不仅对增产无任何有利帮助，严重时反而将出现卡枪事故。
因此，为了兼顾增效药盒对射孔孔道扩孔、增加裂缝的优点，同时避免增效药盒干扰射流形态，以及使壳体碎屑不容易漏出枪体，将含能材料与聚四氟乙烯混合制成外壳包裹射孔弹弹壳，使之兼顾增效药盒优点的同时，能利用聚四氟乙烯受热融化后形成粘性流体使弹壳碎片互相粘结从而留在枪体内部。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为了解决现有常规射孔弹普遍存在的射孔近井孔道窄、孔道压实带和射孔弹能效利用率不高等问题等，本发明提供一种增能活性材料外壳、制备方法及与其配合的外套式增效射孔弹。与现行国内射孔弹生产工艺相比较，未引入新的安全风险，装配方便快捷，高效可靠。
本发明的技术方案是：一种增能活性材料外壳，所述外壳采用以下材料制成：
以尼龙为基料，铝粉含量30％～45％，铝镁合金粉含量5％～15％，氧化铜含量10％～20％，四氧化三铁含量5％～15％，聚四氟乙烯含量2％～5％。
本发明进一步的技术方案是：所述外壳厚度约为3.0mm～5.0mm。
本发明进一步的技术方案是：一种增能活性材料外壳的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和助剂聚四氟乙烯按照质量比装入三维运动混合机内进行预先混合，得到增效材料粉体；
步骤2：混合后将尼龙基料加热至融化为尼龙熔融态基料；
步骤3：将步骤1中的增效材料粉体和尼龙熔融态基料混合，搅拌后进行注塑成型，制成增能活性材料外壳。
本发明进一步的技术方案是：所述步骤2中的混合时间为60min～90min。
本发明进一步的技术方案是：所述步骤2中的加热融化时间为185℃～215℃。
本发明进一步的技术方案是：所述步骤3中的搅拌时间为30min～45min。
本发明进一步的技术方案是：一种外套式增效射孔弹，包括增能活性材料外壳、射孔弹壳、高能炸药和药型罩，其中增能活性材料外壳、射孔弹壳和药型罩同轴放置，高能炸药位于药型罩和射孔弹壳之间；射孔弹壳和增能活性材料外壳相互紧密贴合套设。
本发明进一步的技术方案是：所述增能活性材料外壳体积占射孔弹总体积的10％～20％。
本发明进一步的技术方案是：所述药型罩外表面为圆锥形，内表面上半部分为圆锥形、下半部分为内曲线；射孔弹壳内腔上部分为球形内腔，中部分为圆台形，下部分为圆柱形；射孔弹壳外表面上半部分为圆台形，下半部分为圆柱形；增能活性材料外壳内表面与射孔弹壳外表面形状一致，活性材料壳体外表面上半部分为圆台形，下半部分为圆柱形。
本发明进一步的技术方案是：所述高能炸药为R852炸药。
发明效果
本发明的技术效果在于：采用本发明所述的增能活性材料外壳和射孔弹壳配合的壳体结构，使原为钢材料的壳体部分换为含有活性材料，射孔弹作用后高温条件下尼龙基料熔化，将壳体碎屑和弹架碎屑粘结在一起，降低了射孔弹壳破碎后的碎屑率；同时由于尼龙基料内含有增能活性材料，活性材料铝粉、铝镁合金粉、氧化铜和四氧化三铁受高能炸药爆轰后产生的高温高压产生化学反应，由于活性材料反应速率滞后于射流速度，不影响射流的正常拉伸，射流开孔后，增效材料反应后放出的大量气体进入射流孔道，高温高压气体既可消除射孔压实带，又对孔道有压裂造缝的作用。
经实际生产试验中证明，外套式增效射孔弹在射孔时产生的碎屑仅为原射孔弹壳的85％～95％，同时外套式增效射孔弹外壳含亚稳态活性材料，其在660℃以上发生反应，并能瞬间放出大量气体，在孔眼周边造出微裂缝，扩大油层泄油通道，且能够有效解除射孔孔道压实带，清除射孔孔道污染，在一定程度上提高油气采收率，成为油气增产的措施之一。
采用本发明制造的102型射孔弹，进行单发射孔弹碎屑收集试验对比，外套式含有活性材料的射孔弹碎屑率较金属钢壳的射孔弹碎屑率降低15％；进行单发射孔弹地面模拟装枪穿钢靶试验，外套式含有活性材料的射孔弹的穿深为210mm，较原金属壳体的射孔弹穿深无降低；装入102型射孔枪(孔密：16孔/m，相位90°)，布枪时居中放入7″套管内，侵彻API标准混凝土靶，经检测，平均穿孔深度达到800mm以上，套管上平均孔径大小为12.0mm以上，外套式含有活性材料的射孔弹在混凝土靶上的孔道更干净，造缝及解堵能力较常规射孔弹有明显增强。
附图说明
图1为本发明的外套式增效射孔弹的结构示意图。
图2为本发明的使用效果图
图3为常规射孔弹与带增能活性材料外壳的增效射孔弹效果对比图
附图标记说明：1—增能活性材料外壳，2—射孔弹壳，3—高能炸药，4—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。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
参见图1-图3，一种外套式增效射孔弹，主要包括：增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4。其特征在于：a.所述增能活性材料外壳1包覆射孔弹壳2；b.所述增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4相互紧密贴合套设，且四者同轴。
增能活性材料外壳1由尼龙、铝镁合金粉、铝粉、聚四氟乙烯、氧化铜和四氧化三铁等材料组成，其中聚四氟乙烯为助剂。
增能活性材料外壳1厚度约为3.0mm～5.0mm。
增能活性材料外壳中以尼龙为基料，铝粉含量30％～45％，铝镁合金粉含量5％～15％，氧化铜含量10％～20％，四氧化三铁含量5％～15％，聚四氟乙烯含量2％～5％。
将铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和助剂聚四氟乙烯按照一定质量配比装入三维运动混合机内进行预先混合，混合时间60min～90min；然后将尼龙基料加热到185℃～215℃，尼龙融化后将混合后得增效材料粉体倒入尼龙熔融态基料中，搅拌30min～45min后进行注塑成型，制成增能活性材料外壳。
所述的外套式增效射孔弹的增能活性材料外壳1由铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和聚四氟乙烯按一定比例组成，其中增能活性材料外壳以尼龙为基料，铝粉含量30％～45％，铝镁合金粉含量5％～15％，氧化铜含量10％～20％，四氧化三铁含量5％～15％，聚四氟乙烯含量2％～5％。
所述的外套式增效射孔弹的增能活性材料外壳1体积占射孔弹总体积的10％～20％。
所述的外套式增效射孔弹外壳1厚度约为3.0mm～5.0mm。
所述的外套式增效射孔弹药型罩4外表面为圆锥形，内表面上半部分为圆锥形、下半部分为内曲线；射孔弹壳2内腔上部分为球形内腔，中部分为圆台形，下部分为圆柱形；射孔弹壳2外表面上半部分为圆台形，下半部分为圆柱形；增能活性材料外壳1内表面与射孔弹壳外表面形状一致，活性材料壳体外表面上半部分为圆台形，下半部分为圆柱形。
外套式增效射孔弹制备时：步骤一，通过热注塑的方式将含有铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和聚四氟乙烯的增能外壳1进行制备；步骤二，将增能活性材料外壳1与钢制射孔弹壳2进行贴紧套设，确保两者同轴；步骤三，将金属粉末成型的药型罩4通过旋压方式压制成型，经检验合格后送到射孔弹压装工序；步骤四，将已称量准确的高能炸药3倒入含有增能活性材料外壳1的射孔弹壳2内，使用压弹设备将药型罩4压入射孔弹壳2内，完成外套式增能射孔弹的制造。
参见示意图，本发明所述增能活性材料外壳为配方中以惰性材料尼龙为基料，添加活性材料，包括铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和助剂聚四氟乙烯，聚四氟乙烯作为润滑剂。
请参照示意图，本发明实施例中，增能活性材料外壳的制备方法为：将铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和聚四氟乙烯按照质量百分比进行配制，将上述粉体装入三维运动混合机内混合时间60min～90min形成混合粉1，然后将尼龙基料加热到185℃～215℃，尼龙融化后将混合粉1倒入尼龙液态基料中，搅拌30min～45min后进行注塑成型，冷却退模后制成增能活性材料外壳。
本实施例1中，增能活性材料外壳中包含铝粉含量45％，铝镁合金粉含量12％，氧化铜粉含量25％，四氧化三铁含量15％，聚四氟乙烯含量3％。按照上述配方称取对应质量得铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和聚四氟乙烯装入三维运动混合机，混合70min后，使上述粉体充分混合，形成混合粉1；然后用高温将尼龙融化，放入充分混合后混合粉1，利用搅拌机搅拌40min后注入38g±1g增能活性材料外壳模具内,固化后形成增能活性材料外壳，形成壁厚3.4mm的增能活性材料外壳。
采用该增能活性材料外壳的射孔弹，从外到内包括增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4，要求增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4的中心线在同一直线上。增能活性材料外壳、射孔弹壳、高能炸药和药型罩相互紧密贴合套设。
进一步的所述药型罩4外表面为圆锥形，内表面上半部分为圆锥形、下半部分为内曲线；所述射孔弹壳2内腔上部分为球形内腔，中部分为圆台形，下部分为圆柱形；所述射孔弹壳2外表面上半部分为圆台形，下半部分为圆柱形。
所述高能炸药以黑索今为主体的混合炸药，现常用R852炸药。本实施例中，高能炸药装药量为31g。
采用本发明制造的102型射孔弹，进行单发射孔弹碎屑收集试验对比，外套式含有活性材料的射孔弹碎屑率较金属钢壳的射孔弹碎屑率降低15％；进行单发射孔弹地面模拟装枪穿钢靶试验，外套式含有增能活性材料的射孔弹的穿深为210mm，较原金属壳体的射孔弹穿深无降低；装入102型射孔枪(孔密：16孔/m，相位90°)，布枪时居中放入7″套管内，侵彻API标准混凝土靶，经检测，平均穿孔深度达到800mm以上，套管上平均孔径大小为12.0mm以上，外套式含有活性材料的射孔弹在混凝土靶上的孔道更干净，造缝及解堵能力较常规射孔弹有明显增强。
本实施例2中，增能活性材料外壳中包含铝粉含量38％，铝镁合金粉含量10％，氧化铜粉含量30％，四氧化三铁含量20％，聚四氟乙烯含量2％。按照上述配方称取对应质量得铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和聚四氟乙烯装入三维运动混合机，混合70min后，使上述粉体充分混合，形成混合粉1；然后用高温将尼龙融化，放入充分混合后混合粉1，利用搅拌机搅拌40min后注入45g±1g增能活性材料外壳模具内,固化后形成增能活性材料外壳，形成壁厚4.0mm的增能活性材料外壳。
采用该增能活性材料外壳的射孔弹，从外到内包括增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4，要求增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4的中心线在同一直线上。增能活性材料外壳、射孔弹壳、高能炸药和药型罩相互紧密贴合套设。
所述高能炸药维现有高能炸药是以黑索今为主体的混合炸药，现常用R852炸药。本实施例中，高能炸药装药量为38g。
本实施例3中，增能活性材料外壳中包含铝粉含量40％，铝镁合金粉含量15％，氧化铜粉含量28％，四氧化三铁含量15％，聚四氟乙烯含量2％。按照上述配方称取对应质量得铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和聚四氟乙烯装入三维运动混合机，混合70min后，使上述粉体充分混合，形成混合粉1；然后用高温将尼龙融化，放入充分混合后混合粉1，利用搅拌机搅拌40min后注入49g±1g增能活性材料外壳模具内,固化后形成增能活性材料外壳，形成壁厚4.5mm的增能活性材料外壳。
采用该增能活性材料外壳的射孔弹，从外到内包括增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4，要求增能活性材料外壳1、射孔弹壳2、高能炸药3和药型罩4的中心线在同一直线上。增能活性材料外壳、射孔弹壳、高能炸药和药型罩相互紧密贴合套设。
所述高能炸药维现有高能炸药是以黑索今为主体的混合炸药，现常用R852炸药。本实施例中，高能炸药装药量为45g。
本领域的技术人员根据所掌握的技术知识和制造手段，根据以上所述内容均可以做出不脱离本发明技术方案的多种形式，这些形式上的变换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种增能活性材料外壳，其特征在于，所述外壳采用以下材料制成：
以尼龙为基料，铝粉含量45%，铝镁合金粉含量15%，氧化铜含量20%，四氧化三铁含量15%，聚四氟乙烯含量5%；
该外壳的制备方法为：
步骤1：将铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和助剂聚四氟乙烯按照质量比装入三维运动混合机内进行预先混合，得到增效材料粉体；
步骤2：混合后将尼龙基料加热至融化为尼龙熔融态基料；
步骤3：将步骤1中的增效材料粉体和尼龙熔融态基料混合，搅拌后进行注塑成型，制成增能活性材料外壳。
2.如权利要求1所述的增能活性材料外壳，其特征在于，所述外壳厚度为3.0mm～5.0mm。
3.一种如权利要求1所述增能活性材料外壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将铝粉、铝镁合金粉、氧化铜、四氧化三铁和助剂聚四氟乙烯按照质量比装入三维运动混合机内进行预先混合，得到增效材料粉体；
步骤2：混合后将尼龙基料加热至融化为尼龙熔融态基料；
步骤3：将步骤1中的增效材料粉体和尼龙熔融态基料混合，搅拌后进行注塑成型，制成增能活性材料外壳。
4.如权利要求3所述增能活性材料外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的混合时间为60min～90min。
5.如权利要求3所述增能活性材料外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的加热融化时间为185℃～215℃。
6.如权利要求3所述增能活性材料外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的搅拌时间为30min～45min。
7.一种与权利要求1所述增能活性材料外壳配合的外套式增效射孔弹，其特征在于，包括增能活性材料外壳（1）、射孔弹壳（2）、高能炸药（3）和药型罩（4），其中增能活性材料外壳（1）、射孔弹壳（2）和药型罩（4）同轴放置，高能炸药（3）位于药型罩（4）和射孔弹壳（2）之间；射孔弹壳（2）和增能活性材料外壳（1）相互紧密贴合套设。
8.如权利要求7所述的外套式增效射孔弹，其特征在于，所述增能活性材料外壳（1）体积占射孔弹总体积的10%～20%。
9.如权利要求7所述的外套式增效射孔弹，其特征在于，所述药型罩（4）外表面为圆锥形，内表面上半部分为圆锥形，内表面下半部分为内曲线；射孔弹壳（2）内腔上部分为球形内腔，射孔弹壳（2）内腔中部分为圆台形，射孔弹壳（2）内腔下部分为圆柱形；射孔弹壳（2）外表面上半部分为圆台形，射孔弹壳（2）外表面下半部分为圆柱形；增能活性材料外壳（1）内表面与射孔弹壳外表面形状一致。
10.如权利要求7所述的外套式增效射孔弹，其特征在于，所述高能炸药（3）为R852炸药。
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