CN115704290A - 深穿透射孔弹 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种射孔弹，包括内置有第一炸药的药筒，以及连接在所述药筒上的弹头。弹头包括弹头壳体、填装在弹头壳体内的第二炸药，以及延时引爆单元。第一炸药设置成在爆炸后能使弹头脱离药筒而进入地层。延时引爆单元设置成能够在弹头进入地层后引爆第二炸药，从而产生金属射流以实现进一步的射孔。根据本发明，通过在射孔时提供两级爆炸，能够起到深穿透地层的作用。

Description

深穿透射孔弹

技术领域

本发明涉及石油工程完井技术领域，具体涉及一种深穿透射孔弹，其主要用于页岩油气、致密砂岩油气、煤层气等非常规油气储层的射孔完井工艺。

背景技术

在钻井和固井完成之后，需要进行油井射孔以打开地层与井筒之间的通道，使得流体能够流入井筒。在射孔完井作业中，射孔弹的穿深是影响油气井产能的主要射孔参数之一。

通常来说，射孔弹利用炸药的聚能效应原理来工作。当炸药引爆后，在爆轰波的作用下，金属药型罩变形、压垮并向轴线汇聚，形成高温高压的金属射流，从而能够对目的物进行侵彻。通过这种方式，可以在射孔抢、套管、水泥固结层和岩层中形成孔道，实现井筒与岩层的连通。

为了沟通相邻储层，一般希望射孔时裂缝延伸地越远越好。因此，需要减少射孔时的不必要的能量损耗。

然而，在这一过程中，单纯的射孔射流能量中的一部分用于射开套管并使地层起裂，另一部分用于金属射流在地层中克服破岩延伸阻力。这导致了现有的射孔弹的穿深性能无法令人满意。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种具有深穿透能力的射孔弹。该射孔弹能够实现两次爆轰射孔，其中第一次射开套管并使地层起裂，而第二次实现地层的深度侵彻。

根据本发明，提出了一种射孔弹。所述射孔弹包括：药筒，其中内置有第一炸药；以及连接在所述药筒上的弹头，包括弹头壳体、填装在所述弹头壳体内的第二炸药，以及延时引爆单元。其中，所述第一炸药设置成在爆炸后能使所述弹头脱离所述药筒而进入地层，所述延时引爆单元设置成能够在所述弹头进入地层后引爆所述第二炸药，从而产生金属射流以实现进一步的射孔。

在一个实施例中，所述延时引爆单元包括设置在所述弹头壳体的前端处的推进块、与所述推进块相连的撞针，以及与所述撞针相连的起爆药。

在一个实施例中，所述推进块密封式嵌入在所述弹头壳体中，并能够在外部压力的作用下挤压所述撞针。

在一个实施例中，所述起爆药封装于埋设在所述第二炸药内的绝缘壳体中，并且通过改变所述撞针的长度来调节所述起爆药的起爆时间。

在一个实施例中，所述弹头壳体由可溶材料制成。

在一个实施例中，在所述弹头壳体的外表面上设置有若干相互间隔开地延伸的切削棱，各所述切削棱相对于所述弹头的纵向轴线呈螺旋型分布或直线型分布。

在一个实施例中，各所述切削棱均具有三角形的截面，其宽度沿径向向外的方向逐渐减小。

在一个实施例中，所述切削棱由可溶材料制成。

在一个实施例中，在所述弹头壳体设有圆台部和药型罩，其中，所述圆台部位于所述弹头壳体的下部并与之形成一体，所述第二炸药填装在由所述圆台部和所述药型罩共同围成的空间内。

在一个实施例中，所述药筒包括空心圆柱体形式的药筒壳体，其中填充有所述第一炸药，在所述药筒壳体的底部设有火帽。

附图说明

下面将结合附图来对本发明进行详细地描述，在图中：

图1示意性显示了根据本发明的一个实施例的射孔弹的结构；

图2示意性显示了图1所示的射孔弹的外形。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。为方便理解，在本说明书中，方向性用语“纵向”或“轴向”指的是沿射孔弹的长度方向，即图1和2中的垂直方向，用语“横向”或“径向”指的是垂直于“纵向”或“轴向”的方向，即图1和2中的水平方向，用语或“上方”或类似用语、“下方”或类似用语等待均以图1和2中的方位为基准。

本申请的申请人通过研究发现，在射孔时通过提供两级爆炸，能够起到深穿透地层的作用。具体地说，根据本发明提供了一种深穿透射孔弹，其中第一级点火爆轰后，射孔弹头可射穿套管并使地层起裂。在射孔弹头侵彻入地层中一定距离以后，射孔弹头的内置药剂在压力作用下产生第二次爆轰，继续在地层内形成一个更大的穿孔深度。由此，实现了更强的穿透能力。

图1和2分别显示了根据本发明的一个实施例的射孔弹100的结构和外形的示意图。如图所示，根据本发明的射孔弹100主要包括弹头10和药筒50这两个部分。其中，弹头10和药筒50通过相互配合的卡合部而连接在一起。这种卡合部是本领域的技术人员所熟知的，在此略去详细的相关说明。

如图1所示，弹头10构成了整个射孔弹100的前部(即图1中的上部)，并包括弹头壳体20。弹头壳体20例如可由钢制可溶材料制成，并通过卡合部安装在药筒50上。弹头壳体20具有中空的内腔，其中设置有圆台部28和药型罩30。

圆台部28位于弹头壳体20的下部，并且例如通过焊接而与弹头壳体20形成一体。在一个实施例中，圆台腔4由钢制成。在另一个实施例中，圆台腔4由陶瓷材料制成。

药型罩30形成为圆锥形，例如可由含铜的冶金材料制成。根据本发明的一个实施例，药型罩30为金属粉末药型罩，其中，金属粉末为高密度颗粒粉末或低密度颗粒粉末。根据本发明的一个实施例中，高密度颗粒可以为钨、钽或钼，而低密度颗粒可以为铜、铅、锡、锌或铝。

在由药型罩30和圆台部28共同所围成的腔室内装有聚能炸药25。聚能炸药由爆轰材料制成，包括RDX(黑索金)、HMX(奥克托金)、HNS(六硝基砥)、PYX(皮威克斯)中的一种或几种。当起爆药7(在下文中介绍)被撞击而引燃后，聚能炸药25将随之引爆。聚能炸药的材料和性能是本领域的技术人员所熟知的，在此略去详细的相关说明。

药筒50包括构造为空心圆柱体形式的药筒壳体70，里面填装有火药60。火药60例如可采用无烟火药，由硝化棉混合50％硝化甘油而成。在药筒50的下端设有火帽75，其由传火孔、发火砧及击发剂组成。在击发时，击发剂受击针与发火砧的冲击而发火，火焰通过传火孔点燃火药60。药筒也是本领域的技术人员所熟知的，在此略去详细的相关说明。

在射孔作业时，由击针激发火帽75，产生底火。底火迅速燃烧引燃药筒50内的火药60。因此，火药60产生瞬燃(即一次爆轰)，同时产生高温和高压，破坏卡合部而将弹头10从药筒50中挤出。此时，弹头10在火药60所产生的高压推动力的作用下向前移动，同时产生旋转，从而在与套管(未示出)接触后射穿套管水泥环，并使地层产生裂缝(即一次射孔)。这一过程是本领域的技术人员所熟知的。

根据本发明，弹头10还包括延时引爆单元。该延时引爆单元包括设置在弹头壳体20的尖端处的推进块38。推进块38构造成与弹头壳体20密封式连接。在一个实施例中，弹头壳体20的尖端设有贯通端口，推进块38密封式地嵌入到该贯通端口中。推进块38的外表面暴露于弹头10之外。这样，推进块38将承受到外部的压力，并能在外部压力的作用下压入弹头壳体20内。

如图1所示，在推进块38的内表面上连接有撞针32，在撞针32的下端连接有起爆药35。根据本发明的一个实施例，起爆药35封装于一个独立的绝缘壳体中，该绝缘壳体埋设在聚能炸药20内。在一个实施例中，起爆药35由冲击敏感性雷汞等材料制成。

这样，当弹头10在射穿套管水泥环之后在地层内继续向前运动时，位于弹头10的前端处的推进块38将不断地受到地层的压力作用，从而挤压设置在弹头壳体20内的连接在推进块38的内表面上的撞针32。在这种情况下，撞针32会撞击起爆药35，从而引燃起爆药35，进而引燃弹头壳体20内的聚能炸药25(即二次爆轰)。聚能炸药25瞬时产生高温高压金属射流，其在地层内进一步射孔(即二次射孔)，使得裂缝得以延伸。

因此，根据本发明，延时引爆单元可以在弹头10射穿套管水泥环之后在地层中继续运动时引爆聚能炸药20，产生高温高压金属射流。通过这种方式，能够在前次形成的弹头孔道内进一步延伸孔眼。这就充分地提高了炸药利用率，最终达到深穿透的效果。

容易理解，通过适当地选择撞针32的长度，可以调节起爆药35的起爆时间，最终调节弹头10的二次爆轰的时间。

如图2所示，根据本发明的一个优选的实施例，在弹头壳体20的外表面上设置有若干切削棱40。这些切削棱40相互间隔开地延伸，并且相对于弹头10的纵向轴线呈螺旋型分布或直线型分布。从圆周方向看，相邻两个切削棱40之间形成45度或60度角。另外，各切削棱40均具有三角形的截面，即在径向向外的方向上，切削棱40的宽度逐渐减小。在一个具体的实施例中，切削棱40的底部宽度为5mm，尖端宽度为1mm，整个高度为2-3mm。

通过设置切削棱40，一方面在一次射孔时可使弹头壳体20更加容易地穿透套管和地层，形成初始孔眼。另一方面，在二次射孔产生金属射流的过程中，切削棱40能够切入到地层岩石中，从而平衡二次射孔时产生的后推力，由此确保平稳射孔。

根据本发明，弹头壳体20和切削棱40均由钢制的可溶材料制成。因此，在射孔作业结束之后，弹头壳体20和切削棱40均可在地层流体的作用下不断溶解，从而恢复裂缝孔道畅通。

因此，本发明提供了一种深穿透射孔弹，其中通过引燃下部药筒内的火药形成一次爆轰，产生推进力，从而将上部弹头推射出去。上部弹头可射穿套管、水泥环并使地层起裂，形成一次射孔。在射孔弹头侵彻入地层之后，弹头内的聚能炸药在撞针作用下爆炸，形成二次爆轰。二次爆轰产生的金属射流在前次形成的弹头孔道内进一步延伸孔眼，形成二次射孔。因此，根据本发明的深穿透射孔弹能够实现优良的深穿透效果。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员在本发明的公开范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.射孔弹(100)，包括：

药筒(50)，其中内置有第一炸药(60)；和

连接在所述药筒(50)上的弹头(10)，包括弹头壳体(20)、填装在所述弹头壳体(20)内的第二炸药(30)，以及延时引爆单元，

其中，所述第一炸药设置成在爆炸后能使所述弹头(10)脱离所述药筒(50)而进入地层，所述延时引爆单元设置成能够在所述弹头(10)进入地层后引爆所述第二炸药(30)，从而产生金属射流以实现进一步的射孔。

2.根据权利要求1所述的射孔弹，其特征在于，所述延时引爆单元包括设置在所述弹头壳体(20)的前端处的推进块(38)、与所述推进块(38)相连的撞针(32)，以及与所述撞针(32)相连的起爆药(35)。

3.根据权利要求2所述的射孔弹，其特征在于，所述推进块(38)密封式嵌入在所述弹头壳体(20)中，并能够在外部压力的作用下挤压所述撞针(32)。

4.根据权利要求3所述的射孔弹，其特征在于，所述起爆药(35)封装于埋设在所述第二炸药(30)内的绝缘壳体中，并且通过改变所述撞针(32)的长度来调节所述起爆药(35)的起爆时间。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的射孔弹，其特征在于，所述弹头壳体(20)由可溶材料制成。

6.根据权利要求2到4中任一项所述的射孔弹，其特征在于，在所述弹头壳体(20)的外表面上设置有若干相互间隔开地延伸的切削棱(40)，各所述切削棱(40)相对于所述弹头(10)的纵向轴线呈螺旋型分布或直线型分布。

7.根据权利要求6所述的射孔弹，其特征在于，各所述切削棱(40)均具有三角形的截面，其宽度沿径向向外的方向逐渐减小。

8.根据权利要求7所述的射孔弹，其特征在于，所述切削棱(40)由可溶材料制成。

9.根据权利要求1到4中任一项所述的射孔弹，其特征在于，在所述弹头壳体(20)设有圆台部(28)和药型罩(30)，其中，所述圆台部(28)位于所述弹头壳体(20)的下部并与之形成一体，所述第二炸药(30)填装在由所述圆台部(28)和所述药型罩(30)共同围成的空间内。

10.根据权利要求1到4中任一项所述的射孔弹，其特征在于，所述药筒(50)包括空心圆柱体形式的药筒壳体(70)，其中填充有所述第一炸药(60)，在所述药筒壳体(70)的底部设有火帽(75)。

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