CN117005842A - 电缆防烧防窜高能气体压裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田生产设备技术领域，具体涉及一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置，包括电缆防烧蚀装置、筛管式高能气体压裂枪和电缆防窜装置；电缆防烧蚀装置由上接头、第一防烧加长杆、防烧加长杆接头、第二防烧加长杆和下接头组成；筛管式高能气体压裂枪包由筛管枪头、筛管枪、点火头和药柱组成；电缆防窜装置由限位销钉、导键、防窜锚定锥体、防窜动锚定锚牙、锚牙复位弹簧和液压解锚装置组成；液压解锚装置由缸体、上活塞、下活塞、销钉、防窜锚尾和下活塞尾堵组成，上活塞安装在缸体内，下活塞安装在防窜锚尾上；电缆防烧蚀装置通过连接套与筛管式高能气体压裂枪连接。能有效阻止电缆随井液裹带着快速上窜，保护电缆不被烧蚀损伤。

Description

电缆防烧防窜高能气体压裂装置

技术领域

本发明属于油田生产设备技术领域，具体涉及一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置。

背景技术

油气井进行高能气体压裂施工作业的特点是设备少，施工安全、简便，与酸化及水力压裂措施相比，高能气体压裂措施不需大型设备、大量的容器及配制大量的液体，现场组装及施工工序简单，无需往返地搬迁设备；压裂药在常温下性能稳定，大部分器材在井下，因而安全可靠。进行高能气体压裂时，由于使用电缆投送火药或火箭固体推进剂药柱的施工工艺更加简便易行，所以，大多数时都是采用电缆投送固体推进剂药柱至井下的工艺进行压裂施工。施工过程中，固体推进剂药柱通过电雷管点火后，雷管击发点火药引燃火药或火箭固体推进剂药柱，药柱在爆燃的过程中产生大量高温高压的高能气体，瞬间产生的大量高温高压气体会通过射孔孔道作用于产层的岩隙和裂缝间。在产层上压出辐射状多裂缝体系，对已闭合的岩隙和裂缝重新进行扩涨和延深，改善近井地带的渗透性能，改善储层中油气的流动效率。同时，燃烧产生的高温高压气体，可以熔化在井筒附近沉淀的沥青及石蜡、降低原油的粘度，还可以在井筒中产生水力振荡作用延伸裂缝和清理油层堵塞，进一步降低近井带的渗流阻力而恢复和提高产能，提高注水井注入量。虽然电缆投送工艺简便易施工，但由于电缆的柔性特点，会被快速膨胀的高压气体及上窜的井液裹带着快速上窜。原因是火药或火箭固体推进剂药柱产生的压力能量，远大于药柱上端的井液液柱的势能。上端的液柱在高能气体的推动下，窜出井口，电缆也会随着井液的快速上窜一起窜出井口。窜出井口的电缆会脱出滑轮造成井口安全隐患，同时还会在窜起回落的过程中打卷打折造成损伤。另外，火药或火箭固体推进剂药柱在燃烧过程中，产生的高温还会烧蚀靠近药柱的电缆，同样会使电缆钢丝改性降低性能，电缆内芯导线的绝缘层被损坏使被烧蚀过的电缆报废。如申请号为CN201110226750.7公开的电缆传输高能气体压裂工艺，该压裂装置的电缆极易窜动及烧毁。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置。该装置在施工过程中能够保护电缆不会损伤报废，装置中增加了电缆的稳固和保护装置。能有效阻止电缆随井液裹带着快速上窜，同时，电缆还应该避开火药或火箭固体推进剂药柱燃烧的高温区域，保护电缆不被烧蚀损伤。

本发明采用的技术方案为：一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置，包括电缆防烧蚀装置、筛管式高能气体压裂枪和电缆防窜装置；所述电缆防烧蚀装置由上接头、第一防烧加长杆、防烧加长杆接头、第二防烧加长杆和下接头组成，上接头通过螺纹连接套与第一防烧加长杆连接，第一防烧加长杆通过连接管和连接套与第二防烧加长杆连接，防烧加长杆接头设置于第二防烧加长杆的端部，第二防烧加长杆通过连接套与下接头连接；所述筛管式高能气体压裂枪包由筛管枪头、筛管枪、点火头和药柱组成，筛管枪头与筛管枪螺纹连接，点火头和药柱位于筛管枪内；所述电缆防窜装置由限位销钉、导键、防窜锚定锥体、防窜动锚定锚牙、锚牙复位弹簧和液压解锚装置组成，液压解锚装置与筛管枪螺纹连接，防窜锚定锥体安装于筛管枪内，远离液压解锚装置的防窜锚定锥体的端部的筛管枪上设置有限位销钉，该端的防窜锚定锥体外部设有导键，所述防窜动锚定锚牙和锚牙复位弹簧设置在防窜锚定锥体外部；所述液压解锚装置由缸体、上活塞、下活塞、销钉、防窜锚尾和下活塞尾堵组成，上活塞安装在缸体内，并通过橡胶密封圈密封，其上端与防窜锚定锥体的下端螺纹连接，下活塞安装在防窜锚尾上，并通过橡胶密封圈密封，防窜锚尾与缸体螺纹连接，防窜锚尾的下端安装有销钉，所述下活塞尾堵安装在下活塞上，下活塞上设有微孔；所述电缆防烧蚀装置通过连接套与筛管式高能气体压裂枪连接。

进一步地，所述药柱的内孔空腔内装上有导爆索。

进一步地，所述缸体的两个开放端口处的横截面积相等。

本发明的有益效果：提供了一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置。该装置在施工过程中能够保护电缆不会损伤报废，装置中增加了电缆的稳固和保护装置。能有效阻止电缆随井液裹带着快速上窜，同时，电缆还应该避开火药或火箭固体推进剂药柱燃烧的高温区域，保护电缆不被烧蚀损伤。与现有点火时采用人工远距离用绳索拉着电缆跑的方法相比（阻止电缆脱出滑轮或发生缠绕打折）。电缆防烧防窜高能气体压裂装置通过整体功能的设计，将筛管式高能气体压裂枪（高能气体发生器）与电缆防窜装置设计成一体，电缆防窜装置锚定后固定住电缆，有效地阻止了电缆的窜动。其锚定动作是借助药柱火药燃烧的动力，在气体压力升起的瞬间即可完成装置的锚定，即可把电缆固定住，阻止电缆被气体和井液柱推出井口。在此期间不需要其它操作，工艺上简便快捷。

附图说明

图1是实施例一的组装示意图。

图2是实施例一中电缆防烧蚀装置的剖视结构示意图。

图3是实施例一中筛管式高能气体压裂枪的剖视结构示意图。

图4是实施例一中电缆防窜装置的剖视结构示意图。

图5是实施例一中液压解锚装置的剖视结构示意图。

图6是实施例一中下活塞的剖视结构示意图。

实施方式

实施例

参照各图，一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置，包括电缆防烧蚀装置1、筛管式高能气体压裂枪2和电缆防窜装置3；所述电缆防烧蚀装置由上接头11、第一防烧加长杆12、防烧加长杆接头13、第二防烧加长杆14和下接头15组成，上接头通过螺纹连接套与第一防烧加长杆连接，第一防烧加长杆通过连接管和连接套与第二防烧加长杆连接，防烧加长杆接头设置于第二防烧加长杆的端部，第二防烧加长杆通过连接套与下接头连接；所述筛管式高能气体压裂枪包由筛管枪头21、筛管枪22、点火头23和药柱24组成，筛管枪头与筛管枪螺纹连接，点火头和药柱位于筛管枪内；所述电缆防窜装置由限位销钉31、导键32、防窜锚定锥体33、防窜动锚定锚牙34、锚牙复位弹簧35和液压解锚装置36组成，液压解锚装置与筛管枪螺纹连接，防窜锚定锥体安装于筛管枪内，远离液压解锚装置的防窜锚定锥体的端部的筛管枪上设置有限位销钉，该端的防窜锚定锥体外部设有导键，所述防窜动锚定锚牙和锚牙复位弹簧设置在防窜锚定锥体外部；所述液压解锚装置由缸体361、上活塞362、下活塞363、销钉365、防窜锚尾366和下活塞尾堵367组成，上活塞安装在缸体内，并通过橡胶密封圈密封，其上端与防窜锚定锥体的下端螺纹连接，下活塞安装在防窜锚尾上，并通过橡胶密封圈密封，防窜锚尾与缸体螺纹连接，防窜锚尾的下端安装有销钉，所述下活塞尾堵安装在下活塞上，下活塞上设有微孔3631；所述电缆防烧蚀装置通过连接套与筛管式高能气体压裂枪连接；所述药柱的内孔空腔内装上有导爆索；所述缸体的两个开放端口处的横截面积相等。

电缆防烧蚀装置的功能是将作业电缆与筛管式高能气体压裂枪隔开。作业时，药柱燃烧的火焰及高温气体远离了作业电缆，使作业电缆得到保护不再损伤。通过第一防烧加长杆和第二防烧加长杆隔开了电缆与筛管式高能气体压裂枪，作业时，当雷管击发点火药引燃火药或火箭固体推进剂药柱，药柱在爆燃的过程中，燃烧的火焰及高温气体远离了作业电缆，使作业电缆得到保护不再损伤。电缆防烧蚀装置的防烧加长杆设计了便捷滑套式连接接头，内部电流导线采用耐高温铜芯导线，可以耐温200℃。因使用便捷滑套式连接接头，所以使用时可以根据火药量的多少，选择使用防烧加长杆的节数，可以是单节，也可以是双节或多节，保证作业电缆有效离开火药的火焰高温区域。防烧加长杆为厚壁钢管，采用密封耐压设计，内部电流导线采用耐高温铜芯导线，可以耐温200℃，装置有效保护内芯孔中的耐温芯线不受高温火焰烧蚀。因此，装置在作业过程中不会被损伤损坏，可以重复使用，不影响施工工期，提高作业效率和器材浪费。另外，防烧加长杆接头采用便捷滑套式连接设计，耐高温铜芯导线也为绝缘快插结构，可以多节防烧加长杆连接按需要增加长度，使作业电缆处在符合作业工艺要求的环境中受到保护。

筛管式高能气体压裂枪是高能气体压裂的高温高压气体发生器。筛管枪头与电缆防烧蚀装置下接头连接。防烧蚀装置下接头的滑套可以轻松便捷地连接到筛管枪头上，同时，防烧蚀装置下接头上的电源触点可以为筛管枪头内腔的电雷管提供点火能量。药柱通过螺纹与点火头装配在一起，点火头装在筛管枪上端，由筛管枪头将其限位固定。点火头与药柱的内腔孔是安置导爆索的位置，导爆索是将药柱点火的能量源。筛管枪加工有大量排气孔。排气孔类似于蜂巢状排布，即可以保证气体的快速排出，又能保证筛管枪体的自身强度不被快速彭胀的气体高压损坏枪体，使筛管枪在作业过程中不发生变形损坏；由于固体药柱是装置在筛管枪枪身内，，药柱点火燃烧完成后，药柱残余的部件会落入筛管枪内，不会造成油气井的落物污染。同时，药柱装置在筛管枪内，可以避免药柱在下井时与井壁发生刮蹭，造成药柱损伤而影响作业效果。

电缆防窜装置是解决电缆上窜造成电缆损伤或井口安全隐患的关键装置。作业时，装置利用药柱的高能气体的动力将装置锚定在邻近的井筒上，同时作业电缆被拉住固定，药柱燃烧尽后，压力降低，电缆防窜装置在井内液柱压力的作用下，反推防窜锚定锥体松开防窜动锚定锚牙，解除锚定，即可通过电缆收回作业装置。电缆防窜装置是借助高压气体的动力，利用中心管上的锥体驱动锚牙，使锚牙向装置筒外胀出，同时锚牙在锥体的挤胀下，牢牢地抓住井筒套管的内壁，电缆防窜装置就被锚定在了作业段的井筒内，由于电缆是与整体装置连在一起的，装置锚定固定后，电缆也被限制了位置不能再向上拉动。当井液柱被快速彭胀的高压气体推动喷出井口时，就不会同时把作业电缆也裹带着喷出井口。液压解锚装置是为了解决装置锚定后的自动解锚问题，巧妙运用了空腔等压结构。结构的特点是由防窜锚定锥体、上活塞和下活塞组成了锚定、解锚系统，由于缸体的两个开放端口处截面积相等、所承受的外部液压是相同的，因此该系统不会受外部井液压力的影响或作用，改变锚定、解锚系统的相对位置状态，即在不施加其它外力作用时，防窜锚定锥体、上活塞和下活塞就不会一起向下移动推出锚牙，不会发生错误锚定的作业事故。

电缆防窜装置使用的是微孔液压延时自动解锚原理，由于作业时需要延时解锚，所以装置使用了微孔液压延时自动解锚设计。药柱多数在毫秒级既能完成燃烧，此时也达到了高能气体的最大压力峰值，达到改善地质岩隙裂缝压裂延展所需的最佳压力。因此，自动解锚需错开峰值压力，延后峰值压力再完成自动解锚，下活塞的两个微孔是通过限制液体流量，实现延时效果。自动解锚具体工艺原理是防窜锚定锥体在高压气体动力的推动下向下移动，锥体锥面推出锚牙，将电缆防窜装置锚定在井筒上。液压解锚装置巧妙运用了空腔等压结构，锚定前装置不受井液液体压力影响，下活塞内腔364和空气腔368内压均衡，防窜锚定装置不会被井液压力影响产生错误动作，出现提前锚定的现象发生。锚定后，防窜锚定锥体向下移动时，将上活塞和下活塞也同时向下推动，下活塞剪断固定销钉，下端被推出液压解锚装置的体外，两个微孔离开密封段探入井液中，井液从两个微孔流入中心孔道，灌入下活塞内腔364和锥体内腔331，当内腔灌满后，井液液柱的压力即作用在防窜锚定锥体、上活塞上，将防窜锚定锥体、上活塞向上推回到原始位置，锥体锥面脱离松开锚牙，锚牙在复位弹簧的作用下收回，完成解锚。解锚后的整体装置即可被电缆顺利收回地面完成高能气体压裂作业。

进行油气高能气体压裂作业前，需先预先将电缆防烧蚀装置和电缆防窜装置装配好备用。电缆防烧蚀装置装配时，要根据高能气体压裂药柱的总药量，选择使用防烧加长杆的节数。通常上接头、两个防烧加长杆和防烧加长杆接头以及电缆防烧蚀装置下接头是装配好不再需要变动的。总药量大时，需要变化的是第二防烧加长杆的节数，按从1-5的顺序组装好电缆防烧蚀装置就可完成作业前的器材准备。

电缆防窜装置在高能气体压裂作业前，需先行装配液压解锚装置。装配液压解锚装置时，先将上活塞配好密封胶圈装入缸体内，再用专用工具将其与配好胶圈的防窜锚定锥体的下端螺纹旋接在一起。接下来将下活塞配好胶圈装入配好胶圈的防窜锚尾上，安好销钉和下活塞尾堵即完成液压解锚装置总体装配。装配完成的液压解锚装置总成，再装入筛管枪内，再将防窜动锚定锚牙、锚牙复位弹簧按相应的位置进行装配，然后旋紧筛管枪与液压解锚装置的连接螺纹。

施工作业时，按作业设计要求数量向筛管枪内装入药柱，安装药柱时，先把各节药柱连接在一起，再把药柱的上端装上点火头，药柱的内孔空腔装上导爆索，装配好药柱组件再装入安装了液压解锚装置的筛管枪内。再将筛管枪头装好电雷管旋拧在筛管枪上端，固定好点火头。然后再将筛管枪头与电缆防烧蚀装置下接头螺纹旋拧连接在一起，完成电缆防烧防窜高能气体压裂装置全部装配。电缆防烧防窜高能气体压裂装置装配完成后，即可以开始高能气体压裂作业。把作业电缆的马龙头接到上接头上，启动作业车用电缆吊起电缆防烧防窜高能气体压裂装置，将装置下入作业井内，当输送到预定深度后，进行校深，然后点火实施高能气体压裂。点火后，静止10分钟左右，回收电缆，完成作业。

Claims (3)

1.一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置，其特征在于：所述电缆防烧防窜高能气体压裂装置包括电缆防烧蚀装置、筛管式高能气体压裂枪和电缆防窜装置；电缆防烧蚀装置由上接头、第一防烧加长杆、防烧加长杆接头、第二防烧加长杆和下接头组成，上接头通过螺纹连接套与第一防烧加长杆连接，第一防烧加长杆通过连接管和连接套与第二防烧加长杆连接，防烧加长杆接头设置于第二防烧加长杆的端部，第二防烧加长杆通过连接套与下接头连接；所述筛管式高能气体压裂枪包由筛管枪头、筛管枪、点火头和药柱组成，筛管枪头与筛管枪螺纹连接，点火头和药柱位于筛管枪内；所述电缆防窜装置由限位销钉、导键、防窜锚定锥体、防窜动锚定锚牙、锚牙复位弹簧和液压解锚装置组成，液压解锚装置与筛管枪螺纹连接，防窜锚定锥体安装于筛管枪内，远离液压解锚装置的防窜锚定锥体的端部的筛管枪上设置有限位销钉，该端的防窜锚定锥体外部设有导键，防窜动锚定锚牙和锚牙复位弹簧设置在防窜锚定锥体外部；液压解锚装置由缸体、上活塞、下活塞、销钉、防窜锚尾和下活塞尾堵组成，上活塞安装在缸体内，并通过橡胶密封圈密封，其上端与防窜锚定锥体的下端螺纹连接，下活塞安装在防窜锚尾上，并通过橡胶密封圈密封，防窜锚尾与缸体螺纹连接，防窜锚尾的下端安装有销钉，下活塞尾堵安装在下活塞上，下活塞上设有微孔；所述电缆防烧蚀装置通过连接套与筛管式高能气体压裂枪连接。

2.根据权利要求1所述的一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置，其特征在于：所述药柱的内孔空腔内装上有导爆索。

3.根据权利要求1所述的一种电缆防烧防窜高能气体压裂装置，其特征在于：所述缸体的两个开放端口处的横截面积相等。