CN1916357A - 油气井用多级脉冲增效射孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井用多级脉冲增效射孔装置，该装置在采用防砂撞击起爆器和增效射孔枪的基础上，通过增效枪尾、连接件及对丝连接件将燃速较高的二级增效火药和燃速较低的三级增效火药加入到施工管串中，而且所采用的隔板延时点火器可以在上级射孔枪射孔后的一段时间后才点燃下级增效火药，由此形成多个火药压力脉冲对地层进行压裂，使裂缝不断延伸；此外，两个增效火药中的支撑剂可随着高温高压的气体一起进入地层裂缝中，可阻止地层裂缝的闭合。本发明集深穿透增效射孔、高能气体压裂、水力压裂三种施工工艺的优点为一体，采用本发明进行射孔施工，不仅可以获得很好的出油和出气效果，而且在使用中具有较高的安全性和可靠性。

Description

油气井用多级脉冲增效射孔装置

                          技术领域

本发明属于油气井的射孔作业领域，主要涉及一种开采油气用的射孔装置，尤其涉及一种集深穿透增效射孔、高能气体压裂、水力压裂为一体的射孔装置。

                          技术背景

为了实现油气井的增产，实际生产中采用了许多的办法。90年代初，我国从前苏联引进的高能气体压裂技术，及之后，在我国发展起来的增效射孔技术。这两项技术都各有长处，高能气体压裂是在射孔后采用高能气体压裂弹对地层进行压裂，以期达到消除射孔压实带，沟通地层裂缝的目的。但该工艺是在射孔后的若干时间后进行，这会延误大量的石油开采的宝贵时间，且进行的第二次施工还会占用相当的人力和物力，故没有得到大量的推广；增效射孔技术是在射孔枪中装填了一定量的火药，在射孔的同时，射孔弹引燃火药，火药产生的高能气体进行压裂，它弥补了深穿透射孔和高能气体压裂的单一功能。但该技术存在一定的不足，就是射孔枪内的空间有限，所装的火药量有限，即压裂的效果有限，如果射孔枪内装药量较大，则在现有的条件下，又会出现炸枪的问题，造成严重的质量问题。

                          发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种集深穿透增效射孔、高能气体压裂、水力压裂为一体的油气井用多级脉冲增效射孔装置。

为解决上述技术问题，本发明包括防砂撞击起爆器、装有深穿透射孔弹和一级增效火药的增效射孔枪、增效枪尾、连接件、传爆管、隔板延时点火器、点火药柱、二级增效火药、三级增效火药、对丝连接件，所述增效枪尾的外圆柱面上带有与射孔枪连接的枪扣并装有第一组密封圈，其内部沿轴线的一端到另一端依次设有第一密封面、内螺纹和通孔；所述的连接件由串接在一起的三个不同直径的圆柱体构成，其上段柱面带有外螺纹，中段柱面装有第二组密封圈，下段柱面带有外螺纹和装有第三组密封圈，其沿轴心线设有台阶通孔；所述的隔板延时点火器由上部和下部构成，所述上部含有本体、炸药、延期管、第一、第二点火药，本体外形为一端带有外螺纹另一端装有第四组密封圈的圆柱体，本体内部由隔板分成沿轴向的盲孔和台阶盲孔且台阶盲孔位于外螺纹一侧，所述的炸药放置在盲孔中，所述第一点火药和延期管分别放置在所述台阶盲孔的小孔和大孔中，所述下部含有端口带有内螺纹的装药管和第二点火药，第二点火药位于装药管内，所述上部与所述下部通过螺纹连接成一体；所述二级增效火药、三级增效火药均含有可燃壳体、金属中心管、耐水火药、由耐高温耐高压材料制作的支撑剂，金属中心管的两个端口处的内壁由外向内均设有第二密封面和内螺纹，金属中心管位于可燃壳体的内部且耐水火药和支撑剂装在由金属中心管和可燃壳体形成的环形空间内；所述的对丝连接件为两端带有外螺纹中间装有两个第五组密封圈的管状连接件；采用本发明进行射孔施工时，其各组成按以下形式装配成施工管串：所述防沙撞击起爆器一端与油管连接且另一端与所述增效射孔枪连接；所述增效枪尾通过其枪扣连接在增效射孔枪的另一端，其上的第一组密封圈对两者的连接部位起密封作用；所述连接件上段柱面的外螺纹与增效枪尾的内螺纹连接，其中段柱面上的第二组密封圈位于增效枪尾的第一密封面中，其下段柱面上的外螺纹与所述二级增效火药一端连接且第三组密封圈位于二级增效火药的第二密封面中，所述传爆管、隔板延时点火器依次装入连接件的台阶通孔中，由所述增效射孔枪引出的导爆索穿过所述增效枪尾的通孔与所述传爆管相接触；所述三级增效火药的一端通过所述对丝连接件与所述二级增效火药的另一端连接且两个第五组密封圈分别位于第二、三级增效火药的第二密封面中，三级增效火药的另一端由一个密封堵头密封，所述二级增效火药的金属中心管中均装有所述的点火药柱。

根据本发明，所述二级增效火药中的耐水火药为燃速在8mm/s～10mm/s的复合固体推进剂或双基药；三级增效火药中的耐水火药为4mm/s～6mm/s的复合固体推进剂或双基药。

根据本发明，所述的支撑剂为直径小于1mm的陶瓷圆球体。

根据本发明，所述的点火药柱由含有金属粉的烟火药压制而成。

本发明的有益效果体具体现在以下几个方面：

(一)本发明采用了带有大孔径射孔弹和一级增效火药的大孔经射孔枪，由此可保证射孔作业时的深穿透效果。

(二)采用隔板延时点火器可使多级火药依次分段燃烧，形成多个压力脉冲，以对地层进行反复加载，由此大大提高了本发明的造缝能力，同时，在火药压力消失后，液体振荡仍然存在，它可以起到反复清洗射孔孔道的作用。

(三)本发明通过增加第二、三级增效火药，增大了施工时的火药装药量，因而可充分表现出大药量高能气体压裂的优点；此外，采用多级火药分装的技术措施，延长了有效加载时间，延缝效果好且造缝深度加大，这非常利于射孔孔眼与地层裂缝的沟通；第三，通过加入支撑剂，可以有效地制止地层裂缝在高温高压气体消失后的闭合，确保裂缝的通畅，进而取得高产油或高产气的效果。

(四)本发明将射孔、高能气体压裂、水力压裂加支撑剂这三种施工工艺巧妙地融为一次施工，不但可大大缩短施工周期，节省了人力及施工器材费用，而且在施工中，各工艺可完成各自的相关动作，互不影响。

(五)本发明所采用的多级增效方式，无需再在射孔枪中装入过多的火药，因而可以避免炸枪事故；此外，本发明的各组成均可以分开包装、运输、储存，因而可避免在上述环节中发生连带整体的不安全事故。

                          附图说明

图1是本发明多级脉冲增效射孔装置的施工管串示意图。

图2是图1中的增效枪尾结构示意图。

图3是图1中的连接件结构示意图。

图4是图1中的隔板延时点火器的组成结构示意图。

图5是图1中的二级、三级增效火药的组成结构示意图。

图6是连接二级、三级增效火药的对丝连接件结构图。

                        具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

根据图1所示，采用本发明优选实施例进行的施工管串中主要包含了防砂撞击起爆器1、增效射孔枪2、增效枪尾3与连接件4、传爆管5、隔板延时点火器6、点火药柱7、二级增效火药8、三级增效火药9及对丝连接件31、密封堵头33。防砂撞击起爆器1是一个制式产品，可以是任何一种现今在各油田使用的具有防沙功能的油管传输射孔中使用的撞击起爆器，在斜井中也可使用压力起爆器。增效射孔枪2是一个制式产品，可以是任何一种现今在各油田使用的带盲孔的或不带盲孔的装深穿透射孔弹和一级增效火药的增效射孔枪。

根据图2所示，增效枪尾3是一个圆柱形状的金属件，其上端外侧为射孔枪扣10，同时还装有起密封作用的第一组密封圈11。增效枪尾3的中心轴线上有一个用于穿过导爆索的通孔12，通孔12的下端有一个与连接件4起连接作用的内螺纹13和第一密封面14，通过射孔枪扣10可将增效枪尾安装在射孔枪上。

根据图3所示，连接件4的作用是不仅将增效火药8与增效射孔枪2连接起来，而且还要在其内部安置起点火作用的隔板延时点火器。连接件4外形是由三个直径不同的金属圆柱体柱构成，其上段柱面带有外螺纹15，中段柱体的直径略大于上段柱体，中段柱面上有起密封作用的第二组密封圈16，下段柱体的直径小于上段柱体，下段柱面上设有外螺纹17和起密封作用的第三组密封圈18；沿三个柱体的中心轴线上有一个台阶孔19，其上部大孔放置传爆管5，下部小孔放置隔板延时点火器6。传爆管5是一个制式产品，可以是任何一种现今在各油田使用的具有传爆功能的传爆管。

正如图4所示，隔板延时点火器6的主体是一个圆柱形状的金属件，它是由上部的不锈钢件20和下部的普通金属装药管21通过螺纹26旋为一体。在上部的不锈钢件20的外侧，有起密封作用的第四组密封圈24，在不锈钢件20的轴心线上，有一个两边不通的盲孔隔板23，隔板23的两侧分别为盲孔和台阶盲孔，盲孔中放有起传爆作用的猛炸药22，在台阶盲孔上部的小孔中放有起点火作用的第一点火药25，在台阶盲孔下部的大孔中放有一个起延期作用的延期管27。在下部的普通金属装药管21中，装有进一步将能量扩大的第二点火药28。隔板延时点火器6的主要作用是将爆轰波转换为火焰，它可以在上级射孔枪射孔后的一段时间后才点燃下级增效火药，避免了火药压力峰值的叠加，其另一个作用是防止下井过程中，如果下级增效火药进水，则水由于隔板延时点火器6中隔板的阻挡不会进入上一级射孔枪中，也就避免了炸枪事故的发生。

根据图5所示，二级增效火药8、三级增效火药9均为制式火药，即在可燃壳体30内放置一个金属中心管29，金属中心管29两端内壁有第二密封面35和连接螺纹36，金属中心管29与可燃壳体30形成的环状空间内装填耐水火药34：二级增效火药8装填燃速在8mm/s～10mm/s或燃速更高的复合固体推进剂或双基药，也可以是燃速相对较高的其它发射药；三级增效火药9装填燃速在4mm/s～6mm/s的复合固体推进剂或双基药，也可以是燃速相对较低的其它发射药。二级增效火药8的快速燃烧特性对于破裂地层，提高射孔层段的裂缝数有很大帮助；而三级增效火药9的药量相对较大，产气量也较大，其燃烧产生的大量气体对于延展地层的裂缝长度，达到射孔孔道与地层天然裂缝的有效沟通上有很大的好处。此外，在二级增效火药8、三级增效火药9中均加有适量的支撑剂37，本优选实施例中的支撑剂37为Φ0.5mm～Φ1mm之间的特制陶瓷小球，这些小球可以随火药燃烧产生的高温气体一起进入地层裂缝中，起到支撑作用，以防地层裂缝的闭合。二级增效火药8通过对丝连接件31(参见图6)与三级增效火药9连接，在二级增效火药8的金属中心管29中装有点火药柱7，在三级增效火药9的金属中心管29底部装有带密封作用的密封堵头34。点火药柱7可以是由含有金属粉的烟火药压制而成的具有高热量和高能量的直径为14毫米到16毫米、高度为10毫米到30毫米不等的烟火药柱。

本发明的工作过程如下：

施工时，将本发明按照图1所示的施工管串下到油气井中的预定深度后，从井口往油管内投入一根铁制投棒，投棒撞击起爆防砂撞击起爆器1并起爆增效射孔枪2内的射孔弹，上部增效射孔枪射孔后，产生的高温、高压气体与高温金属热质点将增效枪内的增效火药点燃使之燃烧起来，产生了高温高压气体，高压气体冲击射孔孔眼压实带，将射孔压实带消除，使射孔孔道以裂缝形式延伸。在增效射孔枪射孔的同时，射孔枪内的导爆索将传爆管5起爆，并将隔板延时点火器6的上部不锈钢件20中装的炸药22引爆，产生的爆轰能量在金属不锈钢隔板23中衰减后，将不锈钢件20中装的第一点火药25点燃，第一点火药25燃烧后产生的高温高压气体将延期管27点燃，延期管27经过数十毫秒至数百毫秒的延时后(此时射孔与一级增效火药的作用已经消失)，产生的火焰将隔板延时点火器6的下部金属装药管21中装的第二点火药28引燃，输出更大的点火能量，将二级增效火药8中金属管29内装的点火药柱7点燃，该点火药柱7燃烧后产生的高温高压气体与大量的金属热质点将二级增效火药8(快速燃烧药)和三级增效火药9(慢速燃烧)点燃，不同燃速的增效火药产生二次压力脉冲至三次压力脉冲对地层进行压裂，使裂缝不断延伸，达到射孔后的孔道与天然裂缝进一步沟通的效果。同时，火药中的支撑剂37随着高温高压的气体一起进入了地层裂缝中，阻止了地层裂缝的闭合，从而达到了更好的出油和出气效果。

Claims (5)

1.一种油气井用多级脉冲增效射孔装置，包括防砂撞击起爆器[1]、装有深穿透射孔弹和一级增效火药的增效射孔枪[2]，其特征在于：还包括增效枪尾[3]、连接件[4]、传爆管[5]、隔板延时点火器[6]、点火药柱[7]、二级增效火药[8]、三级增效火药[9]、对丝连接件[31]，所述增效枪尾[3]的外圆柱面上带有与射孔枪连接的枪扣[10]并装有第一组密封圈[11]，其内部沿轴线的一端到另一端依次设有通孔[12]、内螺纹[13]和第一密封面[14]；所述的连接件[4]由串接在一起的三个不同直径的圆柱体构成，其上段柱面带有外螺纹[15]，中段柱面装有第二组密封圈[16]，下段柱面带有外螺纹[17]和装有第三组密封圈[18]，其沿轴心线设有台阶通孔[19]；所述的隔板延时点火器[6]由上部和下部构成，所述上部含有本体[20]、炸药[22]、延期管[27]、第一、第二点火药[25、28]，本体[20]外形为一端带有外螺纹[26]另一端装有第四组密封圈[24]的圆柱体，本体[20]内部由隔板[23]分成沿轴向的盲孔和台阶盲孔且台阶盲孔位于外螺纹[26]一侧，所述的炸药[22]放置在盲孔中，所述第一点火药[25]和延期管[27]分别放置在所述台阶盲孔的小孔和大孔中，所述下部含有端口带有内螺纹的装药管[21]和第二点火药[28]，第二点火药[28]位于装药管[21]内，所述上部与所述下部通过螺纹连接成一体；所述二级增效火药[8]、三级增效火药[9]均含有可燃壳体[30]、金属中心[29]管、耐水火药[34]、由耐高温耐高压材料制作的支撑剂[37]，金属中心管[29]的两个端口处的内壁由外向内均设有第二密封面[35]和内螺纹[36]，金属中心管[29]位于可燃壳体[30]的内部且耐水火药[34]和支撑剂[37]装在由金属中心管[29]和可燃壳体[30]形成的环形空间内；所述的对丝连接件[31]为两端带有外螺纹[33]，中间装有两个第五组密封圈[32]的管状连接件；采用本发明进行射孔施工时，其各组成按以下形式装配成施工管串：所述防沙撞击起爆器[1]一端与油管连接且另一端与所述增效射孔枪[2]连接；所述增效枪尾[3]通过其枪扣[10]连接在增效射孔枪[2]的另一端，其上的第一组密封圈[11]对两者的连接部位起密封作用；所述连接件[4]的上段柱面的外螺纹[15]与增效枪尾[3]的内螺纹[13]连接，其中段柱面上的第二组密封圈[16]位于增效枪尾[3]的第一密封面[14]中，其下段柱面上的外螺纹[17]与所述二级增效火药[8]一端连接且第三组密封圈[18]位于二级增效火药[8]的第二密封面[35]中，所述传爆管[5]、隔板延时点火器[6]依次装入连接件[4]的台阶通孔[19]中，由所述增效射孔枪[2]引出的导爆索穿过所述增效枪尾[3]的通孔[12]与所述传爆管[5]相接触；所述三级增效火药[9]的一端通过所述对丝连接件[31]与所述二级增效火药[9]的另一端连接且两个第五组密封圈[32]分别位于第二、三级增效火药[8、9]的第二密封面[35]中，三级增效火药[9]的另一端由一个密封堵头[34]密封，所述二级增效火药[8]的金属中心管[29]中均装有所述的点火药柱[7]。

2.根据权利要求1所述的多级脉冲增效射孔装置，其特征在于：所述二级增效火药[8]中的耐水火药[34]为燃速在8mm/s～10mm/s的复合固体推进剂或双基药；三级增效火药[9]中的耐水火药[34]为4mm/s～6mm/s的复合固体推进剂或双基药。

3.根据权利要求1或2所述的多级脉冲增效射孔装置，其特征在于：所述的支撑剂[37]为直径小于1mm的陶瓷圆球体。

4.根据权利要求1或2所述的多级脉冲增效射孔装置，其特征在于：所述的点火药柱[7]由含有金属粉的烟火药压制而成。

5.根据权利要求3所述的多级脉冲增效射孔装置，其特征在于：所述的点火药柱[7]由含有金属粉的烟火药压制而成。

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