CN201778797U - 油井用高孔密射孔压裂控砂装置 - Google Patents

Abstract

一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，它包括含有2-4个射孔器的射孔单元和装有多孔防砂材料及助推火药的后效作用部分，其结构特点是射孔单元和后效作用部分全部装在圆柱型的助推仓内，助推仓内表面为折线或流线型旋转曲面，内腔中部留有2-4个圆孔，用以固定射孔单元。射孔单元外侧放置压裂装药，防砂多孔材料置于压裂装药两侧，多孔材料外放置助推火药。本装置的工作原理是在射孔器射孔的同时，利用射孔器装药爆轰产物点燃压裂装药将油层压开；利用助推火药燃烧产生的高能气体将多孔防砂材料推入射流打出的孔道中，并留在那里，在油层中形成永久的阻砂过滤塞。这个过滤塞可以让油气通过，但能挡住流砂。本实用新型可以使射孔、压裂、防砂多项作业一次完成，还能提高射孔防砂的作业效果，增加油气产量。

Description

油井用高孔密射孔压裂控砂装置 

一、技术领域

本实用新型涉及油田使用的一种完井装置，具体地说是一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置。 

二、背景技术

在松散岩层的完井过程中，必须考虑油井作业中可能出现的砂子问题。岩层中的细砂迁移可以用防砂方法加以控制，而所有这些方法都是建立一个隔砂区。岩层液体流入井筒前，必须通过隔砂区。隔砂区可用机械方法(如衬套、滤网、砾石滤层)提供，也可以通过注入树脂以及塑料固结来实现。然而，前者工艺繁琐，投资大，而且寿命很短，维持费用较高；后者又需要复杂的“射孔——注入”具有完备高超的塑料固结工艺技术，而这些在我国都很落后。 

上世纪九十年代，人们开始研究将射孔和防砂两项作业结合一起的复合射孔防砂技术。该技术通过炸药爆炸驱动金属射流穿透油管、水泥层、并在周围含油岩层中射出足够深的孔道，然后在利用炸药爆轰和火药燃烧产生的高压将多孔材料推入这个孔道并留在那里，形成永久的流砂过滤塞。这样可以使射孔和防砂两项作业一次完成，与传统的射孔和防砂作业相比，省去了复杂的防砂作业工序，不仅可以节省大量的人力、物力和资金，而且作用持久，无需中途更换，降低了维持费用。 

然而由于缺乏实践经验，以往的设计还存在着一些明显的缺陷：首先是单位长度上的孔眼密度偏低，一般都为10孔/米，满足不了油田高产的需要(一般要求＞13孔/米)。其次是一个层面上只能射一个孔，如果孔眼容量大，防砂材料可能不够，造成防砂塞体积过小，封不住孔道口部，导致防砂作业失败；如 果岩层致密硬度大，孔眼容积小，则可能造成防砂材料的浪费......等等，这些不足和缺陷不仅影响了复合射孔-防砂技术作业效果，而且给该技术的大面积推广带来了困难。 

三、发明内容

本实用新型内容就是针对以上问题，提供一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，使射孔密度提高30％以上，达到13～18孔/米甚至更高，这不仅增加了井筒到油层之间的有效通道，提高了油气产量，而且使防砂材料的装填和推进更加科学合理，提高了防砂作业的效果。 

本实用新型的目的是这样实现的，一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，包括装有2-4个射孔器的组合射孔单元、压裂装药、多孔防砂材料、导爆索、高感度点火药块，主驱动含能药块以及助推仓，其特征是助推仓外表面为圆柱型，内表面为折线或流线旋转曲面，整体为中空轴对称旋转体，内腔中部留有2-4个圆孔，用以装填组合射孔单元，助推仓与射孔单元轴线垂直成90°角，助推仓内装有射孔单元，压裂装药、多孔防砂材料，主驱动含能药块，高感度点火药块以及导爆索，其排列顺序为：射孔单元居中，两侧依次是压裂装药、多孔防砂材料，主驱动含能药块和高感度点火药块，导爆索和助推仓同轴，在点火药块主驱动药块、防砂多孔材料、压裂装药和组合射孔单元中部穿过。本装置的结构特征是将2-4个射孔器固定在一起以组成一个射孔单元，将这个射孔单元置于本装置的中部，上下两侧装有压裂装药，压裂装药外侧充添可使岩液通过，又能挡住流砂的多孔防砂材料和将多孔防砂材料送入孔道的轴向驱动含能材料，四周罩着盛装它们的助推仓。助推仓外表面为圆柱型，内表面为易于多孔材料喷出的流线或折线型，整体为轴对称中空旋转体，与射孔器轴线垂直，在其中部与射孔器相对的位置上留有固定射孔器的圆孔，在中部圆孔两 侧助推仓内对称放置压裂装药、多孔防砂材料、主驱动含能药块和高感度点火药块。助推仓可为金属、塑料以及其它固体材料制成。 

在助推仓的中部装填射孔单元，射孔单元平面与射孔枪主轴线成90°角。这个射孔单元有三种组成方式：1。采用具有三个射孔器的组合射孔单元，三个射孔器背向平行放置，轴线成120°角，导爆索从射孔单元中间的起爆孔穿过。2.采用四个射孔器组成的射孔单元，每两个射孔器同轴背向水平放置，呈180°角组成一个组合射孔器，将两组这样的组合器分上下两层平行放置组成一个射孔单元，两者轴线夹角为90°，导爆索在两组射孔器中心起爆孔穿过。3。采用具有两个射孔器的射孔单元，两个射孔器同轴背向水平放置，射孔单元与助推仓轴线垂直，导爆索在射孔单元起爆孔外表面穿过。 

射孔单元外侧装有压裂装药，压裂装药由火药、炸药、推进剂或它们的混合物组成，为固体块状；它可以做成圆饼放在射孔单元两侧，也可以做成药环套在射孔器外表面。 

压裂装药外侧充填可让岩液通过并挡住流砂的多孔防砂材料。多孔防砂材料置于压裂装药外侧，它由不锈钢丝球及起支撑作用的高强度惰性颗粒组成，外表面为直线、折线型或流线型旋转曲面。 

在助推仓内多孔防砂材料两侧装有主驱动含能药块，主驱动含能药块可以是火药、炸药、推进剂以及它们的混合物，为块状环形固体，套在导爆索上。 

在主驱动含能药块的外侧，装有高感度点火药块，高感度点火药块，可以是多孔火药、增面燃烧火药以及它们的混合物，为块状环形固体，高感度点火药块套在导爆索上 

由于采用了上述方案，本实用新型油井用高孔密射孔压裂控砂装置，可通过在射孔器周围充添多孔材料来实现：射孔器起爆后，冲击波在装药中高速传 播，压垮药型罩，形成金属射流在岩层中射孔；射孔器爆轰产物点燃了射孔器外侧的压裂装药，压裂装药点火燃烧产生高能气体对油层孔道清堵压裂，为多孔防砂材料的推进打开了通道。同时导爆索中的装药也以7000米/秒的速度向前传播，点燃导爆索外侧的高感度点火药块，高感度点火药块点火后产生瞬间高温高压，使主驱动含能药块在这个高温高压作用下点火。含能药块点火后，迅速膨胀，产生巨大压力，将多孔材料从助推仓中推出，充添在射流打出的孔道内，并留在那里，形成永久的多孔过滤塞，它只通过岩液，挡住了砂。 

四、附图说明

图1是石油勘探和采油时油井射孔作业示意图。 

图2是普通石油射孔器结构示意图。 

图3是本实用新型采用的含有三个聚能射孔器的高孔密射孔单元示意图。 

图4是本实用新型油井用高孔密射孔压裂控砂装置(I)示意图。 

图5是本实用新型采用的含有四个聚能射孔器的高孔密射孔单元示意图。 

图6是本实用新型油井用高孔密射孔压裂控砂装置(II)示意图。 

图7是本实用新型油井用高孔密射孔压裂控砂装置(III)示意图。 

五、具体实施方式

图1是石油勘探和采油时油井射孔作业示意图。在石油采油时，要对油田钻井后下套管1，再把套管1与地层5之间用水泥加固，然后把射孔器3装入射孔枪2内，下插入套管1内适当深度。当深度校准之后，就可以进行射孔作业了。 

图3为本实用新型采用的含有三个射孔器3的石油射孔单元3′，其特点是在通常放置普通射孔器的位置上放上三个射孔器3，三者背向放置，呈120°角，导爆索4从三个射孔器3的起爆孔中间通过，并与起爆孔相接。 

图4为本实用新型实施例(I)。一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，包括装有2-4个射孔器的组合射孔单元3′、压裂装药6、多孔防砂材料7、导爆索4、高感度点火药块10，主驱动含能药块8以及助推仓9，其特征是助推仓9外表面为圆柱型，内表面为折线或流线旋转曲面，整体为中空轴对称旋转体，内腔中部留有2-4个圆孔，用以装填组合射孔单元3′，助推仓9与射孔单元3′轴线垂直成90°角，助推仓9内装有射孔单元3′，压裂装药6、多孔防砂材料7，主驱动含能药块8，高感度点火药块10以及导爆索4，其排列顺序为：射孔单元3′居中，两侧依次是压裂装药6、多孔防砂材料7，主驱动含能药块8和高感度点火药块10，导爆索4和助推仓9同轴，在点火药块10主驱动药块8、防砂多孔材料7、压裂装药6、和组合射孔单元3′中部穿过。本装置的结构特征是将2-4个射孔器固定在一起以组成一个射孔单元3′，将这个射孔单元置3′于本装置的中部，上下两侧装有压裂装药6，压裂装药6外侧充添可使岩液通过、又能挡住流砂的多孔防砂材料7和将多孔防砂材料7送入孔道的轴向驱动含能材料8，四周罩着盛装它们的助推仓9。助推仓9外表面为圆柱型，内表面为易于多孔材料喷出的流线或折线型，整体为轴对称中空旋转体，与射孔单元3′轴线垂直，在其中部与射孔单元3′相对的位置上留有固定射孔器的圆孔，在中部圆孔两侧助推仓9内对称放置压裂装药6、多孔防砂材料7、主驱动含能药块8和高感度点火药块10。助推仓9可为金属、塑料以及其它固体材料制成。 

在助推仓的中部装填射孔单元3′，射孔单元3′平面与射孔枪主轴线成90°角。这个射孔单元3′采用具有三个射孔器的组合射孔单元3′，三个射孔器背向平行放置，轴线成120°角，导爆索4从射孔单元3′中间的起爆孔穿过。 

射孔单元3′外侧装有压裂装药6，压裂装药6由火药、炸药、推进剂或 它们的混合物组成，为固体块状；它可以做成圆饼放在射孔单元3′两侧，也可以做成药环套在射孔器外表面。 

压裂装药6外侧充填可让岩液通过并挡住流砂的多孔防砂材料7。多孔防砂材料7置于压裂装药6外侧，它由不锈钢丝球及起支撑作用的高强度惰性颗粒组成，外表面为直线、折线型或流线型旋转曲面。 

在助推仓9内多孔防砂材料7两侧装有主驱动含能药块8，主驱动含能药块8可以是火药、炸药、推进剂以及它们的混合物，为块状环形固体，套在导爆索4上。 

在主驱动含能药块8的外侧，装有高感度点火药块10，高感度点火药块10，可以是多孔火药、增面燃烧火药以及它们的混合物，为块状环形固体，高感度点火药块10套在导爆索4上。 

图5是本实用新型采用的含有四个聚能射孔器(3)的高孔密射孔单元3′，其特点是每两个射孔器(3)同轴对称反向放置组成一个射孔组合，这个射孔组合占踞一个普通射孔器(3)的位置。射孔单元3′含有两个射孔组合共四个射孔器(3)，这两组射孔组合的轴线90°角，两个射孔组合平行放置，相邻面靠在一起。图中301为射孔器(3)的弹壳，302为射孔器(3)的药型罩，303为射孔器(3)的装药，9为助推仓，4为导爆索。 

图6为本实用新型实施例(II)，其特点是射孔单元3′采用四个射孔器组成的射孔单元3′，每两个射孔器同轴背向水平放置，呈180°角组成一个组合射孔器，将两组这样的组合器分上下两层平行放置组成一个射孔单元3′，两者轴线夹角为90°，导爆索4在两组射孔器中心起爆孔穿过。其它部分的材料与装配方式都与实施例I相同。 

图7为本实用新型实施例(III)，其特点是射孔单元3′采用具有两个射孔 器的射孔单元3′，两个射孔器同轴背向水平放置，射孔单元3′与助推仓9轴线垂直，导爆索4在射孔单元3′起爆孔外表面穿过。其它部分的材料与装配方式都与实施例(I)(II)相同。 

由于采用了以上方案，本实用新型油井用高孔密射孔压裂控砂装置可通过在射孔器两侧充填防砂材料和助推含能材料来实现：起爆器起爆后，导爆索4将爆轰逐级传播。在引爆射孔单元3′，使其在套管1，及油层3中射孔同时装药爆轰产物点燃其两侧的压裂装药6，压裂装药6点火后产生大量高能气体，对油层孔道清堵压裂为防砂材料的推进打通道路。另一方面导爆索4在传爆过程中，将缠在其上的高感度点火药块10点燃。高感度点火药块10点火后，在助推仓中产生高温高压，进而点燃轴向驱动含能材料即主驱动药块8。侧向驱动含能材料8点火反应后，迅速膨胀，产生巨大压力，推动多孔防砂材料7向轴心运动，最后从助推仓9中部的圆孔喷出。防砂材料自射孔枪中喷出后，以几百米/秒的速度进入射孔孔道，深入油层。由于孔道容积有限，前边的防砂材料进入孔道后即刻撞在孔道顶端被阻。这样后边的依次被减速、停止运动。于是大量的防砂材料相互碰撞，彼此穿插，就在孔道中形成了一个立体的防砂塞，这个防砂塞可以让岩液流过，同时可以挡住流砂，这就是高孔密射孔压裂控砂装置的工作原理。 

Claims (8)

1.一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，包括装有2-4个射孔器的组合射孔单元(3′)、压裂装药(6)、多孔防砂材料(7)、导爆索(4)、高感度点火药块(10)，主驱动含能药块(8)以及助推仓(9)，其特征是助推仓(9)外表面为圆柱型，内表面为折线或流线旋转曲面，整体为中空轴对称旋转体，内腔中部留有2-4个圆孔，用以装填组合射孔单元(3′)，助推仓(9)与射孔单元(3′)轴线垂直成90°角，助推仓(9)内装有射孔单元(3′)，压裂装药(6)、多孔防砂材料(7)，主驱动含能药块(8)，高感度点火药块(10)以及导爆索(4)，其排列顺序为：射孔单元(3′)居中，两侧依次是压裂装药(6)、多孔防砂材料(7)，主驱动含能药块(8)和高感度点火药块(10)，导爆索(4)和助推仓(9)同轴，在点火药块(10)主驱动药块(8)、防砂多孔材料(7)、压裂装药(6)、和组合射孔单元(3′)中部穿过。

2.根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔采用具有三个射孔器的组合射孔单元(3′)，三个射孔器背向平行放置，轴线成120°角，导爆索(4)从射孔单元(3′)中间的起爆孔穿过。

3.根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔采用四个射孔器组成的射孔单元(3′)，每两个射孔器同轴背向水平放置，呈180°角组成一个组合射孔器，将两组这样的组合器分上下两层平行放置组成一个射孔单元(3′)，两者轴线夹角为90°，导爆索(4)在两组射孔器中心起爆孔穿过。

4.根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔采用具有两个射孔器的射孔单元(3′)，两个射孔器同轴背向水平放置，射孔单元(3′)与助推仓(9)轴线垂直，导爆索(4)在射孔单元(3′)起爆孔外表面穿过。

5.根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔单元(3′)外侧装有压裂装药(6)，压裂装药(6)由火药、炸药、推进剂或它们 的混合物组成，为固体块状；它可以做成圆饼放在射孔单元(3′)两侧，也可以做成药环套在射孔器外表面。

6.根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是多孔防砂材料(7)置于压裂装药(6)外侧，它由不锈钢丝球及起支撑作用的高强度惰性颗粒组成，外表面为直线、折线型或流线型旋转曲面。

7.根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是在助推仓(9)内多孔防砂材料(7)两侧装有主驱动含能药块(8)，主驱动含能药块(8)可以是火药、炸药、推进剂以及它们的混合物，为块状环形固体，套在导爆索(4)上。

8.根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是在主驱动含能药块(8)的外侧，装有高感度点火药块(10)，高感度点火药块(10)，可以是多孔火药、增面燃烧火药以及它们的混合物，为块状环形固体，高感度点火药块(10)套在导爆索(4)上。 

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