CN202140076U - 用于油田层内爆炸室内研究的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于油田层内爆炸室内研究的实验装置，其包括上盖等元件，起爆系统的起爆引线的一端穿过上盖中心孔后连接在高温高压釜的接线柱上，起爆系统的起爆引线的另一端连接在第一活塞中的点火元件或组合点火具上，第一活塞在靠近上盖的一侧，上盖通过外螺纹与缸体的一端螺纹连接，压紧螺柱、固定铜环、密封垫片依次排列在第一活塞中，第二活塞在靠近下盖的一侧，下盖固定在缸体的另一端，测压铜柱在第二活塞和下盖之间，第四密封圈设在第一活塞和缸体之间。本实用新型为油田二次增产开发室内研究工作中，建立一个用于在高温高压状态下，全方位模拟油田井下的原始状态，并能在这样的状态下从事悬浮炸药和液体炸药的研究提供捷径。

Description

用于油田层内爆炸室内研究的实验装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，特别是涉及一种用于油田层内爆炸室内研究的实验装置。

背景技术

截止目前为止，油田二次增产开发研究的领域相当广阔，但主要研究的议题是指低渗透油田油气藏的增产开发。因为我国低渗油藏的石油储量十分可观，新探明的低渗油田地质储量有数十亿吨，约占我国石油总储量的1/4。低渗透油藏通常采用直井和直加密井开发、注水开发和水平井开发等方案，直井和直加密井利用地层能量开发，采收率低。注水开发和压裂开发是目前大多数低渗透油藏比较通行的开发方案，需要增加钻井井数及油层改造次数，开采成本提高。水平井开发是近十多年发展起来的一项新技术，由于钻井难度大，还没有得到普遍应用。低渗透油藏储层条件差、开发技术单一、开发水平低下，因此采收率普遍低、经济性差，制约了我国低渗透油藏的高效开发。

目前对渗透率为0.1×10^-3至50×10^-3mm²的低渗、低孔油田开发主要采用水力压裂和酸化技术改造油层。但在渗透率很低的油气藏水力压裂只能形成垂直于最小主应力的两翼对开的一条垂直裂缝，老油层改造中的二次水力压裂，也往往只是沿老裂缝延伸，不能形成新方位的裂缝，油气只能通过原有的微水孔隙流入主裂缝产出；而离主裂缝较远的油气仍难以采出，如何提高你渗透油气田的采收率是我国石油工业面临的亟待解决的问题。如果能将适当的爆燃药压入水力或天然裂缝中，引爆那里的爆燃药，使其在主裂缝周围产生大量径向裂缝，为远离主裂缝油气提供流出通道，可以极大地提高石油采出率。越是低渗透率的油气藏，同样长度的水平裂缝比垂直裂缝增产效果更显著。在低渗透油气藏中，把爆燃药压入水力压裂的垂直裂缝中形成多条的次生裂缝将是一个高效开发的重要方式。

针对低渗油藏的地质特征，在分析和研究大量国内外相关技术文献，并运用目前相关技术发展的新技术、新方法。研究设计思想是：如何研究出一种新的增产技术，利用水力压裂技术将适当的爆燃药压入水力裂缝中，引爆那里的爆燃药，从而在主裂缝周围产生大量径向裂缝，为远离主裂缝油气提供流出通道。根据美国专利披露，像“Pictured dip”这样的地层(0.02md)，地层压力为800Psi，裂缝导流能力3md-ft，100ft水平裂缝的生产率约较一条1000ft单一垂直裂缝大6倍。另一例是由Howard等人在《水力压裂》书中提供和分析的，对于较高渗透率(0.2md)地层，地层压力1700Psi和裂缝导流能力150md-ft，一条200ft的水平裂缝的生产率较一条200ft垂直裂缝大1.5倍。以上论述表明，越是低渗透率的油气藏，同样长度的水平裂缝比垂直裂缝增产效果更显著。在低渗透油气藏中，把爆燃药压入水力压裂的垂直裂缝中形成多条的次生裂缝更加必要，目的为进一步提高改造效果，需开展低渗油藏层内爆炸技术可行性研究，将适量的爆燃火药注入水力裂缝或油层中，实现液体火药在地层中燃爆，形成微裂缝体系。研究的主要内容：开展液体火药配力、层内爆炸增产机理、施工工艺及安全性等研究，确定适合于层内爆炸的储层特征。通过现场试验，检验这项技术在扶余油层应用的可行性，为扶余油层储量的有效动用探索新途径。

中国科学院力学研究所及渗流力度研究所近年来对低渗透油气田和“层内爆炸”增产技术进行了研究。中国科学院建立了小尺度模拟实验装置，在小尺度条件下论证“层内爆炸”可行性。通过模拟试验，至少找到了一组“层内爆炸”用特种火炸药基本配方；在不到200mm尺度上实现了特种火炸药的挤注、点火和爆燃的基本过程，其峰值压力在100MPa上下；该特种火炸药的经济、安全性可能达到生产要求，从而证实“层内爆炸”原理基本可行。并从理论上证实薄层药爆燃可行，提出了考虑化学反应的一维可压缩流体力学模型。西安石油大学在层内爆炸方面也做了一定的工作，成功进行了液体药压裂的现场试验和推广工作，在液体药的配方优化，液体药点火，安全性及施工工艺等方面积累了丰富的经验和数据；另外，对爆燃药浆在水力裂缝中燃烧进行了室内点火、悬浮及安全等方面也进行了大量的工作。但是，油田二次增产开发研究是一个浩繁工程，需要投入大量的人力物力，每一口实验井的费用少则五十万元，多则数百万甚至上千万。一些研究单位的室内模拟实验研究装置的投资费用也相当庞大，国内中国科学院力学及渗流力度研究所、中国石油大学、西南石油大学、西安石油大学均投巨资，成立相应的实验室，建立与层内爆炸有关的实验研究装置。

但是，体积小，投资省，便于运输，使用方法简单，同时能在悬浮炸药和液体炸药研究中大显身手的实验研究装置尚未出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于油田层内爆炸室内研究的实验装置，其为油田二次增产开发室内研究工作中，建立一个用于在高温高压状态下，全方位模拟油田井下的原始状态，并能在这样的状态下从事悬浮炸药和液体炸药的研究提供捷径。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于油田层内爆炸室内研究的实验装置，其特征在于，其包括上盖、起爆系统、外螺纹、压紧螺柱、固定铜环、密封垫片、第一活塞、缸体、第二活塞、测压铜柱、下盖、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈，起爆系统的起爆引线的一端穿过上盖中心孔后连接在高温高压釜的接线柱上，起爆系统的起爆引线的另一端连接在第一活塞中的点火元件或组合点火具上，第一活塞在靠近上盖的一侧，上盖通过外螺纹与缸体的一端螺纹连接，压紧螺柱、固定铜环、密封垫片依次排列在第一活塞中，第二活塞在靠近下盖的一侧，下盖固定在缸体的另一端，测压铜柱在第二活塞和下盖之间，第一密封圈在缸体的外侧且靠近下盖，第二密封圈设在下盖和缸体之间，第三密封圈设在第二活塞和缸体之间，第四密封圈设在第一活塞和缸体之间。

优选地，所述第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈都为O型密封圈。

优选地，所述上盖上有四个对称孔眼，上盖的中心还有穿引起爆线的通孔。

优选地，所述起爆系统是由雷管和军用起爆用电点火头组成的点火具所制成。

本发明的积极进步效果在于：一、本发明简化了火炸药在层内爆燃的起爆装置，投资省，提高了点火效率；二、本发明可以将微球技术研究、液体火药或悬浮炸药的室内研究工作大大简化；三、本发明为解决井下套管和井壁的安全保护问题的室内研究，拓展了新的思路。

附图说明

图1为本发明用于油田层内爆炸室内研究的实验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明用于油田层内爆炸室内研究的实验装置包括上盖1、起爆系统2、外螺纹3、压紧螺柱4、固定铜环5、密封垫片6、第一活塞7、缸体8、第二活塞9、测压铜柱10、下盖11、第一密封圈12、第二密封圈13、第三密封圈14、第四密封圈15，起爆系统2的起爆引线的一端穿过上盖1中心孔后连接在高温高压釜的接线柱上，起爆系统2的起爆引线的另一端连接在第一活塞7中的点火元件或组合点火具上，第一活塞7在靠近上盖1的一侧，上盖1通过外螺纹3与缸体8的一端螺纹连接，压紧螺柱4、固定铜环5、密封垫片6依次排列在第一活塞7中，第二活塞9在靠近下盖11的一侧，下盖11固定在缸体8的另一端，测压铜柱10在第二活塞9和下盖11之间，第一密封圈12在缸体8的外侧且靠近下盖11，第二密封圈13设在下盖11和缸体8之间，第三密封圈14设在第二活塞9和缸体8之间，第四密封圈15设在第一活塞7和缸体8之间。第二密封圈13、第三密封圈14、第四密封圈15都为O型密封圈。

上盖上有四个对称孔眼，在引爆悬浮炸药和液体炸药后，反应区产生的巨大压力推动第一活塞迅速上移并通过这四个对称孔眼将压力传递到高温高压釜内，由相关传感器等元件测出温度和压力的增值。同时，可以用铁丝将整个实验装置通过四个孔眼与高温高压釜内的承压镙栓连接，使其悬挂在高温高压釜的缸体内。同时上盖的中心还有通孔，可以通过该通孔穿引起爆线；另外，上盖最主要的作用是可以将受压急速上移的第一活塞拦截在装置缸体内，避免其飞出装置而打坏高温高压釜封头上的配件。起爆系统是由雷管和军用起爆用电点火头组成的点火具所制成，需要爆炸时，用雷管起爆；需要爆轰和爆燃时用点火头组成的点火具起爆。起爆系统的主要作用是承载起爆用元件电雷管和电点火头组成的点火具，将其固定在第一活塞上相应的部位为引爆悬浮炸药和液体炸药做好准备。压紧螺柱上有四个对称小孔，便于用专用扳手通过这四个对称小孔将压紧镙柱固定在第一活塞上；在压紧镙柱中心有一个小孔，用来穿越雷管和电点火头组成的点火具的引线，最后通过专用固体胶将接线孔眼密封。固定铜环用于压紧螺柱与第一活塞主体连接处的侧面密封。密封垫片用于压紧螺柱与第一活塞主体的底面密封。第一活塞构成起爆和爆轰的主体器件，其作用有三个：其一，承载点火和起爆装置；其二，密封并隔离装置内爆炸区和非爆炸区；其三，由于第一活塞粘结盛装液体炸药和悬浮炸药的胶木管，形成实验装置中爆轰燃烧中心。第二活塞为装置底部的密封活塞，其作用也有三个：其一，用于从底部倒入液体炸药和悬浮炸药，由于上部有第一活塞密封，加料时，只能从底部进行；其二，拆开装置从第二活塞开始；其三，因为与底部测压铜柱连接，可以起到传递压力的作用。测压铜柱用于测定参考爆压。下盖用于爆炸实验时装置底部的密封。第一密封圈用于引爆反应前后下盖与缸体底部的密封。第二密封圈用于下盖顶部与测压铜柱底部处的密封。第三密封圈用于第二活塞与缸体下部接触孔之间的密封。第四密封圈用于第一活塞与实验装置缸体之间的密封。

做液体炸药和悬浮炸药实验时，首先，将压紧螺柱拧开，在第一活塞底部另一侧安装雷管或用电点火头组成的点火具，并将雷管和点火具的引线穿过第一活塞的中心孔，再用密封胶将中心孔密封，再垫上密封垫片，并将固定铜环套在压紧螺柱上，然后将引线穿过压紧螺柱，再将其拧在第一活塞上，组成起爆系统。其二，在第一活塞粘结雷管或点火具一侧，粘结盛装液体炸药和悬浮炸药的装药用胶木管。再在第一活塞上套上第四密封圈，并在第四密封圈上涂抹溶滑脂。再将起爆线接长待用。其三，拧掉装置上盖，从上部将起爆系统装入，距装置内缸体空腔底部约3-5mm处，便于控制装药量，要求第一活塞在上，装药部分在下。再将实验装置倒置，从底部倒入悬浮炸药或液体炸药到第二活塞孔中，使装药量达到25-35g，再放入已经套上第三密封圈的第二活塞，然后再安放测压铜柱(测压铜柱头部向上)。再在下盖上套上第一密封圈，然后将下盖拧紧在装置的下部。其四，将实验装置正立，在上盖上穿好悬挂铁丝，同时将起爆系统延长线从上盖中心孔处穿出，用万用表测量起爆系统内阻(一般为2-18Ω)。其五，将实验装置悬挂在高温高压釜的封头承压螺套上，安装好φ125mm高温高压釜后进行实验。其六，起爆后由高温高压釜测出相应数据。这样，本发明为油田二次增产开发室内研究工作中，建立一个用于在高温高压状态下，全方位模拟油田井下的原始状态，并能在这样的状态下从事悬浮炸药和液体炸药的研究提供捷径。

试验时，将安装好起爆点火具或起爆雷管或其他专用点火装置的第一活塞的下部粘结具有一定长度的胶木管，严格控制胶木管的长度，胶木管的外径为39mm 且内径为29-30mm，如果胶木管的长度为30mm，使其容积控制在能盛装28至40g液体炸药或悬浮炸药为宜，若过量太多，在引爆后不仅可能炸坏实验装置，而且极有可能损坏高温高压釜封头上部分配件；将粘结好胶木管的和起爆装置的第一活塞推到实验装置的下部，使其离下部空腔底部处留有3-5mm距离，这主要是在装满液态炸药后，在加压状态下，由于液体炸药是不可压流体，使高温高压釜内的施加压力能完整地传递到液态炸药上，使得室内研究实验能完全模拟油田井下的状态；将实验装置倒置，打开后盖，取下第二活塞，注入需要进行试验的液态炸药，注意必须将液态炸药装满下部空腔，保证在加压后能使釜压准确传递到液态炸药上，然后装上第二活塞、测压铜柱，拧紧后盖；将实验装置正置，拧好上盖，将其悬挂于高温高压釜封头下的承压螺套上，再将起爆装置引线与高温高压釜相关部位连接，用万用表测试起爆线路是否畅通；进行升温升压操作，到指定温度和指定压力后予以起爆。由于整个高温高压釜内充满了导热油，是依靠导热油作为工作介质来实现温度和压力的传递的，当反应体系起爆后，由于液态悬浮炸药或液体炸药爆炸或爆燃产生大量气体，体积急剧膨胀，迅速推动胶木管和第一活塞克服装置上部空腔内的油压上移，实验装置内的导热油被推出装置之外使釜内压力增大，经实验装置的测压铜柱、高温高压釜的压力表和温度及压力传感器，测定出其温度压力变化值。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种用于油田层内爆炸室内研究的实验装置，其特征在于，其包括上盖、起爆系统、外螺纹、压紧螺柱、固定铜环、密封垫片、第一活塞、缸体、第二活塞、测压铜柱、下盖、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈，起爆系统的起爆引线的一端穿过上盖中心孔后连接在高温高压釜的接线柱上，起爆系统的起爆引线的另一端连接在第一活塞中的点火元件或组合点火具上，第一活塞在靠近上盖的一侧，上盖通过外螺纹与缸体的一端螺纹连接，压紧螺柱、固定铜环、密封垫征依次排列在第一活塞中，第二活塞在靠近下盖的一侧，下盖固定在缸体的另一端，测压铜柱在第二活塞和下盖之间，第一密封圈在缸体的外侧且靠近下盖，第二密封圈设在下盖和缸体之间，第三密封圈设在第二活塞和缸体之间，第四密封圈设在第一活塞和缸体之间。

2.如权利要求1所述的用于油田层内爆炸室内研究的实验装置，其特征在于，所述第二密封圈，第三密封圈、第四密封圈都为O型密封圈。

3.如权利要求1所述的用于油田层内爆炸室内研究的实验装置，其特征在于，所述上盖上有四个对称孔眼，上盖的中心还有穿引起爆线的通孔。

4.如权利要求1所述的用于油田层内爆炸室内研究的实验装置，其特征在于，所述起爆系统是由雷管和军用起爆用电点火头组成的点火具所制成。

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