CN2136874Y

CN2136874Y - 深井压裂弹

Info

Publication number: CN2136874Y
Application number: CN 92233646
Authority: CN
Inventors: 田志波; 王刚合; 汪长栓; 鱼溶; 杨彬; 陈晖�; 黄振亚
Original assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Current assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1993-06-23
Anticipated expiration: 2002-09-23

Abstract

本实用新型是一种深井压裂弹，由点火器、升压弹、续能弹、稳压弹组成一级，1—7级串联为一体，其特点是弹顶压力和弹底压力相近，峰值压力低，有效的防止弹体滑脱、油管弯曲、卡弹现象的发生，尤其是装药包覆和壳体双层密封，有效的防止了因渗水而瞎火。该弹经过3081—3900m五口套管井试验结果表明，试验燃烧正常弹体完整无损。本实用新型不仅适用于油田的浅井、深井，更换耐热火药还能用于超深井。

Description

本实用新型涉及到压裂地下岩层的高能气体压裂装置的改进，主要用于油田3000m以上套管井油层改造的深井压裂弹，该弹由点火器、传火管、火药、壳体等组成。

在石油开采中，为了提高原油产量，就要对油层进行改造，这种改造主要是压裂。目前在石油开采中普遍采用的方法是水力压裂，但这种压裂费用昂贵，有一定的局限性，特别不适用于水敏性油层。另一种压裂方法是爆炸压裂，但这种压裂往往容易损坏套管。中国专利8928915“套管井高能压裂弹”仅适用于1500m以下的油田套管井，随油井深度的增大，井中压力增大，温度升高，火药的燃速加快，一般弹顶压力76MPa，峰值压力大于200MPa、弹底压力148MPa，再加上油井围压，使压力弹内压增大，造成弹的母扣处涨裂、节箍压裂、弹体滑脱、油管顶弯等事故的发生。中国专利92229050.7“缓冲压裂弹”从结构上作了较大的改进，采用阻尼器和平衡收集器缓冲上顶力；采用缓冲腔来延缓火药燃烧时间达到降低峰值压力的目的。这种结构上的改进降低峰值压力的办法，虽然是有效的，但是有一定的局限性，不能在较大的范围内降低峰值压力，因此缓冲压力弹用于油田3000m以上的套管井将是很困难的。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而设计一种能适用于油田3000m以上的套管井，防止弹体滑脱、油管弯曲、卡弹及因渗水而瞎火事故发生的深井压裂弹。

本实用新型的构思：要实现上述的目的，关键在于调节峰值压力，采用缓冲腔等结构上的改进，仅仅是外因的改变，而没有从火药的内因即改变火药的燃烧性能来调节峰值压力。要改变火药燃烧性能降低压力，只有使火药燃烧的弹底压力和弹顶压力趋向平衡，火药燃烧的延迟时间增长，压力上升缓慢。为了实现这一构思，采用一种新的装药结构：其一是包覆装药；在火药外围用一种绝热、耐压、防水的包覆层代替硝化棉软片包裹，这样，在深井中才能保证火药燃烧性能不受高温高压渗水的影响，经过包覆的火药是断面燃烧，延持时间长约几毫秒，而硝化棉软片包覆的火药是传火管多孔点火，全面燃烧，延迟时间短约几微秒；其二是多元装药：是由不同能量和燃速的火药组合成一整体，这样，控制了火药燃烧速度，燃烧过程持续时间长，压力稳定；其三是阻尼装药：在装药中间增加1－3个阻尼层，阻尼层的多少由火药的P－t曲线确定，主要用来衰减轴向压力，控制压力上升速度。

本实用新型由点火器1－5、升压弹6－12、续能弹13－19、稳压弹20－28组成：

点火器1－5：由壳体1、击针2、火帽3、点火管4、药包5组成，点火器除3撞击点火外还有电点火。

升压弹6－12：由密封室6、传火管7、壳体8、密封帽9、包覆层10、升压火药柱11、阻尼层12组成。

密封室6：有上下对称的密封槽29，用来固定密封升压火药柱，并装有传递点燃火药的传火管。

包覆层10：用耐压、耐温、防水的高聚物如橡胶类的材料，制成药筒，内外层用绝热材料涂覆。

升压火药柱11：用高燃速的单基管状药如12／1浇铸成圆柱体。

阻尼层12：用弹性材料如泡沫塑料或橡胶制成圆片。

续能弹13－19：由密封室13、传火管14、壳体15、包覆层16、密封帽17、续能火药柱18、传火药柱19组成：

续能火药柱18：用低燃速高能双基管状火药如双芳－3和橡胶混溶制成。

稳压弹20－28：由密封室20、传火管21、壳体22、包覆层23、密封帽24、稳压火药柱25、阻尼层26、延迟稳压火药柱27、弹帽28组成：

稳压火药柱25：用高能量的双基管状药如双芳－3浇铸成圆柱体。

延迟稳压火药柱27：用单基粒状火药如2／1樟和橡胶混溶制成。

弹帽28：用35CrMnSi钢制成半圆形，用于保护弹体，增加弹的下落速度，在弹帽内也可以装上测压装置。

本实用新型的制造：利用油田现有的壳体作为点火器、升压弹、续能弹、稳压弹的壳体，另外用35CrMnSi钢制成密封室，在各个壳体内装上相应的组成另件，所有的壳体都是通过首尾阴阳螺纹连接，由升压弹、续能弹、稳压弹各一个组成一级，其级数多少由油层厚度决定，一般由1－7级构成，再配上点火器就构成完整的深井压裂弹。

本实用新型的优点是耐压、耐温和密封性能好，适用于3000米以上的套管井，弹底压力和弹顶压力相近，峰值压力低，有效的防止弹体滑脱、油管弯曲、卡弹现象的发生，尤其是装药包覆和壳体双层密封有效的防止因渗水而瞎火。

附图1是深井压裂弹的剖面图：

1、8、15、22－壳体、2－击针，3－火帽，4－点火管，5－药包，6、13、20－密封室，7、14、21－传火管，10、16、23－包覆层，9、17、24－密封帽，11－升压火药柱，12、26－阻尼层，18－续能火药柱，19－传火药柱，25－稳压火药柱，27－延持稳压火药柱，28－弹帽，29－密封槽。

实施例：

1、参照附图1实施：

1.1点火器1－5的制造：用合金钢制成长600mm，外径φ90mm、内径φ80mm的壳体1，壳体下端螺纹连接密封室6，密封室内装有点火管4，其下端装有药包5，点火管上面装有火帽3，火帽上面连击针2，。

1.2升压弹6－12的制造：

1.2.1密封室6的制造：用35CrMnSi钢制成长180mm、外径φ90mm、内径φ80mm，密封室一端有密封槽29，槽内径φ40mm、高30mm。

1.2.2包覆层 10的制造：用F－Ⅱ橡胶制成长100mm，外径φ40mm，内径φ36mm的包覆层，内外涂上聚氨酯，包覆层上端敞口，下端中央有φ5mm小孔，用于传火。

1.2.3装药：用12／1管状单基药条长27mm浇铸成圆柱形大小与包覆层内径相近，浇铸的三个药柱装入包覆层内，药柱之间用泡沫塑料制成的阻尼层12隔开，上端插入传火管7，并用耐热耐压密封胶浇满固化成密封帽9。

把包覆好的升压火药柱11放入壳体8内，然后用密封胶固定在密封槽29内，壳体与密封室6螺纹连接。

1.3续能弹13－19的制造：参照升压弹的制造，不同的是密封室13和装药不同：

1.3.1密封室13的制造：用35CrMnSi钢制成长120mm，外径φ90mm，内径φ20mm，密封室两端有对称的密封槽29，槽内径φ40mm，高30mm，室内装有传火管14。

1.3.2装药：用2／1樟单基粒状火药和F－Ⅰ橡胶按4：1混溶制成长90mm、外径φ36mm圆柱体的续能火药柱18，上端有长30mm，φ10mm盲孔，下端有长10mm，φ5mm盲孔。将传火药柱19插入上端盲孔内，再用耐压耐温密封胶浇满固化成密封帽17。

1.4稳压弹20－28的制造：参照升压弹的制造，不同的是装药不同其制法：用2／1樟粒状火药和F－Ⅰ橡胶按4：1混溶制成长45mm，外径φ36mm柱体的延持稳压火药柱27，放入包覆层23内，再放入泡沫塑料阻尼层26，然后用双芳－3管状火药条长40mm，浇铸成圆柱形的稳压火药柱25放入阻尼层上，并用耐热耐温密封胶浇满固化成密封帽24。

最后一级稳压弹端部装有用35CrMnSi钢制成的半圆形的弹帽28。

使用时把三级串联成一体，再装上点火器置于3081m套管井中，试验结果：弹顶压力74.1MPa、弹底压力75.6MPa、峰值压裂84.1MPa，深井压裂弹完整无损，压裂效果明显。

另一试验：把五级串联成一体，换用电缆点火，放入3565m套管井中，试验结果：弹顶压力76MPa、弹底压力78.5MPa、峰值压力92.6MPa，弹体同样完整无损，压力效果明显。

Claims

1、一种深井压裂弹，由点火器、传火管、火药、壳体组成，其特征在于壳体内装药是由包覆装药、多元装药、阻尼装药构成，不同装药构成了升压弹、续能弹、稳压弹：

升压弹6-12、由密封室6、传火管7、壳体8、密封帽9、包覆层10、升压火药柱11、阻尼层12组成；

续能弹13-19、由密封室13、传火管14、壳体15、包覆层16、密封帽17、续能火药柱18、传火药柱19组成；

稳压弹20-28、由密封室20、传火管21、壳体22、包覆层23、密封帽24、稳压火药柱25、阻尼层26、延持稳压火药柱27组成；

升压弹、续能弹、稳压弹构成一级，由1-7级串联为一体，所有的壳体螺纹连接，不同装药之间用传火管衔接。