專利名稱：油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及油氣井增產(chǎn)解堵技術領域，特別是利用化學反應產(chǎn)生動力，更深地打通地層油氣通道的解堵裝置。
背景技術：
高能氣體壓裂是近十幾年來興起的一種新的油田油氣井增產(chǎn)技術。其原理是利用推進劑——火藥燃燒形成的高溫高壓氣體，通過射孔孔眼作用于地層。使油藏地層形成多條徑向裂縫，溝通與天然裂縫的聯(lián)系，打開近井地層空隙堵塞，解除污染。高能氣體壓裂與爆炸增油增注技術相比，它具有對地層作用時間較長的特點，爆炸過程是以微秒級完成的，而火藥燃燒只延續(xù)到毫秒級，如幾十毫秒到幾百個毫秒。如中國專利公告號為2506770的專利申請，就是一種在井口投棒，撞擊起爆器，引燃殼彈體內(nèi)火藥，兩級火藥爆炸，利用泄氣管將氣體直接作用目的層，達到油井解堵目的。如中國專利公告號為2630493的專利申請，是一種多級脈沖射孔壓裂裝置，利用快速火藥和慢速火藥爆炸，對地層形成多級壓裂，達到油井增加油氣產(chǎn)量的目的。
液體火藥高能氣體壓裂是1991年原蘇聯(lián)專家來西安石油大學講學時披露的以NH4NO3、甘油和水組成的液體藥高能氣體壓裂技術。該技術可延續(xù)40秒，裂縫可達25m以上，不能擠進地層更深層壓裂；同時又存在施工工藝復雜，點火不可靠的問題。
以上技術，雖然在不斷進步，對地層的作用時間越來越長，但總是與火藥燃燒相聯(lián)系。我們都知道火藥燃速遵循以下規(guī)律u＝u1pr。式中u為火藥燃速，u1為火藥燃燒系數(shù)，P為燃燒時環(huán)境壓力，r為壓力指數(shù)。即火藥會隨壓力升高，燃速會迅猛增加。因此在油水井中火藥裝藥量受到了極大的限制，一般為40～80公斤，再多裝炸藥就會把油井套管炸壞，造成不可挽回的經(jīng)濟損失。
火藥燃燒產(chǎn)生的氣體為CO、CO2、HCl、H2O(蒸氣)等，在高能氣體壓裂工藝過程中火藥燃燒氣體逸出井口，聚集在井口周圍的空氣中。在井口無風的環(huán)境下由于CO密度與空氣相當，HCl比空氣重，會使井場周圍布滿毒氣。給后續(xù)井口周圍作業(yè)人員造成傷害。如2004年5月長慶采油二廠項目組曾發(fā)生高能氣體壓裂后，井口地面造成后續(xù)作業(yè)工人CO中毒現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，克服火藥燃燒速度快，燃燒時間短，對油層不能造成寬長裂縫的不足。本實用新型采用反應藥劑在油氣井筒中與水反應，產(chǎn)生大量的氣體和熱量，當其達到地層破裂壓力時，把地層壓開多條裂縫。反應繼續(xù)激烈進行，把未反應的顆粒和溶液一起擠進地層，在地層中繼續(xù)進行反應，并產(chǎn)生高溫高壓，使裂縫繼續(xù)往地層深處延伸。如此經(jīng)過若干次的反復過程，使地層裂縫達到更大的范圍，深層次地解除地層污染、溝通天然裂縫，達到增產(chǎn)增注的目的。反應氣體為無毒的輕質(zhì)氣體，逸出井口后迅速升空，分散在更大的范圍之內(nèi)，對后續(xù)井口作業(yè)人員不會造成傷害。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的該技術是利用密閉容器把兩種或兩種以上固體反應藥劑下置到油氣井目的層位。然后利用起爆裝置把密閉容器打開，使井筒中的水進入密閉容器內(nèi)。密閉容器里的反應藥劑溶解于水，互相之間產(chǎn)生激烈反應，產(chǎn)生大量的氣體和熱，當反應氣體在井內(nèi)達到地層破裂壓力時，把地層壓開多條徑向裂縫。反應繼續(xù)激烈進行，把未反應的反應藥劑顆粒和溶液一起擠進地層，反應藥劑在地層中繼續(xù)和溶液進行反應，并產(chǎn)生高溫高壓，使裂縫繼續(xù)往地層深處延伸。如此經(jīng)過若干次的反復過程，使地層裂縫達到更大范圍，解除深層地層污染、溝通地層天然裂縫，達到增產(chǎn)增注目的。
把固體顆粒(顆粒尺寸為100μm-1mm之間)與其它兩種以上反應藥劑密閉裝在外徑為88-103mm，壁厚為9-10.5mm的筒狀槍身內(nèi)，槍身上有通孔，孔的直徑在18-23mm之間?？子脠A形密封墊堵塞封。槍身內(nèi)裝填有兩種或兩種以上的固體物質(zhì)，分層裝填或把其混合在一起。在反應藥劑的上部有黑火藥。槍身兩端有螺紋，槍身下端螺紋連接尾堵，尾堵與槍身之間有密封圈；槍身上端螺紋連接起爆裝置。
如果需要壓開的地層比較厚，單個槍身長度和力量有限，可以將2-10個槍身連接起來，既槍身與槍身之間有兩端帶螺紋的連接體，連接體與槍身之間有密封圈。上部的槍身上端螺紋連接起爆裝置；下部的槍身下端螺紋連接尾堵。
為了提高槍身孔與鋼片之間的密封性，可以在圓形鋼片外包有橡膠或塑料。
為了提高槍身孔與鋼片之間的密封性，槍身孔可以是梯形孔。
用油管傳輸工藝或電纜傳輸工藝把槍身下到油氣井的目的層位。引爆起爆裝置，點燃點火藥包。點火藥包產(chǎn)生的壓力把槍身壁上鋼片噴出，槍身外部的水涌入槍身內(nèi)，溶解了槍身內(nèi)裝填的可溶性反應藥劑。可溶性反應藥劑溶解于水后，在局部形成很大的濃度，該溶液與不溶的固體粒子激烈反應生成熱量和大量輕質(zhì)氣體，使槍身局部溫度升高，加速下部可溶性物質(zhì)的溶解，可溶性物質(zhì)的大量溶解，又加快與固體顆粒的反應如此經(jīng)過幾個循環(huán)往復，目的層的溫度與壓力迅速增加，達到地層破裂壓力并把地層壓開多條徑向裂縫。沒有反應或沒有反應完的固體顆粒與高濃度的溶液被推進被壓開的裂縫中，繼續(xù)進行化學反應。在被壓開的地層裂縫中產(chǎn)生高溫高壓氣體，使裂縫加深加大，如此，經(jīng)過幾個循環(huán)往復的過程，地層裂縫的深度和與地層的溝通范圍更加廣泛。因而達到增產(chǎn)增注的目的。
也可以在槍身內(nèi)僅裝填一種固體顆粒，其余兩種或兩種以上的可溶于水的反應藥劑在地面溶于一個大罐中。用油管傳輸工藝把槍身下到油氣井的目的層位。在井口用泵把溶液泵入油管中，用適量頂替液把溶液頂替到槍身周圍及其下部附近。引爆起爆裝置，點燃點火藥包。點火藥包產(chǎn)生的壓力把槍身壁上密封鋼片噴出，槍身外部高濃度的溶液與槍身內(nèi)的固體顆粒產(chǎn)生激烈的反應產(chǎn)生熱量和大量的輕質(zhì)氣體。由于這樣的工藝過程，可以更大量地把反應物質(zhì)運送到油氣井的目的層位，反應猛度更大，作用時間更長，效果會更加明顯。
與高能氣體壓裂火藥燃燒生成的CO、CO2、HCl、H2O不同，本技術反應產(chǎn)生的氣體為輕質(zhì)氣體，其分子量比高能氣體壓裂產(chǎn)生的氣體分子量要小的多，因而具有更強的穿透效果。
本技術反應有少量的固體生成，但該固體是非常容易溶解于水的，不含有易于形成不溶于水的鹽類的陽離子(如Ca++、Fe++、Al+++等)。此固體溶解于水“可以減少油水井中的水粘度，增加油水在井下和近井地層的流動性?！北阌谟退捻樌沙?。
本實用新型的有益效果是本實用新型采用幾種物質(zhì)之間連續(xù)反應產(chǎn)生高壓，對地層進行有效的深層次壓裂，打破了長期采用的火藥爆炸方式產(chǎn)生高壓，對地層進行瞬間壓裂的傳統(tǒng)做法。本實用新型在井下地層壓裂技術領域?qū)儆谑讋?chuàng)。本實用新型與火藥燃燒氣體壓裂相比，具有相對緩慢的反應速度。火藥會隨壓力升高，燃速會迅猛增加，油氣井中火藥裝藥量受到限制，一般為40～80公斤，再大就把套管炸壞了。
而本裝置幾種反應藥劑反應速度相對緩慢，受壓力增加反應的速度增加不大。可以更大量地增加反應物質(zhì)，而增加作用時間。可以把油藏地層壓開更長更寬的裂縫，而且反應過程可以把小顆粒的固體物質(zhì)擠進地層，在地層內(nèi)繼續(xù)進行反應，使反應向地層深部推進，在地層深處繼續(xù)作用，達到火藥爆炸壓裂達不到的深層次壓裂的效果。
根據(jù)化學反應式，以每公斤固體顆粒計算，可以產(chǎn)生1600千卡的熱量，1.24m3的輕質(zhì)氣體。相當于1.5公斤雙基推進劑燃燒產(chǎn)生的熱量和氣體。采用本技術在井下的反應時間可達2分鐘以上。
本實用新型反應后的氣體產(chǎn)物無毒。而氣體壓裂的火藥燃燒產(chǎn)生的氣體為CO、CO2、N2、H2O、HCl等，其中CO、HCl氣體產(chǎn)物含量較多，有可能對后續(xù)井口施工人員造成傷害。而本實用新型反應后產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物只有氫氣。氫氣逸出井口很快升空，無毒、無副作用，卻不能聚集井口周圍，不會對井口后續(xù)作業(yè)工人造成中毒和死亡事件，安全可靠。
本技術反應有少量的固體生成，但該固體是非常容易溶解于水的，不含有易于形成不溶于水的鹽類的陽離子(如Ca++、Fe++、Al+++等)。此固體溶解于水后，可以減少油水井中的水粘度，增加油水在井下和近井地層的流動性，促進井下油水順利采出。
如果在油氣層為水敏地層(即油氣層遇清水使層內(nèi)粘土膨脹，減少地層滲透率)采用本技術，可使砂巖孔壁穩(wěn)定并減少粘土膨脹。主要是反映后產(chǎn)生的反應藥劑含有足夠鉀離子和氫氧根離子，如K+存在的條件下，OH-和沙巖發(fā)生相互作用，通過下列兩條機理之一使粘土穩(wěn)定第一，K+與粘土作用生成鉀硅鋁酸鹽礦物(可能是鉀沸石)，而沉淀在砂巖粘土上。這種沉淀物阻止淡水與粘土接觸，也可把運移粘土微粒固結(jié)到砂巖孔壁上，因而使粘土穩(wěn)定。第二，OH-離子與砂巖中的粘土發(fā)生不可逆的相互作用，部分溶解油氣層中粘土，引起硅氧鍵的斷裂，這種斷裂隨后形成更穩(wěn)定的形式。這種穩(wěn)定的重新排列使可運移粘土微粒以化學鍵鍵合到砂巖孔壁而穩(wěn)定并和膨脹粘土的晶層鍵合到一起，減少其膨脹性。
一般來講，同類粘土對不同的離子作用不同，穩(wěn)定粘土正是利用這一特點，用結(jié)合能力較強的離子(如K+、NH4+)取代粘土上結(jié)合能力弱的易引起膨脹分散的離子(如Na+)，使粘土不易出現(xiàn)膨脹分散而穩(wěn)定。
另外，本實用新型產(chǎn)生了意想不到效果。當?shù)貙颖粔洪_后，地層內(nèi)的硫化氫有毒氣體逸出。由于本實用新型反應后液體呈堿性，堿性液體可以吸收大量的硫化氫，而硫化氫毒氣在井內(nèi)被中和，不會逸出井口。


附圖1是油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是一個五件油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置連接在一起，并送到油井內(nèi)需要解堵地層的示意圖。
1-起爆裝置；2-槍身；3-密封墊；4-反應藥劑；5-尾堵；6-測壓器；7-密封圈；8-連接體。
具體實施方式
如圖1、2所示，該圖為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)圖，槍身(2)外徑為102mm的優(yōu)質(zhì)鋼管，其材料為N80優(yōu)質(zhì)鋼材，其外壁有規(guī)律地開有直徑為20mm的梯形孔，采用包有橡膠和鋼片制成的密封墊(3)將梯形孔密封。槍身(2)上部是起爆裝置(1)，起爆裝置(1)與槍身(2)之間用螺紋連接并用合適規(guī)格的“O”型密封圈(7)密封。五節(jié)槍身(2)連接在一起，兩節(jié)槍身(2)之間用雙公接頭的連接體(8)連接。上部的槍身(2)上端螺紋連接起爆裝置(1)。起爆裝置(1)下放置一個25g的黑火藥藥包。藥包下部裝滿固體顆粒和數(shù)種化學反應藥劑(4)。槍身(2)下部用尾堵(5)密封。尾堵(5)下部中心安裝有測壓器(6)。
在地面把102mm的槍身上的梯形孔用包有橡膠密封墊(3)密封。密封墊(3)是由鋼片在外部先涂覆一層室溫硫化硅橡膠，用木錘砸進孔中。在裝藥劑前可抽樣檢驗，槍身(2)的密封性，必須保證槍身(2)在30-60Mpa不漏水的情況下才能準許使用。
在下井前把裝配好的槍身(2)運抵井場，在井場把幾種反應藥劑(4)分層或混裝在槍身(2)里，根據(jù)需要的長度把數(shù)節(jié)槍身(2)用雙公接頭連接體(8)連接在一起，安裝尾堵(5)、起爆裝置(1)。起爆裝置(1)、尾堵(5)都有相應的“O”型密封圈(7)密封，切忌在下水過程中，水從連接部位進入槍身(2)內(nèi)。
為了增大用藥劑量，在槍身(2)內(nèi)僅裝一種固體物質(zhì)，其余兩種以上反應藥劑(4)溶解在井場的一個大罐中，其濃度保證泵入井下目的層中能與裝在槍身(2)的固體物質(zhì)起激烈的化學反應。為保證加速兩種以上的反應藥劑(4)物質(zhì)溶解速度，可以通過鍋爐車加熱，把溶解的溶液儲存在井口場地備用。
用油管傳輸工藝(或電纜傳輸工藝)把裝有多種反應藥劑(4)的槍身(2)下到油氣目的層位。通過井口投棒、引爆起爆裝置(1)。起爆裝置(1)引爆，點燃了槍身內(nèi)的黑火藥藥包，黑火藥藥包燃燒產(chǎn)生的壓力使槍身(2)上部的密封墊(3)噴出，井中的水迅速進入槍身(2)，使槍身(2)內(nèi)裝填的幾種反應藥劑(4)產(chǎn)生激烈反應，產(chǎn)生大量的氣體和熱量。
如果是槍身(2)內(nèi)僅裝填一種反應藥劑(4)，其余反應藥劑(4)是在井口溶解在一個大罐中，則施工工藝如下把溶解在大罐中其它兩種以上的化學溶液用泵車通過油管泵入。用適量的頂替液把化學溶液頂替到目的層位。投棒引爆起爆裝置(1)，打開槍身(2)，使槍身(2)內(nèi)的反應藥劑(4)與頂入的反應藥劑(4)產(chǎn)生激烈反應，產(chǎn)生大量的氣體和熱量。
權利要求1.一種油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，是由槍身(2)、起爆裝置(1)、尾堵(5)、測壓器(6)等組成，其特征在于槍身(2)外徑為88-103mm，壁厚為9-10.5mm，槍身(2)上有橫向通孔，孔的直徑在18-23mm之間，孔用圓形密封墊(3)堵塞，槍身(2)兩端有螺紋，槍身(2)下端螺紋連接尾堵(5)，尾堵(5)與槍身(2)之間有密封圈(7)；槍身(2)上端螺紋連接起爆裝置(1)，槍身(2)內(nèi)密閉裝有反應藥劑(4)，在反應藥劑(4)的上部有火藥。
2.如權利要求1所述的油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，其特征在于將2-10個槍身(2)連接起來，槍身(2)之間有兩端帶螺紋的連接體(8)，連接體(8)與槍身(2)之間有密封圈(7)，上部的槍身(2)上端螺紋連接起爆裝置(1)；下部的槍身(2)下端螺紋連接尾堵(5)。
3.如權利要求1或2所述的油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，其特征在于圓形密封墊(3)是在圓形鋼片外包有橡膠。
4.如權利要求1或2所述的油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，其特征在于槍身(2)的橫向空孔是梯形孔。
5.如權利要求1或2所述的油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，其特征在于槍身(2)內(nèi)裝填的兩種反應藥劑(4)，是分層裝填的。
6.如權利要求1或2所述的油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，其特征在于槍身內(nèi)裝填的兩種反應藥劑(4)，混合在一起裝填的。
7.如權利要求1或2所述的油氣井化學反應氣動力深穿透熱解堵裝置，其特征在于在反應藥劑(4)的上部的火藥為20-30克之間。
專利摘要本實用新型涉及利用化學反應動力，更深地打通地層油氣通道的解堵裝置。其特征是槍身外徑為88－103mm，壁厚為9－10.5mm。槍身上有橫向通孔，孔的直徑在18－23mm之間。尾堵與槍身之間有密封圈。槍身上端螺紋連接起爆裝置，槍身內(nèi)密閉裝有反應藥劑，在反應藥劑的上部有火藥?？梢詫?－10個槍身連接起來使用。效果是打破了長期采用火藥爆炸傳統(tǒng)做法。反應藥劑反應速度相對緩慢，能把儲層壓開更長更寬的裂縫，實現(xiàn)火藥爆炸壓裂達不到的深層次壓裂效果，促進井下油水順利采出。意想不到效果是，本實用新型反應后液體呈堿性，吸收地層硫化氫。藥品無毒、無副作用，安全可靠。
文檔編號E21B43/116GK2823549SQ20052010983
公開日2006年10月4日 申請日期2005年6月15日 優(yōu)先權日2005年6月15日
發(fā)明者王安仕 申請人:王安仕