專利名稱：油氣井復(fù)合壓裂射孔方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，是一種能夠在射孔的同時(shí)對地層進(jìn)行深度壓裂改 造的復(fù)合壓裂射孔方法及裝置。
背景技術(shù)：
在油氣井勘探開發(fā)領(lǐng)域中，射孔是完井工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，射孔的完善程度決定 了油氣井的產(chǎn)能和壽命。當(dāng)今油氣井射孔普遍采用聚能射孔，由于單純的聚能射孔會在孔 道壁面形成一定厚度的壓實(shí)帶，這種壓實(shí)帶所帶來的后果是滲透率大幅降低，嚴(yán)重影響油 氣井產(chǎn)能和壽命。為此，人們在不斷地探索中開發(fā)了復(fù)合射孔技術(shù)。復(fù)合射孔是將聚能射孔 和火藥結(jié)合，在完成射孔的同時(shí)利用火藥爆燃產(chǎn)生的氣體作用于地層，用于解除堵塞污染， 破除射孔孔道內(nèi)的壓實(shí)帶，達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。目前，槍內(nèi)裝藥的一體式復(fù)合射孔由于其 具有施工簡單，安全可靠，對井筒損傷小，已在油田得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于一體式復(fù)合 射孔大多采用彈間裝藥形式，特別是在孔密較高的情況下火藥裝藥量大幅降低，使作用效 果變得很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種能夠有效提高能量利用率、提高射孔穿深、延 長裂縫，進(jìn)而提高壓裂效果的油氣井復(fù)合壓裂射孔方法及裝置。本發(fā)明為解決解決上述問題所提供的油氣井復(fù)合壓裂射孔方法是利用復(fù)合壓裂 射孔器的射孔彈爆炸引燃射孔器內(nèi)的一級火藥，一級火藥燃燒引燃射孔器內(nèi)的二級火藥， 一級火藥和二級火藥的壓力峰值時(shí)差為5 10毫秒，一級火藥性能參數(shù)是爆熱3600 4200kJ/kg、火藥力600 1100kJ/kg，二級火藥的性能參數(shù)是爆熱觀00 !MOOkJ/kg、火 藥力 600 1100kJ/kg。本發(fā)明為解決上述問題所提供的油氣井復(fù)合壓裂射孔裝置由一節(jié)射孔器或多節(jié) 射孔器連接構(gòu)成，所述的射孔器具有一個(gè)射孔槍，該射孔槍中設(shè)有圓筒型彈架，在該圓筒形 彈架上裝有多個(gè)聚能射孔彈；本發(fā)明的特別之處是在正對射孔彈射流方向的槍身上設(shè)置 泄壓孔，泄壓孔上裝有密封堵片，在圓筒形彈架上安裝內(nèi)藥盒和外藥盒，其中內(nèi)藥盒裝在圓 筒形彈架內(nèi)，且位于相鄰聚能射孔彈之間，內(nèi)藥盒內(nèi)裝一級火藥，外藥盒附著在圓筒型彈架 外壁，外藥盒內(nèi)裝二級火藥；其中一級火藥的組分重量配比為高氯酸銨75 80%、端羥基 聚丁二烯20 25%和適量添加劑，高氯酸銨和端羥基聚丁二烯之和為100%，所說的添加 劑是固化劑、增塑劑、緩燃劑和穩(wěn)定劑，一級火藥的性能參數(shù)是爆熱3600 4200kJ/kg、火 藥力600 1100kJ/kg ；二級火藥的組分重量配比為高氯酸銨75 80%、聚醚20 25% 和適量添加劑，高氯酸銨和聚醚之和為100%，所說的添加劑是固化劑、增塑劑、緩燃劑和穩(wěn) 定劑，二級火藥的性能參數(shù)是爆熱觀00 3400kJ/kg、火藥力600 1100kJ/kg。利用上述一級火藥與二級火藥在槍內(nèi)的裝藥方式可實(shí)現(xiàn)裝藥量的增加，并達(dá)到延 長壓力作用時(shí)間的目的。
上述的密封堵片可以是脆性材料密封堵片，譬如粉末冶金密封堵片或氧化鋁-氧 化鋯陶瓷密封堵片。上述的泄壓孔最好是臺階孔，該臺階孔的小端位于圓筒形彈架的內(nèi)壁，密封堵片 裝在該臺階孔的臺階上。這樣做的目的是提高射孔彈的炸高，而炸高的提夠增大射孔彈的 穿深效果。射孔時(shí)，導(dǎo)爆索引燃射孔彈，射孔彈爆炸后的產(chǎn)物首先點(diǎn)燃內(nèi)藥盒里的一級火藥， 然后再點(diǎn)燃彈架外側(cè)射孔彈兩側(cè)外藥盒中的二級火藥。一級火藥與二級火藥壓力峰值的時(shí) 差為5 10毫秒。由于一級火藥與二級火藥的壓力峰值存在時(shí)差，從而形成了能量的互補(bǔ)， 在孔道中形成有效壓力的持續(xù)時(shí)間更長，充分提高了能量的利用率，延長了裂縫的長度。本發(fā)明將一級和二級火藥分別裝在藥盒里，不但簡化了裝配工藝，便于包裝和運(yùn) 輸，且提高了安全性，而且這種結(jié)構(gòu)形式也便于規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。本發(fā)明在正對射孔彈 射流方向的槍身上設(shè)置泄壓孔，所產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w無需通過井筒環(huán)空縱向和徑向運(yùn)動(dòng)，而 是直接通過泄壓孔釋放到射孔孔道，從而降低了爆燃?xì)怏w的能量損失。本發(fā)明適用于電纜、 鉆桿或油管輸送等現(xiàn)場作業(yè)工藝。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖1射孔器槍身上的泄壓孔及堵片部分的局部視圖。圖3是圖1彈架外側(cè)外藥盒的剖視圖。圖4是圖1彈架外側(cè)外藥盒的立體圖。圖5是本發(fā)明射孔彈爆炸、一級火藥和二級火藥燃燒的壓力曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容加以詳細(xì)說明。如圖1所示射孔器槍身1的左端是接頭2，右端是尾堵3。圓筒形彈架4上裝有 多個(gè)射孔彈5，各射孔彈按照設(shè)定的方位螺旋形排列。內(nèi)藥盒6裝在圓筒形彈架4的里面， 每兩個(gè)相鄰的射孔彈之間安裝一個(gè)內(nèi)藥盒6 ；外藥盒7裝在圓筒形彈架4的外面。參見圖2，在槍身1上正對射孔彈彈頭的位置設(shè)有泄壓孔8，泄壓孔8內(nèi)裝有堵片 9。泄壓孔8設(shè)計(jì)成臺階形孔，堵片9裝在泄壓孔的臺階上。堵片9采用現(xiàn)有的氧化鋁-氧 化鋯增韌陶瓷，其中氧化鋁占95%，氧化鋯占3%。也可選用粉末冶金材料，譬如鐵基粉末 冶金材料。堵片在射孔彈爆炸作用下能夠完全破碎，不僅消除了原先鋼制堵片對井筒的污 染，而且避免了以往鋼制堵片在射孔后下落搭橋而可能引起的卡槍事故。如圖3、圖4所示。為了便于安裝，上述的外藥盒7的最佳方式是兩個(gè)外藥盒7連 為一體，構(gòu)成外藥盒組件，該外藥盒組件具有一個(gè)圓筒形藥盒架71，圓筒形藥盒架上設(shè)有安 置射孔彈的孔72，兩個(gè)外藥盒位于圓筒形藥盒架上安置射孔彈的孔72的兩側(cè)。安裝時(shí)只需 將外藥盒組件一個(gè)個(gè)套在彈架的外面即可，所以安裝十分簡單，而且很安全。內(nèi)藥盒里裝有 一級火藥，外藥盒里裝有二級火藥。這種一體化的藥盒能夠方便的與彈架、射孔彈和導(dǎo)爆索 進(jìn)行合理裝配，同時(shí)也適用于可變孔密和相位的個(gè)性化設(shè)計(jì)。上述的一級火藥的組分重量 配比為高氯酸銨75%、端羥基聚丁二烯25%，高氯酸銨和端羥基聚丁二烯之和為100%，添加劑(固化劑、增塑劑、緩燃劑和穩(wěn)定劑)占酸銨和HTPB之和的1.3%，其性能參數(shù)是 爆熱3700 3900kJ/kg、火藥力700 900kJ/kg ；二級火藥的組分重量配比為高氯酸銨 80%、聚醚20%，高氯酸銨和聚醚之和為100%，添加劑(固化劑、增塑劑、緩燃劑和穩(wěn)定劑) 占酸銨和聚醚之和的1. 5%，其性能參數(shù)是爆熱3900 4100kJ/kg、火藥力900 IlOOkJ/kg ο圖5給出了射孔彈爆炸、一級火藥和二級火藥燃燒的壓力曲線，圖中曲線A是射孔 彈的爆炸壓力曲線，曲線B是一級火藥燃燒時(shí)的壓力曲線，曲線C是二級火藥燃燒時(shí)的壓力 曲線，曲線D是一級火藥和二級火藥燃燒復(fù)合后的壓力曲線?？梢钥闯觯捎谝患壔鹚幣c二 級火藥的壓力峰值時(shí)差洽到好處，其復(fù)合后的壓力下降緩慢，且持續(xù)時(shí)間較長，這樣就在孔 道中形成持續(xù)的高壓狀態(tài)，其作用時(shí)間比普通復(fù)合射孔延長一倍以上，從而延長了裂縫的 長度。參見圖3，在外藥盒7中可以用支撐砂73來替換部分二級火藥74，在裂縫壓開的 同時(shí)，支撐砂被高壓氣體帶入裂縫中，能夠起到對裂縫的支撐作用，阻止裂縫閉合，進(jìn)一步 提高油氣導(dǎo)流能力，達(dá)到增產(chǎn)的目的。根據(jù)射孔方案的不同，外藥盒內(nèi)可以是上部裝支撐砂 73，下部裝二級火藥74 ；或者一側(cè)裝支撐砂，另一側(cè)裝二級火藥；也可以將部分外藥盒全裝 支撐砂。內(nèi)外藥盒的盒體材料采用可燃性材料，在火藥燃燒過程中能夠完全燃燒，無殘余 物；藥盒盒體還能夠有效抵擋射孔彈爆炸沖擊波和高溫對火藥的直接作用而引起的爆炸反 應(yīng)，使火藥始終處于一種快速燃燒狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.油氣井復(fù)合壓裂射孔方法，其特征是利用復(fù)合壓裂射孔器的射孔彈爆炸引燃射 孔器內(nèi)的一級火藥，一級火藥燃燒引燃射孔器內(nèi)的二級火藥，一級火藥和二級火藥的壓力 峰值時(shí)差為5 10毫秒，一級火藥性能參數(shù)是爆熱3600 4200kJ/kg、火藥力600 1100kJ/kg，二級火藥的性能參數(shù)是爆熱觀00 !MOOkJ/kg、火藥力600 1100kJ/kg。
2.實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的油氣井復(fù)合壓裂射孔裝置，由一節(jié)射孔器或多節(jié)射孔器 連接構(gòu)成，所述的射孔器具有一個(gè)射孔槍，該射孔槍中設(shè)有圓筒型彈架G)，在該圓筒形彈 架(4)上裝有多個(gè)聚能射孔彈(5)，其特征是在正對射孔彈射流方向的槍身上設(shè)置泄壓孔 (8)，泄壓孔上裝有密封堵片(9)，在圓筒形彈架上安裝內(nèi)藥盒(6)和外藥盒(7)，其中內(nèi)藥 盒裝在圓筒形彈架內(nèi)，且位于相鄰聚能射孔彈之間，內(nèi)藥盒(6)內(nèi)裝一級火藥，外藥盒(7) 附著在圓筒型彈架外壁，外藥盒(7)內(nèi)裝二級火藥，其中一級火藥的組分重量配比為高氯 酸銨75 80%、端羥基聚丁二烯20 25%和適量添加劑，高氯酸銨和端羥基聚丁二烯之 和為100%，所說的添加劑是固化劑、增塑劑、緩燃劑和穩(wěn)定劑，一級火藥的性能參數(shù)是爆熱 3600 4200kJ/kg、火藥力600 1100kJ/kg ；二級火藥的組分重量配比為高氯酸銨75 80 %、聚醚20 25 %和適量添加劑，高氯酸銨和聚醚之和為100 %，所說的添加劑是固化 劑、增塑劑、緩燃劑和穩(wěn)定劑，二級火藥的性能參數(shù)是爆熱觀00 3400kJ/kg、火藥力600 1100kJ/kg。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合壓裂射孔裝置，其特征是密封堵片(9)是脆性材料密封 堵片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的復(fù)合壓裂射孔裝置，其特征是泄壓孔(8)是臺階孔，該臺 階孔的小端位于圓筒形彈架的內(nèi)壁，密封堵片(9)裝在該臺階孔的臺階上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合壓裂射孔裝置，其特征是兩個(gè)外藥盒(7)連為一體，構(gòu)成 外藥盒組件，該外藥盒組件具有一個(gè)圓筒形藥盒架(71)，圓筒形藥盒架上設(shè)有安置射孔彈 的孔(72)，兩個(gè)外藥盒位于圓筒形藥盒架上安置射孔彈的孔(7 的兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合壓裂射孔裝置，其特征是在外藥盒中用支撐砂來替換部 分二級火藥。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合壓裂射孔裝置，其特征是外藥盒內(nèi)上部裝支撐砂，下部 裝二級火藥；或者一側(cè)裝支撐砂，另一側(cè)裝二級火藥。
全文摘要
本發(fā)明是一種能在射孔的同時(shí)對地層進(jìn)行深度壓裂的油氣井復(fù)合壓裂射孔方法及裝置，它是利用復(fù)合壓裂射孔器的射孔彈爆炸引燃射孔器內(nèi)的一級火藥，一級火藥燃燒引燃射孔器內(nèi)的二級火藥，一級火藥和二級火藥的壓力峰值時(shí)差為5～10毫秒，從而形成了能量的互補(bǔ)，在孔道中形成持續(xù)的高壓狀態(tài)，延長了裂縫的長度；一級火藥主要由高氯酸銨和端羥基聚丁二烯組成，二級火藥主要由高氯酸銨和聚醚組成；復(fù)合壓裂射孔裝置中的射孔槍槍身上設(shè)有正對射孔彈射流方向的泄壓孔，泄壓孔上裝有密封堵片，在圓筒形彈架上安裝有內(nèi)藥盒和外藥盒，其中裝有一級火藥的內(nèi)藥盒裝在圓筒形彈架內(nèi)，且位于相鄰聚能射孔彈之間，裝有第二級火藥外藥盒附著在圓筒型彈架外壁。
文檔編號E21B43/263GK102052068SQ20091021891
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者孫憲宏, 張國桉, 成建龍 申請人:西安通源石油科技股份有限公司