CN102031952A - 多级射孔增压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级射孔增压方法，工艺过程如下：将增压装置连接在上一级射孔枪枪尾，上一级射孔枪起爆后，射孔枪将爆轰波传递至增压装置，引爆增压装置的隔板点火器，隔板点火器引燃增压火药机构，增压火药机构产生高压气体推动增压活塞运动剪断增压装置的剪切销，推动活塞挤压夹层油管内液体，使夹层油管内压力升高，剪断下一级压力起爆装置的剪切销，引爆下一级的压力起爆装置和射孔枪，完成下一层射孔作业。本发明可以保证增压火药在增压腔内燃烧产生压力的稳定和可控，再作用于增压活塞上，使增压活塞运动平稳，还可实现高精度剪切，可用于压力式多级射孔工艺中，适用于各种井况。
Description
技术领域
本发明涉及油气井TCP油管传输射孔领域，尤其涉及一种TCP多级射孔增压方法。
背景技术
在石油工业中，油井射孔作业是一项重要的工序，是将射孔枪下放到井下目的层，利用起爆装置引爆，引爆后聚能射孔弹将射孔枪、套管和水泥层穿出孔道，使地层与油井相通，达到地层油气能顺利流入油井目的。
多级射孔工艺指在下一次管串的情况下，一次性射开多个油气层的射孔工艺技术，可以减少射孔次数，节约作业时间和成本。常规的多级射孔作业方式是采用加夹层枪射孔工艺、多个压力点火头分级射孔工艺、多级投棒射孔工艺三种。例如，中国专利申请号“200810228974.X”公开了一种分段式油管传输复合射孔工艺，其申请日为2008年11月24日，公开日为2009年5月20日，此种射孔工艺采用多级起爆的方式，上部第一级的点火方式与正常点火方式一样，可以采用油管加压点火、投棒点火或油套加压点火等方式，下部各个次级可以采用压力点火、压力延迟点火或投棒点火等方式，其射孔管串连接关系如下：上部射孔器的底部连接具有双重功能的下挂接头，接头中心连接具有延迟点火功能的中速火药药柱，外边采用泄压足够快的筛管，筛管下部连接夹层射孔器或油管，再下部是正常射孔管串。再如，中国专利号“200420003373.6”公开了 一种用于石油射孔作业的多个层位逐级依次射孔装置，其申请日为2004年2月6日，授权公告日为2005年3月2日，包括环空加压器、起爆器、射孔器、传压枪尾、封隔器、夹层油管，置于套管内的油管内置有环空加压器，油管上设有封隔器，油管上依次套接有起爆器、射孔器、传压枪尾，在该装置的底部装有枪尾。又如，中国专利号“97208455.X”公开了一种石油射孔技术领域的油气井用多层起爆装置，其申请日为1997年1月30日，授权公告日为1998年10月7日，它由本体、火工丢手座、投棒和各式密封圈四个部分组成，火工丢手座与本体之间通过螺纹连接起来。
加夹层枪射孔工艺存在的主要问题在于：对大段距、多层段射孔，夹层枪多，作业工作量大，作业强度大，成本高，且传爆环节多，可靠性低。多个压力点火头分级射孔工艺存在的问题主要在于：需从套管加压射孔，对已射孔的老井补孔时，地层与套管沟通，无法加压进行负压射孔，且加压时压井液进入地层，可能污染地层。多级投棒射孔工艺存在的主要问题在于：投放棒依靠重力撞击起爆下一级射孔枪，不适用于大斜度斜井、水平井射孔作业；常规的投棒起爆作业未起爆时，为避免误射孔，必须捞棒后才能上提管柱，但多级投棒起爆装置不能进行捞棒作业；多级投棒射孔工艺在二级以上的投放棒有自毁装置，但施工时自毁装置仍存在不起爆风险，工程事故处理施工时间较长，可靠性、安全性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有石油工业中多级射孔存在的上述问题，提供一种多级射孔增压方法，本发明可以保证增压火药在增压腔内燃烧产生压力的稳定和可控，再作用于增压活塞上，使增压活塞运动平稳，还可实现高精度剪切，可用于压力式多级射孔工艺中，适用于各种井况，特别是可以解决大斜度井及水平井多层段、大段距、负压射孔需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多级射孔增压方法，其特征在于，包括如下工艺过程：将增压装置连接在上一级射孔枪枪尾，上一级射孔枪起爆后，射孔枪将爆轰波传递至增压装置，引爆增压装置的隔板点火器，隔板点火器引燃增压火药机构，增压火药机构产生高压气体推动增压活塞运动剪断增压装置的剪切销，推动活塞挤压夹层油管内液体，使夹层油管内压力升高，剪断下一级压力起爆装置的剪切销，引爆下一级的压力起爆装置和射孔枪，完成下一层射孔作业。
所述增压装置包括隔板点火器和增压火药机构，还包括动力壳体和位于动力壳体下部的增压壳体，动力壳体内设置有动力腔，增压壳体内设置有增压腔，动力腔与增压腔连通，所述隔板点火器和增压火药设置在动力腔内，增压活塞设置在增压腔内，增压活塞通过推杆连接有活塞，活塞通过剪切销固定在中间接头上。
所述隔板点火器包括隔板体，所述隔板体内设置有装有火药的施主端装药孔和受主端装药孔，受主端装药孔与装有点火药柱的点火药柱腔连通，点火药柱腔与喷射孔相通。
所述增压火药机构包括壳体、壳体上的盖板和底座，底座与增压活塞连接，所述壳体内设置有点火药柱、点火药环和复合火药，点火药柱位于点火药环内，复合火药位于点火药环下部。
所述增压火药机构的火药燃烧时间控制在10—30S，产生的峰值压力在100MPa内。
所述动力壳体两端均为连接端，连接端上设置有密封圈。
所述动力壳体与增压壳体螺纹连接，连接处设置在固定螺钉。
所述增压壳体包括上增压壳体和下增压壳体，上增压壳体通过中间接头与下增压壳体连接。
所述上增压壳体和下增压壳体分别与中间接头螺纹连接，连接处设置有密封圈。
所述推杆上设置有堵塞，活塞与堵塞连接。
所述下增压壳体连接有下接头，下接头上设置有安全阀和泄压阀。
所述下增压壳体上设置有流通槽与流通孔。
采用本发明的优点在于：
一、本发明采用液压增压原理，增加夹层油管压力，用于压力式多级射孔工艺中，适用性广，可在垂直井、斜井、水平井中使用，特别是可以解决大斜度井及水平井多层段、大段距、负压射孔等需求。
二、采用本发明中的隔板点火器与增压装置工具相结合，具有较高的敏感性与较强的点火能力，受主端装药在施主端装药作用后能被可靠点燃并输出点火能量，隔板点火器具有接受爆轰、引燃增压火药作用，把上一级射孔枪的爆轰转化为燃烧，又能够使射孔枪与增压腔保持隔离状态，避免相互干扰，保证增压复合火药在增压腔内燃烧产生压力的稳定性，可控性。
三、采用本发明中的增压火药，尤其是点火药柱位于点火药环内，火药位于点火药环下部，火药在壳体内等面燃烧，可以保证火药在增压腔内燃烧产生压力的稳定和可控，再作用于增压活塞上，使增压活塞运动平稳。
四、本发明中活塞通过剪切销固定在中间接头上，可实现高精度剪切，具有防止增压活塞与推杆在下井过程中下移，保持增压活塞运动行程作用，其可以避免在管串震动时损坏，并且能在设计的剪切压力下可靠剪断。
五、本发明中下增压壳体上设置流通槽与流通孔。流通孔在油管下井时，井液进入夹层段油管，自动灌满油管。流通槽在产品工作时，当活塞运动时，引入井液作用在活塞上，增加夹层段油管压力。
六、采用本发明作业时，增压过程平稳、可控，带有过载保护装置（安全阀、泄压阀），系统安全可靠。增加压力高，产品正常工作时在100m夹层油管（2 7/8油管，外径φ73mm，内径φ62mm）内增加压力大于70MPa。
七、采用本发明作业，加压时，井液只进入第一级压力起爆装置上端管柱，不进入地层，解决了已射孔的老井地层与套管沟通，无法加压进行负压射孔，且加压时压井液进入地层，可能污染地层，影响产能问题，有利于保护环境，提高生产能力。
八、采用本发明作业时，用油管代替夹层枪，工艺简单、操作简便，井下使用时工作稳定、安全、可靠，解决了夹层枪多，作业工作量大，作业强度大，成本高，且传爆环节多，可靠性低等问题。可以减少由于夹层枪渗漏、断爆等引起的工程事故，提高射孔成功率，增加了系统安全性、可靠性，减少了处理事故的费用，并优化了射孔工艺，提高了作业效率，节约了作业成本。
九、采用本发明作业时，下一次管柱可对多个层位进行射孔，减少管柱起下，节约施工费用和时间，能科学及时地指导增产措施，提高经济效益，更重要的是避免射孔后高压油气井起下管柱带来的风险和影响产量，有效地提高系统的安全性、可靠性。
附图说明
图1为本发明中多级射孔增压装置结构示意图；
图2为本发明中隔板点火器示意图；
图3为本发明中增压火药机构示意图；
图1中的附图标记为：1、隔板点火器，2、O形圈，3、动力壳体，4、增压火药机构，5、螺钉，6、上增压壳体， 7、增压活塞，8、下接头，9、推杆，10、中间接头，11、堵塞，12、剪切销，13、活塞，14、下增压壳体，15、泄压阀，16、安全阀；
图2中的附图标记为：1、盖帽，2、施主端装药孔，3、隔板体，4、O形圈，5、受主端装药孔，6、点火药柱，7、卡圈；
图3中的附图标记为：1、盖板， 2、点火药柱，3、点火药环，4、复合火药， 5、壳体，6、底座。
具体实施方式
一种多级射孔增压方法，包括如下工艺过程：将多级射孔增压装置连接在上一级射孔枪枪尾，上一级射孔枪起爆后，射孔枪将爆轰波传递至增压装置，引爆增压装置的隔板点火器，隔板点火器引燃增压火药机构，增压火药机构产生高压气体推动增压活塞运动剪断铜剪切销，推动活塞挤压夹层油管内液体，使夹层油管内压力升高，剪断下一级压力起爆装置的剪切销，引爆下一级的压力起爆装置和射孔枪，完成下一层射孔作业。本发明中的压力起爆装置可以采用现有技术中的压力起爆装置。
采用油管输送方式，在第一级射孔枪尾部连接第一级多级射孔增压装置，再连接夹层油管、第二级压力起爆装置、第二级射孔枪、第二级多级射孔增压装置，依次连接夹层油管、下一级压力起爆装置与射孔枪。另可根据作业需要连接减震器、封隔器等仪器。
增压装置包括隔板点火器和增压火药机构，还包括动力壳体和位于动力壳体下部的增压壳体，动力壳体内设置有动力腔，增压壳体内设置有增压腔，动力腔与增压腔连通，所述隔板点火器和增压火药设置在动力腔内，增压活塞设置在增压腔内，增压活塞通过推杆连接有活塞，活塞通过剪切销固定在中间接头上。
隔板点火器包括盖帽、隔板体、O形圈和卡圈，所述隔板体内设置有装有火药的施主端装药孔和受主端装药孔，受主端装药孔与装有点火药柱的点火药柱腔连通，点火药柱腔与喷射孔相通。
增压火药机构包括壳体、壳体上的盖板和底座，所述壳体内设置有点火药柱、点火药环和复合火药，点火药柱位于点火药环内，复合火药位于点火药环下部。
本发明中，动力壳体两端均为连接端，连接端上设置有密封圈。动力壳体与增压壳体螺纹连接，连接处设置在固定螺钉。
增压壳体包括上增压壳体和下增压壳体，上增压壳体通过中间接头与下增压壳体连接。上增压壳体和下增压壳体分别与中间接头螺纹连接，连接处设置有密封圈。推杆上设置有堵塞，活塞与堵塞连接。增压壳体连接有下接头，下接头上设置有安全阀和泄压阀。在壳体上设置有流通槽与流通孔。
本发明是用于多级射孔作业中，采用液压增压原理，使夹层油管内压力升高，引爆下一级压力起爆装置与下一级射孔枪，完成下一层射孔作业，下一次管柱可对多个层位进行射孔。以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图所示，多级射孔增压方法作业系统管柱由隔板点火器、增压火药、多级射孔增压装置、压力起爆装置、射孔器等组成。采用油管输送方式，在第一级射孔枪尾部连接第一级多级射孔增压装置，再连接夹层油管、第二级压力起爆装置、第二级射孔枪、第二级多级射孔增压装置，依次连接夹层油管、下一级压力起爆装置与射孔枪。另可根据作业需要连接减震器、封隔器等仪器。
多级射孔增压装置由隔板点火器、增压火药、动力壳体、增压活塞、上增压壳体、推杆、活塞、剪切销、下增压壳体、下接头、泄压阀、安全阀、O形圈、螺钉等组成。动力壳体、增压壳体、下接头通过螺纹连接，O形圈密封，并采用螺钉防止连接松动。
隔板点火器、增压火药机构装在动力腔内，隔板点火器接受射孔枪爆轰，把上一级射孔枪的爆轰转化为燃烧，点燃增压火药机构的增压火药。隔板点火器使射孔枪与增压腔保持隔离状态，避免压力相互干扰；火药在动力腔内燃烧时间在10—30S，产生的峰值压力在100MPa内，压力稳定，可控，作用与增压活塞上，使增压活塞运动平稳。
增压活塞连接推杆装在上增压壳体内，活塞依靠剪切销固定在中间接头上。产品工作时，增压活塞受压力作用推动推杆和活塞运动，剪断剪切销。
剪切销具有防止增压活塞与推杆在下井过程中由于重力作用下移，保持增压活塞运动行程作用；由于剪切销需达到一定压力才剪断，可在增压腔与上增压壳体内建立初始压力，使增压火药燃烧可靠，避免火药刚燃烧，增压活塞就运动，增压腔与上增压壳体内压力下降太快，使增压火药断燃。剪切销为高精度剪切销，其具有一定的强度以免在管串震动时损坏，并且能在设计的剪切压力下可靠剪断。
在下增压壳体上设置流通槽与流通孔。流通孔在油管下井时，井液在夹层油管内外压差作用下进入夹层段油管，灌满油管。流通槽在产品工作时，当活塞运动时，引入井液作用在活塞上，增加夹层段油管压力。
在下接头上设置有安全阀，安全阀上设计有一定厚度的破裂片，破裂片耐压值可调（耐压值范围：80-140MPa），在当夹层段油管内压力增加过高时，安全阀破裂片打开，沟通环空和夹层段油管，泄放压力，避免夹层段油管破裂，提高管柱安全性。
在下接头上设置有泄压阀，泄压阀上设计有泄压螺栓与泄压孔，射孔后当夹层段油管内压力增加过高时，起出管柱时可先旋转泄压螺栓，打开泄压通道，泄放夹层段油管压力，避免拆卸油管时油管内井液在高压下喷出，提高井口操作安全性。
本发明工作原理为：
采用隔板起爆、火工作动、液体压缩增压起爆原理。作业时，根据射孔层所处的井压选择压力起爆装置剪切销的数量，井口加压引爆第一级起爆装置，起爆装置输出的爆轰引爆第一级射孔枪。第一级射孔枪射孔后，引爆增压装置隔板点火器，引燃二级点火药柱、三级增压复合火药。增压火药燃烧产生的压力推动活塞，挤压夹层油管中的井液，产生压力增量，起爆第二级压力起爆装置与第二级射孔枪，完成第二级射孔作业,并依次工作起爆下一级压力起爆装置与下一级射孔枪，完成下一层射孔作业。
Claims (10)
1. 一种多级射孔增压方法，其特征在于，包括如下工艺过程：将增压装置连接在上一级射孔枪枪尾，上一级射孔枪起爆后，射孔枪将爆轰波传递至增压装置，引爆增压装置的隔板点火器，隔板点火器引燃增压火药机构，增压火药机构产生高压气体推动增压活塞运动剪断增压装置的剪切销，推动活塞挤压夹层油管内液体，使夹层油管内压力升高，剪断下一级压力起爆装置的剪切销，引爆下一级的压力起爆装置和射孔枪，完成下一层射孔作业。
2.根据权利要求1所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述增压装置包括隔板点火器和增压火药机构，还包括动力壳体和位于动力壳体下部的增压壳体，动力壳体内设置有动力腔，增压壳体内设置有增压腔，动力腔与增压腔连通，所述隔板点火器和增压火药设置在动力腔内，增压活塞设置在增压腔内，增压活塞通过推杆连接有活塞，活塞通过剪切销固定在中间接头上。
3.根据权利要求2所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述隔板点火器包括隔板体，所述隔板体内设置有装有火药的施主端装药孔和受主端装药孔，受主端装药孔与装有点火药柱的点火药柱腔连通，点火药柱腔与喷射孔相通。
4.根据权利要求2所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述增压火药机构包括壳体、壳体上的盖板和底座，底座与增压活塞连接，所述壳体内设置有点火药柱、点火药环和复合火药，点火药柱位于点火药环内，复合火药位于点火药环下部。
5.根据权利要求1—4中任一所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述增压火药机构的火药燃烧时间控制在10—30S，产生的峰值压力在100MPa内。
6.根据权利要求1—4中任一所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述动力壳体两端均为连接端，连接端上设置有密封圈。
7.根据权利要求1—4中任一所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述增压壳体包括上增压壳体和下增压壳体，上增压壳体通过中间接头与下增压壳体连接。
8.根据权利要求7中任一所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述上增压壳体和下增压壳体分别与中间接头螺纹连接，连接处设置有密封圈。
9.根据权利要求8中任一所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述下增压壳体连接有下接头，下接头上设置有安全阀和泄压阀。
10.根据权利要求9中任一所述的多级射孔增压方法，其特征在于：所述下增压壳体上设置有流通槽与流通孔。
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