CN111550228A - 一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法，包括短节壳体，短节壳体内设置有储液筒，储液筒内设置有耐高温火药和低沸点充填液，耐高温火药的中央设置有耐高温点火药，耐高温火药呈圆柱状，耐高温火药的外表面涂覆有火药包覆层，低沸点充填液位于火药包覆层和储液筒的筒壁之间，火药包覆层能够对耐高温火药进行隔水、密封和降温；储液筒的上方密封设置有第二隔热顶座，第二隔热顶座上方设置有点火器和与点火器电连接的延迟起爆元件，点火器通过引线与耐高温点火药连接，延迟起爆元件连接有电缆，电缆伸出短节壳体，短节壳体的顶部密封设置有第一隔热顶座。本发明能够防止在爆燃压裂前火药因高温而燃烧。

Description

一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及油气田开发工程爆燃压裂技术领域，特别是涉及一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法。

背景技术

爆燃压裂又称为高能气体压裂，是油气藏改造的重要手段，可实现近井带复杂缝网构建，提高储层的渗流能力。爆燃压裂技术应用范围扩大，应用环境复杂化、多元化及安全性，对爆燃压裂应用药剂体系、设备工具、工艺方法提出更高要求。

由于爆燃压裂采用火药生成高能气体，在施工管柱下放过程中存在深井高温提前引燃火药、损坏井筒的风险，目前爆燃压裂应用井深仍然相对较低；另外，已有部分矿场施工井次存在火药自燃、火药进水而未能有效爆燃的问题。而如何保障火药顺利达到深部储层目的深度，是有效开展后续引爆、成功压裂的关键前提，因此亟需一种能够防止在爆燃压裂前火药因高温而燃烧的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，防止在爆燃压裂前火药因高温而燃烧。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置，包括呈圆柱形的短节壳体，所述短节壳体内设置有储液筒，所述储液筒内设置有耐高温火药和低沸点充填液，所述耐高温火药的中央设置有耐高温点火药，所述耐高温火药呈圆柱状，所述耐高温火药的外表面涂覆有火药包覆层，所述低沸点充填液位于所述火药包覆层和所述储液筒的筒壁之间，所述火药包覆层能够对所述耐高温火药进行隔水、密封和降温；所述储液筒的上方密封设置有第二隔热顶座，所述第二隔热顶座上方设置有点火器和与所述点火器电连接的延迟起爆元件，所述点火器通过引线与所述耐高温点火药连接，所述延迟起爆元件连接有电缆，所述电缆伸出所述短节壳体，所述短节壳体的顶部密封设置有第一隔热顶座。

优选的，所述短节壳体的底部设置有与所述低沸点充填液相通的稳压孔，所述稳压孔中设置有可移动垫片，所述稳压孔远离所述低沸点充填液的一端用于与井筒中的水连通。

优选的，所述短节壳体的顶部设置有排气孔，所述排气孔中设置有单向阀，所述排气孔一端通过所述第二隔热顶座中的通气孔与所述低沸点充填液的顶部相通，另一端用于与井筒中的水连通。

优选的，所述短节壳体的侧壁上设置有若干个呈螺旋状分布的放气孔，所述放气孔中充填有亲油性颗粒。

优选的，所述短节壳体的侧壁中充填有保温套，所述保温套的材料为橡胶；所述延迟起爆元件为具有延时功能的传爆机构。

优选的，所述火药包覆层的材料为重油或树脂，所述重油或所述树脂中掺杂有硝酸铵和干燥硅胶；所述储液筒的外壁涂覆有玻璃质树脂。

优选的，所述短节壳体的顶端和底端分别螺纹连接有一管柱。

本发明还提供一种上述爆燃压裂用防高温提前引爆装置的施工方法，包括以下步骤：

(1)根据施工目的层的深度、压力、温度以及施工井筒的井径条件，选择合适尺寸的短节壳体和合适的火药，短节壳体的最大外径小于井筒内径，耐高温火药、耐高温点火药的室内测试燃点应低于目的层温度；在短节壳体中充填保温套，将储液薄筒放置于短节壳体内部，通过充填涂覆材料使储液薄筒与短节壳体间密封、不透水，静置一段时间，保证短节壳体内部清洁、干燥、无杂物；

(2)将耐高温点火药置于耐高温火药的中心，在耐高温火药的外表面涂覆火药包覆层，将耐高温火药进行静置、干燥处理；然后将耐高温火药置于短节壳体中心处；

(3)将低沸点充填液倒入火药包覆层和短节壳体之间；

(4)在储液筒的上方安装第二隔热顶座；将点火器、延迟起爆元件、传输用电缆连接，通过引线将所述点火器与所述耐高温点火药连接，将所述点火器、所述延迟起爆元件、所述引线全部放置到所述第二隔热顶座上部，然后在所述点火器上部安放第一隔热顶座；

(5)将安装好的短节放于水中，测试装置密封性，以不漏气、低沸点充填液不外溢为密封要求，密封测试时间为24h；

(6)将上管柱、下管柱分别与安装好的短节壳体螺纹连接；

(7)通过井架下放上管柱、下管柱和短节壳体到施工目的层深度；然后对所述点火器进行点火。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法能够防止在爆燃压裂前火药因高温而燃烧。本发明爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法利用火药周围介质的吸热、隔水作用，保障耐高温火药性能完好、防止提前引爆，进而提高了深井爆燃压裂的施工成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明爆燃压裂用防高温提前引爆装置的结构示意图；

图2为本发明爆燃压裂用防高温提前引爆装置的施工方法的流程图；

其中：1-外螺纹；2-点火器；3-第一隔热顶座；4-延迟起爆元件；5-电缆；6-引线；7-第二隔热顶座；8-排气孔；9-单向阀；10-低沸点充填液；11-火药包覆层；12-储液筒；13-短节壳体；14-放气孔；15-耐高温火药；16-耐高温点火药；17-保温套；18-稳压孔；19-内螺纹。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，防止在爆燃压裂前火药因高温而燃烧。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图2所示：本实施例爆燃压裂用防高温提前引爆装置包括呈圆柱形的短节壳体13，短节壳体13内设置有储液筒12，储液筒12内设置有耐高温火药15和低沸点充填液10，耐高温火药15的中央设置有耐高温点火药16，耐高温火药15呈圆柱状，耐高温火药15的外表面涂覆有火药包覆层11，低沸点充填液10位于火药包覆层11和储液筒12的筒壁之间，火药包覆层11能够对耐高温火药进行隔水、密封和降温；火药包覆层11的材料为重油或树脂，重油或树脂中掺杂有硝酸铵和干燥硅胶，干燥硅胶、有机溶剂对耐高温火药起隔水、密封作用，当装置内部温度高于硝酸铵的分解反应温度时，硝酸铵反应吸热，对耐高温火药15起到降温作用。

储液筒12的上方密封设置有第二隔热顶座7，第二隔热顶座7上方设置有点火器2和与点火器2电连接的延迟起爆元件4，点火器2通过引线6与耐高温点火药16连接，延迟起爆元件4连接有电缆5，过电缆孔眼中的电缆5向内与延迟起爆元件4、点火器2依次连接，向外与外部传输电缆连接且进行防烧保护，短节壳体13的顶部密封设置有第一隔热顶座3。

短节壳体13的底部设置有内端与低沸点充填液10相通的稳压孔18，稳压孔18设置有可移动垫片，可移动垫片上具有与稳压孔内壁相连接的卡环，保证可移动垫片仅在稳压孔内部左右移动的同时，不会从稳压孔中掉落，进而阻挡低沸点充填液溢漏，稳压孔外端用于与井筒中的水连通。稳压孔的作用原理参考牙轮钻头的储油密封装置，能够实现短节内部和井筒中液体压力的平衡。短节壳体13的顶部设置有排气孔8，排气孔8中设置有9，排气孔8一端通过第二隔热顶座7中的通气孔与低沸点充填液10的顶部相通，另一端用于与井筒中的水连通，装置下放过程低沸点充填液10吸热挥发的气体由排气孔8和单向阀9流至井筒中；短节壳体13的侧壁上设置有若干个呈螺旋状分布的放气孔14，放气孔14中充填有亲油性颗粒，耐高温火药15燃烧后形成的气体冲击放气孔14中的亲油性颗粒、由放气孔14流入井筒。

短节壳体13的侧壁中充填有保温套17，保温套17的材料为橡胶；延迟起爆元件4为具有延时功能的液压、剪切或电路控制方式传爆机构，当短节壳体13为最上方一节时，可将点火器2、延迟起爆元件4设计为投棒起爆方式。

储液筒12由低强度的非金属材料制成，在储液筒12外壁刷一层玻璃质树脂，对耐高温火药15起密封、保温作用。短节壳体13的顶端和底端分别螺纹连接有一管柱，分别为上管柱和下管柱，短节壳体13的顶端设置有外螺纹1，底端设置有内螺纹19。

本实施例还公开一种上述爆燃压裂用防高温提前引爆装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤(1)、安装短节，将火药、低沸点充填液10密封于短节壳体13内部，其过程如下：

101)、短节壳体13与火药准备：根据施工目的层的深度、压力、温度以及施工井筒的井径条件，选择合适尺寸的短节壳体13，短节壳体13的最大外径小于井筒内径，耐高温火药15、耐高温点火药16的室内测试燃点应低于目的层温度，短节壳体13上的内螺纹19、外螺纹1可设计为内平、贯眼或正规方式，当施工井筒具有较大井斜角时，可将短节壳体13与上、下管柱的螺纹连接改为钢丝绳连接，并在短节壳体的两端对称添加滑轮，保障上提、下放装置时不会遇卡；清洁排气孔8、稳压孔18，保证两处孔眼中无杂物；在短节壳体13中充填保温套17，本实施例中保温套17为橡胶，将储液筒12放置于短节壳体13内部，通过充填涂覆材料使储液筒12与短节壳体13间密封、不透水，静置一段时间，保证短节壳体13内部清洁、干燥、无杂物；

102)、火药放置：将耐高温点火药16置于耐高温火药15的中心，在耐高温火药15的外表面涂覆火药包覆层11，将耐高温火药15进行静置、干燥处理；将耐高温火药15置于短节壳体13中心处，可利用在耐高温火药15表面缠绕线圈、短节壳体13内部充填部分颗粒或短节壳体13内部底端设置卡槽方式固定耐高温火药15，保障火药不发生移动；

103)、低沸点充填液10准备：将低沸点充填液10倒入涂覆火药包覆层11和储液筒12之间，低沸点充填液10可为甲醇、乙醇、乙酸乙酯等有机液体，其沸点远小于目的深度处的温度，当目的深度处的温度增加，选择沸点高的低沸点充填液；低沸点充填液10的高度应高于第二隔热顶座7的底部，多余的低沸点充填液10在放置第二隔热顶座7时从排气孔8流出；

104)、隔热顶座放置：将第二隔热顶座7放置于短节壳体13内部，放置过程中保证第二隔热顶座7上的孔眼与短节壳体13上的排气孔8孔眼对齐，通过对第二隔热顶座7外表面的孔眼进行刻槽处理，提高孔眼对准效率；将点火器2、延迟起爆元件4、传输用电缆5连接，引线6将点火器2与耐高温点火药15连接，将点火器2、延迟起爆元件4、引线6全部放置到第二隔热顶座7上部，对短节壳体13上的过电缆孔眼进行密封处理，在第二隔热顶座7与第一隔热顶座3中间对称放置多个支撑块，支撑块的高度应大于点火器2、延迟起爆元件4的高度，防止高压作用下第二隔热顶座7上移而损坏点火器2；在点火器2、延迟起爆元件4上部先放置防护用的缓冲材料，缓冲材料可为防火、导电性能差的纤维，然后在点火器2上部安放第一隔热顶座3，在第一隔热顶座3上部和附近的短节壳体13外壁涂钻杆丝扣油，实现隔水作用；

105)、装置密封性测试：将安装好的短节放于水中，测试装置密封性，以不漏气、低沸点充填液10不外溢为密封要求，本实施例中密封测试时间为24h；

步骤(2)、将短节与上、下管柱分别进行连接，下放装置至目的深度，其过程如下：

201：管柱连接：通过短节壳体13表面的外螺纹1、内螺纹19与装置上、下部的管柱分别进行连接，当施工层位厚度较大时，短节数量为多个，最上部的一根短节与上部钻杆或油管、辅助管柱连接，进而组成爆燃压裂施工管柱；

202：装置下放：通过井架下放施工管柱过程中，在尽量减少碰撞的前提下提高下放速度，下放至井筒目的深度处停止；按照选择的点火器类型，按照常规爆燃压裂点火方式选择投棒或电缆传输点火。

综上，本实施例在爆燃压裂用防高温提前引爆装置安装完毕内部组件后，利用井架下放至井筒目的深度处，下放过程利用火药周围介质的吸热、隔水作用，保障耐高温火药性能完好、防止提前引爆，进而提高深井爆燃压裂的施工成功率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种爆燃压裂用防高温提前引爆装置，其特征在于：包括呈圆柱形的短节壳体，所述短节壳体内设置有储液筒，所述储液筒内设置有耐高温火药和低沸点充填液，所述耐高温火药的中央设置有耐高温点火药，所述耐高温火药呈圆柱状，所述耐高温火药的外表面涂覆有火药包覆层，所述低沸点充填液位于所述火药包覆层和所述储液筒的筒壁之间，所述火药包覆层能够对所述耐高温火药进行隔水、密封和降温；所述储液筒的上方密封设置有第二隔热顶座，所述第二隔热顶座上方设置有点火器和与所述点火器电连接的延迟起爆元件，所述点火器通过引线与所述耐高温点火药连接，所述延迟起爆元件连接有电缆，所述电缆伸出所述短节壳体，所述短节壳体的顶部密封设置有第一隔热顶座。

2.根据权利要求1所述的爆燃压裂用防高温提前引爆装置，其特征在于：所述短节壳体的底部设置有与所述低沸点充填液相通的稳压孔，所述稳压孔中设置有可移动垫片，所述稳压孔远离所述低沸点充填液的一端用于与井筒中的水连通。

3.根据权利要求1所述的爆燃压裂用防高温提前引爆装置，其特征在于：所述短节壳体的顶部设置有排气孔，所述排气孔中设置有单向阀，所述排气孔一端通过所述第二隔热顶座中的通气孔与所述低沸点充填液的顶部相通，另一端用于与井筒中的水连通。

4.根据权利要求1所述的爆燃压裂用防高温提前引爆装置，其特征在于：所述短节壳体的侧壁上设置有若干个呈螺旋状分布的放气孔，所述放气孔中充填有亲油性颗粒。

5.根据权利要求1所述的爆燃压裂用防高温提前引爆装置，其特征在于：所述短节壳体的侧壁中充填有保温套，所述保温套的材料为橡胶；所述延迟起爆元件为具有延时功能的传爆机构。

6.根据权利要求1所述的爆燃压裂用防高温提前引爆装置，其特征在于：所述火药包覆层的材料为重油或树脂，所述重油或所述树脂中掺杂有硝酸铵和干燥硅胶；所述储液筒的外壁涂覆有玻璃质树脂。

7.根据权利要求1所述的爆燃压裂用防高温提前引爆装置，其特征在于：所述短节壳体的顶端和底端分别螺纹连接有一管柱。

8.一种权利要求1-7任意一项所述的爆燃压裂用防高温提前引爆装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据施工目的层的深度、压力、温度以及施工井筒的井径条件，选择合适尺寸的短节壳体和合适的火药，短节壳体的最大外径小于井筒内径，耐高温火药、耐高温点火药的室内测试燃点应低于目的层温度；在短节壳体中充填保温套，将储液薄筒放置于短节壳体内部，通过充填涂覆材料使储液薄筒与短节壳体间密封、不透水，静置一段时间，保证短节壳体内部清洁、干燥、无杂物；

(2)将耐高温点火药置于耐高温火药的中心，在耐高温火药的外表面涂覆火药包覆层，将耐高温火药进行静置、干燥处理；然后将耐高温火药置于短节壳体中心处；

(3)将低沸点充填液倒入火药包覆层和短节壳体之间；

(4)在储液筒的上方安装第二隔热顶座；将点火器、延迟起爆元件、传输用电缆连接，通过引线将所述点火器与所述耐高温点火药连接，将所述点火器、所述延迟起爆元件、所述引线全部放置到所述第二隔热顶座上部，然后在所述点火器上部安放第一隔热顶座；

(5)将安装好的短节放于水中，测试装置密封性，以不漏气、低沸点充填液不外溢为密封要求，密封测试时间为24h；

(6)将上管柱、下管柱分别与安装好的短节壳体螺纹连接；

(7)通过井架下放上管柱、下管柱和短节壳体到施工目的层深度；然后对所述点火器进行点火。

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