CN117343709B - 一种非爆释能解堵药剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非爆释能解堵药剂及其制备方法和应用，属于油气开采压裂解堵技术领域。本发明解决了现有油田解堵用药剂能量利用率低、成本高、手续繁杂等问题。本发明基于铝热剂提供一种全非爆途径的水热冲击超临界相变的释能药剂，该释能药剂以液体水为基液，盛装在非爆释能解堵装置内，通过电流触发非爆炸性释热铝热剂的热化学反应在水中快速放热，可在1‑5s时间范围内使液体水吸热相变转变为超临界态，迅速发生体积膨胀对外做功，通过快速能量转换实现高温高压解堵或压裂造缝的物理方法完成油气层改造。
Description
技术领域
本发明涉及一种非爆释能解堵药剂及其制备方法和应用，属于油气开采压裂解堵技术领域。
背景技术
目前，对于油气和注水井井况的压裂解堵改造，国内外主要采用水力压裂、酸化压裂、高能气体压裂和复合射孔压裂等措施来提高油气产量或降低注水压力，提高注水量。虽然酸化反应处理和压裂造建新裂缝可以在一定程度上恢复油气井的产能，但是水力压裂和酸化压裂的施工作业工程量大且成本也非常高；而高能气体压裂和复合射孔压裂等又均属爆炸危险品管控范围，对此类物资的管控严格，致使相关器材在运输、使用等环节手续繁杂，必须办理相关爆炸品手续才能施工。另外，采用火药或固体推进剂的装药量、装药燃烧做功性能等受井下温度、压力等环境条件限制，能量利用率不高，施工作业效果有限。
为解决上述问题，需要提供一种非爆释能解堵药剂及其制备方法和应用。
发明内容
本发明为了解决现有油田解堵用药剂能量利用率低、成本高、手续繁杂等问题，提供一种非爆释能解堵药剂及其制备方法和应用。
本发明的技术方案：
本发明的目的之一是提供一种非爆释能解堵药剂，该非爆释能解堵药剂包括一级释能药剂和二级释能药剂，其中，
所述一级释能药剂包括铝粉和三氧化二铁粉；
所述二级释能药剂包括碳酸钠和水。
进一步限定，二级释能药剂中碳酸钠的重量为一级释能药剂中铝粉重量的1.11倍，水的重量为碳酸钠重量的2倍。
进一步限定，一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为（2-4）：（6-8）。
更进一步限定，一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为2：8。
更进一步限定，一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为3：7。
更进一步限定，一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为4：6。
进一步限定，铝粉是粒径为3-6nm的球形。
进一步限定，三氧化二铁粉是粒径为3-6nm的球形。
本发明的目的之二是提供一种非爆释能解堵药剂的制备方法，该方法包括一级释能药剂的制备方法和二级释能药剂的制备方法，其中一级释能药剂的制备方法为：将三氧化二铁粉和铝粉在混粉机中混制时间不小于50min；二级释能药剂的制备方法为：将水加热至50℃后，倒入碳酸钠中，搅拌均匀。
本发明的目的之三是提供一种上述非爆释能解堵药剂的使用装置，该装置包括枪头、反应室、封堵接头、筛管和枪尾，所述反应室包括一级反应室和二级反应室，所述一级反应室和二级反应室上端均与枪头相连，所述一级反应室设置在二级反应室内部，所述二级反应室下端与封堵接头相连，所述封堵接头下端与筛管相连，所述筛管下端与枪尾相连，所述一级反应室上下两端密封，所述一级反应室内填充一级释能药剂，所述一级反应室内设置有电热元件，所述电热元件与点火装置相连，所述二级反应室的容器外筒上下两端分别通过枪头和封堵接头密封，所述容器外筒内填充二级释能药剂，所述封堵接头的中心孔内设置有活塞，所述筛管沿径向上开设有若干个圆孔。
更进一步限定，所述一级反应室包括上接头、容器管体、螺塞封堵和密封橡胶套，所述上接头上端与枪头相连，所述密封橡胶套套装在上接头上，所述上接头下部塞入容器管体，所述密封橡胶套涨挤在容器管体的内壁上，所述容器管体下端设置有一级药剂填装口，所述一级药剂填装口与螺塞封堵密封连接。
更进一步限定，所述密封橡胶套上套装有顶紧环，所述顶紧环上方设置有备帽螺环，所述备帽螺环与上接头螺纹连接。
更进一步限定，所述电热元件设置在上接头的下端轴心处，所述上接头上开设有线束通道，线束穿过线束通道与电热元件和点火装置相连。
更进一步限定，所述封堵接头包括堵套、螺纹塞堵和剪钉，所述活塞设置在堵套内，所述活塞与堵套的间隙通过胶圈密封，所述活塞侧面通过剪钉与堵套相连，所述堵套侧壁上开设有二级药剂填装口，所述二级药剂填装口位于活塞上方，所述二级药剂填装口与螺纹塞堵密封连接，所述堵套上端与二级反应室下端相连，所述堵套下端与筛管相连。
更进一步限定，所述电热元件包括镍铬合金丝和绝缘管，镍铬合金丝缠绕在长度为100mm的绝缘管上。
更进一步限定，所述容器外筒为32CrMo4无缝合金钢管，管壁厚度不小于10mm。
更进一步限定，所述筛管为无缝合金钢管，管体开设有若干个直径为20mm的圆孔。
本发明的目的之四是提供一种上述非爆释能解堵药剂的应用，具体的该非爆释能解堵药剂的一级释能药剂和二级释能药剂填装在使用装置中，用于对油水井进行解堵或压裂改造。
有益效果：
（1）本发明基于铝热剂提供一种全非爆途径的水热冲击超临界相变的释能药剂，该释能药剂以液体水为基液，盛装在非爆释能解堵装置内，通过电流触发非爆炸性释热铝热剂的热化学反应在水中快速放热，可在1-5s时间范围内使液体水吸热相变转变为超临界态，迅速发生体积膨胀对外做功，通过快速能量转换实现高温高压解堵或压裂造缝的物理方法完成油气层改造。综上，本发明提供的释能解堵药剂具有热化学反应后的热能转换率高，反应介质的相变时间短，热化学反应更充分，在井下形成区段压力更迅速等优点，更适用于油水井的近井地质岩隙的压裂和解堵改造。
（2）本发明提供的非爆释能解堵药剂属于非危化品，原料的化学性质安全稳定，铝热剂的释能解堵药剂发生热化学反应的条件是高温触发，触发温度近千摄氏度，常温常压下不会发生热化学反应，保证其在加工、贮存和运输过程中的安全可靠性，且在从生产加工到作业使用的整个过程中无需办理任何危险化学品手续。
（3）本发明提供的非爆释能解堵药剂在热化学反应后的热能转换率高，反应介质的相变时间短，热化学反应更充分，在井下形成区段压力更迅速，且制备方法简易、安全，更适用于油水井的近井地质岩隙的压裂和解堵改造。
附图说明
图1为本发明所述的一种全非爆释能解堵装置剖面结构示意图；
图2为本发明所述的图1中A处放大结构示意图；
图3为本发明所述的图1中B处放大结构示意图；
图4为本发明所述的图1中C处放大结构示意图；
图5为本发明所述的图1中D处放大结构示意图；
图6为本发明所述的一级反应室剖面结构示意图；
图7为本发明所述的二级反应室剖面结构示意图；
图8为本发明所述的封堵接头剖面结构示意图；
图9为采用实施例1制备的解堵药剂作业过程中PT仪记录的压力随时间变化的曲线。
图中：1-枪头，3-封堵接头，4-筛管，5-枪尾，21-一级反应室，22-二级反应室，211-上接头，212-容器管体，213-电热元件，214-螺塞封堵，215-一级释能药剂，216-密封橡胶套，217-顶紧环，218-备帽螺环，221-容器外筒，222-二级释能药剂，30-堵套，31-螺纹塞堵，32-剪钉，33-活塞，34-胶圈。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1
（1）本实施例提供的非爆释能解堵药剂包括一级释能药剂和二级释能药剂，其中：
一级释能药剂包括2份粒径为3nm-6nm的球形分析纯级铝粉和8份的粒径为3nm-6nm的球形分析纯级三氧化二铁粉；
二级释能药剂包括1.11倍铝粉重量的碳酸钠和2倍碳酸钠重量的水。
（2）本实施例提供的非爆释能解堵药剂的制备方法为：
一级释能药剂制备方法为：依次将三氧化二铁粉和铝粉倒入混粉机内，启动混粉机进行混制，混制时间为50min。
二级释能药剂制备方法为：水加热至50℃后，加入碳酸钠，均匀搅拌。
实施例2
（1）本实施例提供的非爆释能解堵药剂包括一级释能药剂和二级释能药剂，其中：
一级释能药剂包括3份粒径为3nm-6nm的球形分析纯级铝粉和7份的粒径为3nm-6nm的球形分析纯级三氧化二铁粉；
二级释能药剂包括1.11倍铝粉重量的碳酸钠和2倍碳酸钠重量的水。
（2）本实施例提供的非爆释能解堵药剂的制备方法为：
一级释能药剂制备方法为：依次将三氧化二铁粉和铝粉倒入混粉机内，启动混粉机进行混制，混制时间为60min。
二级释能药剂制备方法为：水加热至50℃后，加入碳酸钠，均匀搅拌。
实施例3
（1）本实施例提供的非爆释能解堵药剂包括一级释能药剂和二级释能药剂，其中：
一级释能药剂包括4份粒径为3nm-6nm的球形分析纯级铝粉和6份的粒径为3nm-6nm的球形分析纯级三氧化二铁粉；
二级释能药剂包括1.11倍铝粉重量的碳酸钠和2倍碳酸钠重量的水。
（2）本实施例提供的非爆释能解堵药剂的制备方法为：
一级释能药剂制备方法为：依次将三氧化二铁粉和铝粉倒入混粉机内，启动混粉机进行混制，混制时间为80min。
二级释能药剂制备方法为：水加热至50℃后，加入碳酸钠，均匀搅拌。
效果例1
将上述实施例1~3制备得到的非爆释能解堵药剂分别填装在使用装置中，其中使用装置为一种全非爆释能解堵装置，如图1~8所示，它包括枪头1、反应室、封堵接头3、筛管4和枪尾5，所述反应室包括一级反应室21和二级反应室22，所述一级反应室21和二级反应室22上端均与枪头1相连，所述一级反应室21设置在二级反应室22内部，所述二级反应室22下端与封堵接头3相连，所述封堵接头3下端与筛管4相连，所述筛管4下端与枪尾5相连，所述一级反应室21上下两端密封，所述一级反应室21内填充一级释能药剂215，所述一级反应室21内设置有电热元件213，所述电热元件213与点火装置相连，所述二级反应室22的容器外筒221上下两端分别通过枪头1和封堵接头3密封，所述容器外筒221内填充二级释能药剂222，所述封堵接头3的中心孔内设置有活塞33，所述筛管4沿径向上开设有若干个圆孔。
所述一级反应室21是一个可以密封的容器，所述一级反应室21包括上接头211、容器管体212、螺塞封堵214和密封橡胶套216，所述上接头211上端设置有外螺纹，上接头211上端的外螺纹与枪头1下端的内螺纹连接，所述密封橡胶套216套装在上接头211上，所述密封橡胶套216上套装有顶紧环217，所述顶紧环217上方设置有备帽螺环218，所述备帽螺环218与上接头211通过螺纹连接。将所述上接头211下部塞入容器管体212上端口，旋拧备帽螺环218向下顶挤密封橡胶套216，将所述密封橡胶套216涨挤在容器管体212的内壁上，封堵一级反应室21的上端口。所述容器管体212下端设置有一级药剂填装口，一级释能药剂215从一级药剂填装口灌入，所述一级药剂填装口通过螺塞封堵214和密封胶圈封堵。
所述二级反应室22的容器外筒221的上端螺纹与枪头1下端的外螺纹连接，连接间隙由胶圈密封，容器外筒221的下端螺纹与封堵接头3的上端螺纹连接，使二级反应室22成为密闭容器。
所述封堵接头3包括堵套30、螺纹塞堵31和剪钉32，所述活塞33设置在堵套30内，所述活塞33与堵套30的间隙通过胶圈34密封，所述活塞33侧面通过剪钉32与堵套30相连，所述堵套30侧壁上开设有二级药剂填装口，所述二级药剂填装口位于活塞33上方，所述二级释能药剂222通过二级药剂填装口灌入，所述二级药剂填装口与带密封胶圈的螺纹塞堵31密封连接，所述堵套30上端与二级反应室22下端相连，所述堵套30下端与筛管4相连。
封堵接头3的下端与筛管4螺纹连接，筛管4与枪尾5螺纹连接；封堵接头3作用除了连接筛管4，同时还起到隔离二级反应室22和筛管4及封闭二级反应室22的作用，使二级反应室22成为密闭容器。
当全非爆释能解堵进行第二级反应时，二级反应室22的压力达到一定的阈值，剪钉32被剪断向下推出活塞33，二级反应室22内的反应热和产生的高压压力会在瞬间通过筛管4作用到作业井段，对油水井实施解堵和压裂。
所述一级反应室21的容器管体212材质为在高温下可消融的金属或其它有机材料。所述的二级反应室22的容器外筒221为32CrMo4无缝合金钢管或耐高压管材，其壁厚不小于10mm；所述筛管4为高强度无缝合金钢管，管体上加工有直径为20mm的若干个圆孔；所述电热元件213包括镍铬合金丝和绝缘管，镍铬合金丝缠绕在长度为100mm的绝缘管上，制成的电热元件213用热熔胶居中粘接固定在一级反应室21的上接头211下端的轴心处，所述上接头211上开设有线束通道，线束穿过线束通道与电热元件213和点火装置相连，作业时使用220V电压、5A的电流触发一级释能药剂215的热化学反应。
作业前，先打开螺塞封堵214，敞开一级药剂填装口，将混制好的一级释能药剂215从一级药剂填装口灌入一级反应室21，然后再装上螺塞封堵214封闭一级反应室21；装填好一级释能药剂215的一级反应室21与枪头1连接，然后将容器外筒221与枪头1连接，容器外筒221的下端再装配上封堵接头3，封堵接头3连接筛管4，筛管4连接枪尾5，然后打开螺纹塞堵31，向二级反应室22内灌入二级释能药剂222，装配后的全非爆释能解堵装置即可进入作业现场实施作业施工。
作业施工时，将电缆马龙头连接到装置的枪头1上，再通过电缆提起全非爆释能解堵装置将其输送到井下作业层段，地面操作控制面板，利用磁定位仪对装置进行校深，定深准确后启动点火装置，通过电热元件213激发一级反应室21的一级释能药剂215发生热化学反应，一级反应完成后，反应热和压力破碎掉容器管体212，反应产物再与二级反应室22的二级释能药剂222进一步发生二级反应，继续产生高热量和二氧化碳气体，测试结果表明分别采用实施例1~3制备得到的非爆释能解堵药剂，反应室里的温度均达到1000℃以上，压力均大于10Mpa，在此能量的作用下，剪钉32被剪断，活塞33向下推出，反应室所有的能量通过筛管4上开设的圆孔瞬间传入井内，实现对油水井进行解堵或压裂改造。
为了进一步验证上述实施例1制备的解堵药剂对于油水井进行解堵或压裂改造的使用效果，在现场应用时，将压力监测仪器（简称PT仪）挂接在使用装置的下端，即连接在枪尾5的下端，通过井液传压记录作用时的压力，并在井内作用完成后取出PT仪，在地面通过电脑回放PT仪记录的压力随时间变化的曲线，结果如图9所示，由图9可知，测试峰值压力达到了70MPa（且经过多次测量峰值压力均达到了70MPa），超过了地层的破裂压力（10-30MPa），达到了现场应用效果。
作业完成后，回收电缆收回全非爆释能解堵装置即完成油水井的解堵或压裂改造。
本实施例所述全非爆释能解堵装置用于油水井压裂解堵改造，解堵装置的反应室由一级反应室21和二级反应室22构成。其一级反应室21为一个独立的密闭腔室结构，二级反应室22为一个高压容器，容器壁为厚壁合金钢管。筛管4管体上加工有直径为20mm的诸多圆孔，用于排泄热化学反应的能量。同时，筛管4还可以收集一级反应室21作业后可能产生的残渣，防止发生井下落物。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (7)
1.一种非爆释能解堵药剂的使用装置，其特征在于，包括枪头、反应室、封堵接头、筛管和枪尾，所述反应室包括一级反应室和二级反应室，所述一级反应室和二级反应室上端均与枪头相连，所述一级反应室设置在二级反应室内部，所述二级反应室下端与封堵接头相连，所述封堵接头下端与筛管相连，所述筛管下端与枪尾相连，所述一级反应室上下两端密封，所述一级反应室内填充一级释能药剂，所述一级反应室内设置有电热元件，所述电热元件与点火装置相连，所述二级反应室的容器外筒上下两端分别通过枪头和封堵接头密封，所述容器外筒内填充二级释能药剂，所述封堵接头的中心孔内设置有活塞，所述筛管沿径向上开设有若干个圆孔；
所述一级释能药剂包括铝粉和三氧化二铁粉；
所述二级释能药剂包括碳酸钠和水；
一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为（2-4）：（6-8）；
二级释能药剂中碳酸钠的重量为一级释能药剂中铝粉重量的1.11倍，水的重量为碳酸钠重量的2倍。
2.根据权利要求1所述的非爆释能解堵药剂的使用装置，其特征在于，一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为2：8。
3.根据权利要求1所述的非爆释能解堵药剂的使用装置，其特征在于，一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为3：7。
4.根据权利要求1所述的非爆释能解堵药剂的使用装置，其特征在于，一级释能药剂中铝粉和三氧化二铁粉的重量比为4：6。
5.根据权利要求1所述的非爆释能解堵药剂的使用装置，其特征在于，铝粉是粒径为3-6nm的球形；三氧化二铁粉是粒径为3-6nm的球形。
6.根据权利要求1~5任一项所述的非爆释能解堵药剂的使用装置，其特征在于，一级释能药剂的制备方法为：将三氧化二铁粉和铝粉在混粉机中混制时间不小于50min；
二级释能药剂的制备方法为：将水加热至50℃后，倒入碳酸钠中，搅拌均匀。
7.一种权利要求1所述的非爆释能解堵药剂的使用装置的应用，其特征在于，一级释能药剂和二级释能药剂填装在所述非爆释能解堵药剂的使用装置中，用于对油水井进行解堵或压裂改造。
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