CN201574735U - 斜井定方位多级脉冲增效射孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斜井定方位多级脉冲增效射孔装置，适用于油气井射孔作业。该射孔装置综合了斜井定方位射孔器与多级脉冲增效射孔装置的优点，它是集定方位射孔、一体式增效射孔和多级脉冲高能气体压裂为一身的新型射孔技术，它不仅融合了斜井定方位射孔技术中射孔时能将射孔弹朝向渗透性最好的方向射孔，从而使油气井的产能成倍增加的优点，同时，又融合了多级脉冲高能气体压裂技术中的高能气体破裂能力强、造缝能力好和可防止地层裂缝闭合的优点，具有很好的增产油气效果。

Description

斜井定方位多级脉冲增效射孔装置

技术领域

本实用新型属于油、气井完井射孔作业领域，主要涉及一种多级脉冲增效射孔装置，尤其涉及一种集斜井定方位射孔、一体式增效射孔与多级脉冲高能气体压裂为一体的射孔装置。

背景技术

为提高油、气井的产量，采用过多种技术措施，九十年代初开始采用高能气体压裂技术，之后，又采用增效射孔技术(又称复合射孔技术)。由于这两项技术都存在一定的缺陷，近期又出现了一种将增效射孔、高能气体压裂和水力压裂三者有机结合的新技术。中国专利申请200610104468.0公开了一种油气井用多级脉冲增效射孔装置，就是集增效射孔、高能气体压裂、水力压裂三种施工工艺为一体的增效射孔装置。该装置在采用防砂撞击起爆器和增效射孔枪的基础上，通过增效枪尾、连接件及对丝连接件将燃速较高的二级增效火药和燃速较低的三级增效火药组装到射孔管串中，采用隔板延时点火器在射孔枪射孔后延迟一段时间再点燃增效火药，形成多个燃气压力脉冲对地层进行压裂，使裂缝得以延伸，并能由增效火药燃气携带岩石裂缝支撑剂进入压开的地层裂缝，阻止地层裂缝的闭合，从而实现增产油气的目的。但是，多种测井资料解释和地层测试结果证明，钻穿油、气层时，井轴周围油、气层的渗透性并非是各向同性的：各种岩层的裂缝、节理发育方向、沉积时的顺流方向其渗透性远远好于其它方向，在这样的方向上地应力最大。如果射孔时能让射孔弹只朝着最大地应力的两个方向射，也即朝渗透性好的地层方向射孔，孔眼深度会比其它方向大，油、气层的产能将会明显增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集斜井定方位射孔、一体式增效射孔与多级脉冲高能气体压裂综合技术为一体的射孔装置，即斜井定方位多级脉冲增效射孔装置，该装置可以使射孔作业后达到更好的油、气增产效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的斜井定方位多级脉冲增效射孔装置包括旋转接头、起爆器、两个偏靠器组件、装有传爆管和导爆索的上接头、射孔枪串和多级脉冲高能气体压裂单元；所述旋转接头含有第一接头、螺母头、活动头、两个第一轴承和第二接头，第二接头外形为凸形圆柱管体，其小直径柱体下部套有活动头，上部与螺母头连接，活动头与螺母头的端面之间以及活动头与第二接头的端面之间均装有第一轴承，第一接头套在螺母头和活动头的外部，第一接头与活动头固连；所述两个偏靠器组件均由两个偏外接头和一个偏靠器组成，偏靠器含有偏靠器本体、弹簧臂、两个滑槽和滑块，偏靠器本体中间带有矩形缺口的管体，两个滑槽分别固定在矩形缺口的两端，弹簧臂为弓形且两端分别对应置于两个滑槽中，滑块为球冠状且中心部位装有钢珠，滑块固定在弹簧臂的最高点处，两个偏外接头的中间部位装有第二轴承，两个偏外接头分别与偏靠器的两端固连；所述射孔枪串由多支射孔枪串接而成，射孔枪含有定方位枪体、弹架、多发射孔弹和一级增效火药，装有射孔弹的弹架装在定方位枪体内，射孔弹的轴线与弹架轴线垂直且两个相邻射孔弹的弹头相差180°相位，一级增效火药安装在两个相邻射孔弹之间的缝隙中，各射孔枪之间通过内部装有传爆管和导爆索的双公接头连接且所述导爆索与射孔弹相连；多级脉冲高能气体压裂单元含有二级增效火药、三级增效火药、隔板延时点火器、点火药柱、连接件和密封堵头，二级增效火药和三级增效火药通过金属中心管连接在一起，点火药柱放置在所述金属中心管内，隔板延时点火器安装在所述连接件中，连接件的一端与二级增效火药端口的金属中心管固连，密封堵头与三级增效火药端口的金属中心管固连；所述旋转接头一端与油管固连，另一端与起爆器的一端固连；起爆器的另一端与第一偏靠器组件中的第一偏外接头连接；射孔枪串中的第一支射孔枪通过上接头与第一偏靠器组件中的第二偏外接头连接，最后一支射孔枪与第二偏靠器组件中的第一偏外接头连接；多级脉冲高能气体压裂单元通过其连接件与第二偏靠器组件中的第二偏外接头连接。

根据本实用新型，在所述定方位枪体上的每个盲孔两侧的90°方向各设一个泄压孔。

根据本实用新型，还包括下接头、筛管和筛管堵头，所述连接件安装在下接头中，筛管套在二级增效火药和三级增效火药的外部，筛管的一端与下接头的一端连接，另一端与筛管堵头连接，下接头的另一端与所述第二偏靠器组件中的第二偏外接头连接。

本实用新型的有益效果体现在以下几个方面：

(一)本实用新型是将油气井用多级脉冲增效射孔装置深穿透增效射孔、高能气体压裂、水力压裂与定向射孔装置四者优点集于一体的新型增效射孔装置。该装置不仅具备了深穿透增效射孔的破裂能力强、造缝深、孔眼大的优点，又吸取水力压裂加支撑剂的技术，利用火药燃气产生的高压，将火药内的岩石裂缝支撑剂挤入地层，防止了地层裂缝的闭合，从而使定向射孔、增效、压裂的增产效能得到更加充分的发挥。

(二)本实用新型结构简单，连接方便，射孔枪串可以按射孔井段的设计要求由多支定方位一体式增效射孔枪组成，射孔枪与射孔枪之间由接头连接，无需陀螺仪等专用井下工具就可以实现调射向操作，具体地说，就是通过旋转接头和偏靠器的配合作用即可在施工现场完成根据井斜方向调整射孔枪串，使其内射孔弹的轴线与井斜方向一致，从而在射孔时使射孔弹射向地层的最大地应力方向，即射孔弹将向渗透性最好的地层方向射孔，从而大大提高了射孔作业的产油量，同时，也大大节省了施工器材费用。

(三)本实用新型采用下挂式增效火药，下挂式增效火药的外面有保护筛管，其作用一是避免二级增效火药和三级增效火药在斜井中与套管内壁发生摩擦或碰撞，二是便于火药燃气逸出，三是能收集部分燃烧后的残留物。

(四)在本实用新型的定向枪体上，其每个盲孔两侧90°方向各钻一个泄压孔，其作用一是保持两方位枪体仍具有较高的抗爆强度，二是泄压孔底的薄壁能在引爆时开口泄压，三是不用泄压垫且不会在井里留下落物。

附图说明

图1是斜井定方位多级脉冲增效射孔装置枪柱示意图。

图2是图1中的旋转接头的结构组成示意图。

图3是图1中的偏靠器组件的结构组成示意图。

图4是图1中的一体式增效射孔枪的结构组成示意图。

图5是图1中的多级脉冲高能气体压裂单元的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本实用新型作进一步的详述。

根据图1所示，斜井定方位多级脉冲增效射孔装置的优选实施例包括旋转接头1、起爆器2、两个偏靠器组件4、上接头5、射孔枪串、下接头10和多级脉冲高能气体压裂单元。起爆器2选用制式的压力起爆产品，在其起爆后通过传爆管和导爆索引爆射孔枪串的全部火工件。

根据图2所示，旋转接头1含有第一接头13、螺母头14、活动头15、两个第一轴承16和第二接头17。第二接头17外形为凸形体，其小直径柱体下部套有活动头15，上部与螺母头14连接，活动头15的两个端面与螺母头14和第二接头17的端面之间均装有第一轴承16，第一接头13套在螺母头14和活动头15的外部并通过紧固螺钉与活动头固连。从图2中不难看出，第二接头17可以相对第一接头13转动，这样，当第一接头13与油管相连，第二接头17与射孔管串相连时，通过旋转接头1就可以使整个射孔管串相对于油管自由旋转。

根据图3所示，两个偏靠器组件均由两个偏外接头3和一个偏靠器4组成。偏靠器4含有偏靠器本体18、弹簧臂19、两个滑槽20和滑块21。偏靠器本体18中间带有矩形缺口的管体，其矩形缺口的背面开槽灌铅(图中未示)，其目的是增大偏重，使射孔管柱依井斜方向旋转，偏靠器本体18的两端均设有螺孔。两个滑槽20分别固定在举行缺口的两端。弹簧臂19为弓形，其作用是使整个射孔管串像不倒翁一样，只能贴紧井壁下方。弹簧臂19的两端分别对应置于两个滑槽20中且可以在滑槽20中滑动，目的是使弹簧臂19有一定的伸缩空间。滑块21为球冠状且固定在弹簧臂19的最高点处，滑块21的中心部位装有钢珠22，其作用是减小弹簧臂19与井壁之间的摩擦力，使射孔管串转动更加灵活。两个偏外接头3为带有中心孔的中字形圆管体，其外部两端均带有螺纹且中间部位的一个定位面处则装有第二轴承23，其作用是减少射孔管串与井壁之间的摩擦，其中心孔的一端装有带穿线孔的U型挡块24。两个偏外接头3分别与偏靠器4两端的螺孔相连，且两个第二轴承23分别与偏靠器4的两个端面接触，两个U型挡块24位于偏靠器组件的两个连接端口处。

在本实用新型中，射孔枪串由多支射孔枪6串接而成，在本实用新型中，射孔枪6选用定方位一体式增效射孔枪，其数量是根据射孔井段的设计要求来配置的，一般在三支以上。根据图4所示，射孔枪6包括定方位枪体9、弹架25、射孔弹27、定位盘28和一级增效火药26，射孔弹27安装在弹架25上，弹架25通过两个定位盘28固定在定方位枪体9的内部，一级增效火药26放置在相邻射孔弹27之间的缝隙中。射孔枪6是在现有技术上进行了局部改进，其改进部分在于，两个相邻射孔弹27之间的弹头或弹尾相差180°；在定方位枪体9每个盲孔两侧的90°方向上各钻一个φ18mm～φ30mm、孔底壁厚为2mm±1mm的泄压孔，泄压孔的作用一是保持两方位枪体9仍具有较高的抗外压强度，二是泄压孔底的薄壁能在引爆时开口泄压，三是在没有泄压垫的情况下不会在井里留下落物。为了方便定向，各射孔枪6之间的连接是通过双公接头7实现的，双公接头7中装有传爆管和导爆索，导爆索一端与相应的传爆管连接，另一端与射孔弹连接。如果射孔段较长，需要连接较多数量的射孔枪6时，应该在一定间隔处安装一对带有轴承的接头8。

根据图5所示，多级脉冲高能气体压裂单元包括连接件29、隔板延时点火器34、点火药柱35、二级增效火药31和三级增效火药32、火药连接件36、筛管30、密封堵头33和筛管堵头12。隔板延时点火器34的主要作用是将爆轰波转换为火焰，它可以在上级射孔枪射孔后延迟一段时间再点燃下级增效火药，避免了火药压力峰值的叠加，其另一个作用是防水，在射孔腔串下井过程中，如果下级增效火药进水，则由于隔板延时点火器8中隔板的阻挡而不会让水进入上一级射孔枪中，从而可避免炸枪事故的发生。点火药柱35是由含有金属粉烟火药压制而成的具有高热量和高能量且直径为14mm～16mm、高度为10mm～30mm不等的烟火药柱。二级增效火药31、三级增效火药32均为制式火药，即在可燃壳体内放置一个金属中心管，金属中心管两端内壁有第二密封面和连接螺纹，金属中心管与可燃壳体形成的环状空间内装填耐水火药和适量的支撑剂。筛管30是一个圆柱形状的金属件，其上带有许多筛眼且两端带有内螺纹，筛眼除含有多排八方位大孔外，还开有四方位长槽。二级增效火药31和三级增效火药32均安装在筛管30的内部，筛管30可有效防止二级增效火药31、三级增效火药32与变形的井下套管内壁发生碰撞、摩擦，同时还能让二、三级增效火药31、32产生的高能气体顺利散出并将燃烧后的残留物留存在筛管30底部。点火药柱35位于二级增效火药31、三级增效火药32的交界处并通过火药连接件36装入金属中心管中；隔板延时点火器34装在连接件29中，连接件29与二级增效火药31的金属中心管螺纹连接；密封堵头14与三级增效火药23金属中心管螺纹连接；筛管堵头12与筛管30的下端螺纹连接。

再参见图1，在射孔作业中，旋转接头1中的第一接头13的螺孔与油管连接，第二接头17的螺孔与起爆器2的一端连接，起爆器2的另一端与第一偏靠器组件中的第一偏外接头3连接。射孔枪串中的第一支射孔枪6通过上接头5与第一偏靠器组件中的第二偏外接头3连接，最后一支射孔枪与第二偏靠器组件中的第一偏外接头3连接。多级脉冲高能气体压裂单元的筛管30通过下接头10与第二偏靠器组件中的第二偏外接头3连接且连接件29也与下接头10连接。在连接射孔枪串时，应根据射孔的方位要求，使射孔弹27的轴线与弹簧臂19之间形成所要求的射角。

施工时，将本发明按照图1所示的施工管串下到油气井中的预定深度后，整个施工管串在偏靠器4的作用下贴紧下方井壁，当起爆器2起爆射孔枪串内的射孔弹27，即实现定方位射孔。在各射孔枪6射孔后，其产生的高温、高压气体与高温金属热质点将各射孔枪6内的一级增效火药26点燃并使之燃烧起来；在射孔的同时，最后一支射孔枪6将多级脉冲高能气体压裂单元中的隔板延时点火器34引爆，产生的爆轰能量将点火药柱35点燃，点火药柱35燃烧后产生的高温高压气体与大量的金属热质点将二级增效火药31(快速燃烧药)和三级增效火药32(慢速燃烧)点燃，不同燃速的增效火药产生二次压力脉冲至三次压力脉冲对地层进行压裂，使裂缝不断延伸，达到射孔后的孔道与天然裂缝进一步沟通的效果。同时，火药中的支撑剂随着高温高压的气体一起进入了地层裂缝中，阻止了地层裂缝的闭合，从而达到了更好的出油和出气效果。

Claims (3)

1.一种斜井定方位多级脉冲增效射孔装置，包括旋转接头[1]、起爆器[2]、两个偏靠器组件、装有传爆管和导爆索的上接头[5]、射孔枪串和多级脉冲高能气体压裂单元；其特征在于：所述旋转接头旋转接头[1]含有第一接头[13]、螺母头[14]、活动头[15]、两个第一轴承[16]和第二接头[17]，第二接头[17]外形为凸形圆柱管体，其小直径柱体下部套有活动头[15]，上部与螺母头[14]连接，活动头[15]与螺母头[14]的端面之间以及活动头[1]5与第二接头[17]的端面之间均装有第一轴承[16]，第一接头[13]套在螺母头[14]和活动头[15]的外部，第一接头[13]与活动头[15]固连；所述两个偏靠器组件均由两个偏外接头[3]和一个偏靠器[4]组成，偏靠器[4]含有偏靠器本体[18]、弹簧臂[19]、两个滑槽[20]和滑块[21]，偏靠器本体[18]为中间带有矩形缺口的管体，两个滑槽[20]分别固定在矩形缺口的两端，弹簧臂[19]为弓形且两端分别对应置于两个滑槽[20]中，滑块[21]为球冠状且中心部位装有钢珠[22]，滑块[21]固定在弹簧臂[19]的最高点处，两个偏外接头[3]的中间部位装有第二轴承[23]，两个偏外接头[3]分别与偏靠器[4]的两端固连；所述射孔枪串由多支射孔枪[6]串接而成，射孔枪[6]含有定方位枪体[9]、弹架[25]、多发射孔弹[27]和一级增效火药[26]，装有射孔弹[27]的弹架[25]装在定方位枪体[9]内，射孔弹[27]的轴线与弹架[25]轴线垂直且两个相邻射孔弹[27]的弹头相差180°相位，一级增效火药[26]安装在两个相邻射孔弹[27]之间的缝隙中，各射孔枪[6]之间通过内部装有传爆管和导爆索的双公接头[7]连接，且所述导爆索的两端分别与传爆管和射孔弹[27]相连；多级脉冲高能气体压裂单元含有二级增效火药[31]、三级增效火药[32]、隔板延时点火器[34]、点火药柱[35]、连接件[29]和密封堵头[33]，二级增效火药[31]和三级增效火药[32]通过金属中心管连接在一起，点火药柱[35]放置在所述金属中心管内，隔板延时点火器[34]安装在所述连接件[29]中，连接件[29]的一端与二级增效火药[31]端口的金属中心管固连，密封堵头[33]与三级增效火药[32]端口的金属中心管固连；所述旋转接头[1]一端与油管固连，另一端与起爆器[2]的一端固连；起爆器[2]的另一端与第一偏靠器组件中的第一偏外接头[3]连接；射孔枪串中的第一支射孔枪[6]通过上接头[5]与第一偏靠器组件中的第二偏外接头连接，最后一支射孔枪[6]与第二偏靠器组件中的第一偏外接头[3]连接；多级脉冲高能气体压裂单元通过其连接件[29]与第二偏靠器组件中的第二偏外接头连接。

2.根据权利要求1所述的斜井定方位多级脉冲增效射孔装置，其特征在于：在所述定方位枪体[9]上的每个盲孔两侧的90°方向各设一个泄压孔。

3.根据权利要求1或2所述的斜井定方位多级脉冲增效射孔装置，其特征在于：还包括下接头[10]、筛管[30]和筛管堵头[12]，所述连接件[29]安装在下接头[10]中，筛管[30]套在二级增效火药[31]和三级增效火药[32]的外部，筛管[30]的一端与下接头[10]的一端连接，另一端与筛管堵头[12]连接，下接头[10]的另一端与所述第二偏靠器组件中的第二偏外接头连接。

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