CN201620848U - 直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直井定方位多级脉冲增效射孔装置，适用于油气井射孔作业。该装置包括含有定向枪头、定向键和起爆器的定向起爆接头、由多支定方位一体式增效射孔枪串接成的射孔枪串和多级脉冲高能气体压裂单元，定向键和起爆器装在定向枪头上，第一支射孔枪的枪头与定向枪头下端连接，最后一支射孔枪的枪尾与多级脉冲高能气体压裂单元连接，各射孔枪中的射孔弹轴线均指向定向键所在的径向方向。作业时，定向枪头上端与油管相连。本实用新型是集定方位射孔、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装置，不仅能将射孔弹朝向渗透性最好的方向射孔，而且具有造缝能力好和可防止地层裂缝闭合的优点，增产油气效果十分明显。

Description

直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，尤其涉及一种集直井定方位射孔、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，提供一种集直井定方位射孔、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，即直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，本实用新型提供的射孔装置包括定向起爆接头、射孔枪串和多级脉冲高能气体压裂单元，所述定向起爆接头含有定向键、定向接头、起爆器和定向枪头，定向键焊接在定向接头上，定向接头的一端与起爆器连接，定向枪头上端安装所述起爆器；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相邻射孔弹之间的缝隙中，各射孔枪之间通过装有传爆管和导爆索的双公接头连接，导爆索一端与传爆管连接，另一端与射孔弹连接；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、连接杆、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；第一支射孔枪与所述定向枪头的下端连接，最后一支射孔枪的枪尾通过连接件与所述多级脉冲高能气体压裂单元固连，且各支射孔枪中的射孔弹弹轴均指向所述定向键所在的径向方向，射孔作业时，所述定向接头的另一端与油管连接。

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，还包括公下接头、筛管和筛管堵头，所述连接件安装在公下接头中，筛管套在二级增效火药和三级增效火药的外部，筛管的一端与公下接头的一端连接，另一端与筛管堵头连接，公下接头的另一端与所述最后一支射孔枪连接。

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，射孔枪和射孔枪之间由双公接头连接，这样既便于定方向又可以大限度地减少射孔盲区；枪内两个相邻射孔弹之间的弹头或弹尾相差180°相位，通过定向枪头或双公接头上的螺孔与定方位枪体上的过孔位置，可使射孔管串中所有射孔弹的轴线均指向定向键所在的径向方向。施工时，通过测量方向键的位置来调整射孔管串的方位，最终使射孔弹的轴线指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。

(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外压强度，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是直井定方位多级脉冲增效射孔装置的组成示意图。

图2是图1中的多级脉冲高能气体压裂单元结构组成示意图。

图3是图1中的定方位一体式增效射孔枪的结构组成示意图。

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，直井定方位多级脉冲增效射孔装置的优选实施例由定向起爆接头、射孔枪串和多级脉冲高能气体压裂单元构成。定向起爆接头包括定向接头2、起爆器3和定向枪头4。定向接头2上焊有定向键1，其上端与油管连接，下端与起爆器3连接，定向枪头4上端带有螺孔且螺孔内安装起爆器3，下端则与射孔枪串连接。定向接头2的作用是，当陀螺仪等专用仪器沿油管中心孔进入后，使定向键1与陀螺仪等专用仪器下的端碰接，同时还能指示出射孔枪串中射孔弹的射孔方向。起爆器3是一个制式产品，连接在定向接头2与定向枪头4之间，其作用是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，多级脉冲高能气体压裂单元包括公下接头6、连接件7、隔板延时点火器8、点火药柱9、二级增效火药10和三级增效火药11、筛管12、密封堵头14和筛管堵头13。公下接头6带有沿轴向的内螺孔和穿线孔，连接件7位凸字形且带有外螺纹和台阶内孔。隔板延时点火器8的主体是一个圆柱状的金属件，它由上部不锈钢件和下部普通金属装药管通过螺纹旋为一体。隔板延时点火器8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9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10、三级增效火药11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：二级增效火药10装填燃速在8mm/s～10mm/s或燃速更高的复合固体推进剂或双基药，也可以是燃速相对较高的其它发射药；三级增效火药11装填燃速在4mm/s～6mm/s的复合固体推进剂或双基药，也可以是燃速相对较低的其它发射药。二级增效火药10的快速燃烧特性对于破裂地层，提高射孔层段的裂缝数有很大帮助；而三级增效火药11的药量相对较大，产气量也较大，其燃烧产生的大量气体对于延展地层的裂缝长度，达到射孔孔道与地层天然裂缝的有效沟通上有很大的好处。此外，在二级增效火药10、三级增效火药11中均加有适量的支撑剂，本优选实施例中的支撑剂为Φ0.5mm～Φ1mm之间的特制陶瓷小球，这些小球可以随火药燃烧产生的高温气体一起进入地层裂缝中，起到支撑作用，以防地层裂缝的闭合。筛管12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10和三级增效火药11均安装在筛管12的内部，筛管12可有效防止二级增效火药10、三级增效火药11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10、11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12的底部。公下接头6与筛管12的上端螺纹连接；隔板延时点火器8装在连接件7的台阶大孔中；连接件7的大端与公下接头6的螺孔连接，小端与二级增效火药10金属中心管的上端螺纹连接；点火药柱9放置在二级增效火药10和三级增效火药11交界处的金属中心管中；密封堵头14与三级增效火药11金属中心管的下端螺纹连接；筛管堵头13与筛管12的下端螺纹连接。

在本实用新型中，射孔枪串是由多支射孔5枪串接而成。在本实用新型中，射孔枪5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3所示，单支射孔枪5包括传爆管15、密封圈16、止退管17、定方位枪体18、弹架19、射孔弹20、下定位盘21、扶正套22、定向螺钉23、双公接头24、扶正塞25、两个挡圈26、紧固螺钉27、一级增效火药28、上定位盘29、导爆索30。传爆管15是一个制式产品，可以是任何一种现今在各油田使用的具有传爆功能的传爆管。止退管17是一个制式产品，可以是任何一种现今在各油田使用的止退管。导爆索30是一个制式产品，可以是任何一种现今在各油田使用的具有导爆功能的导爆索。枪内的射孔弹20与一级增效火药28均是制式产品。多个射孔弹20沿弹架19轴线叠放，射孔弹20的轴线与弹架19轴线垂直，两个相邻射孔弹20之间的弹头或弹尾相差180°。上定位盘19和下定位盘21结构相同并带有中心孔，两者通过紧固螺钉27分别与弹架19的上下端固连，两个挡圈26分别与上定位盘29和下定位盘21固连，其作用是将弹架19限制在定方位枪体18的中间段。一级增效火药28放置在相邻射孔弹20之间的缝隙中。在定向起爆接头中，定向枪头4的下端带有外螺纹和沿周向布置的定向螺孔，中间带有与两端相通的一级台阶孔，台阶大孔中装传爆管15，台阶小孔放止退管17。定方位枪体18是整个定方位一体式增效射孔枪5的主体，在其每个盲孔31两侧的90°方向各钻一个φ18mm～φ30mm，孔底壁厚为2mm±1mm的泄压孔；其作用一是保持两方位枪体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；定方位枪体18的两个端口处均带有沿轴线的内螺纹和沿周向布置的过孔。双公接头24的两端螺纹根部均带周向布置的定向螺孔、密封槽和中心台阶孔。每支定方位一体式增效射孔枪5之间通过双公接头24与其定方位枪体18的两个内螺纹端口相连，其中：连接处通过定向螺钉23锁定并通过密封圈16密封；双公接头24的台阶大孔中装扶正塞25，扶正塞25中装起爆管15，扶正套22一端插入到扶正塞25中，另一端插到下定位盘的中心孔中，连接在传爆管15两端的导爆索30分别与本支射孔枪15和下支射孔枪15中的射孔弹20相连。第一支射孔枪5的枪头通过其定方位枪体18上端的内螺纹与定向枪头4下端的外螺纹连接，最后一支射孔枪5的枪尾通过其定方位枪体18下端的内螺纹与多级脉冲高能气体压裂单元中的公下接头6连接。定向枪头4和双公接头24的作用是调节射孔弹20的安装方向，可通过定向枪头4或公接头24上的定位螺孔与定方位枪体18端口上的过孔进行调节，使射孔弹20的轴线指向定向键1所在的径向方向。各射孔枪5之间采用双公接头24连接，既便于定方向又可以大限度地减少射孔盲区。

本实用新型的工作过程如下：

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，下入陀螺仪等专用仪器测量定向键1与射孔方向的偏差，射孔方向是根据测井解释资料提供的射孔井段井斜方位角和其对应地层的最大地应力方位角之差确定的。采用调向工具旋转管串，使定向键指向射孔方向后，从井口往油管内投入一根滚轮投棒，投棒撞击起爆器3并使其作用。随即，通过各枪中传爆管15和导爆索30的作用，由第一支射孔枪5开始顺次起爆各支射孔枪内的射孔弹20并进行射孔，在各射孔枪5射孔后，其产生的高温、高压气体与高温金属热质点将其枪内的一级增效火药28点燃并使之燃烧起来；与此同时，由最后一支射孔枪15引出的导爆索30将多级脉冲高能气体压裂单元中的隔板延时点火器8引爆，产生的爆轰能量将点火药柱9点燃，点火药柱9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10(快速燃烧药)和三级增效火药11(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)

1.一种直井定方位多级脉冲增效射孔装置，包括定向起爆接头、射孔枪串和多级脉冲高能气体压裂单元，其特征在于：所述定向起爆接头含有定向键[1]、定向接头[2]、起爆器[3]和定向枪头[4]，定向键[1]焊接在定向接头[2]上，定向接头[2]的一端与起爆器[3]连接，定向枪头[4]上端安装所述起爆器[3]；所述射孔枪串由多支射孔枪[5]串接而成，射孔枪[5]含有定方位枪体[18]、弹架[19]、多发射孔弹[20]和一级增效火药[28]，装有射孔弹[20]的弹架[19]装在定方位枪体[18]内，射孔弹[20]的轴线与弹架[19]轴线垂直且两个相邻射孔弹[20]的弹头相差180°相位，一级增效火药[28]安装在相邻射孔弹[20]之间的缝隙中，各射孔枪[5]之间通过装有传爆管和导爆索的双公接头[24]连接，导爆索[30]一端与传爆管[15]连接，另一端与射孔弹[20]连接；多级脉冲高能气体压裂单元含有二级增效火药[10]、三级增效火药[11]、隔板延时点火器[8]、点火药柱[9]、连接杆[32]、连接件[7]和密封堵头[14]，二级增效火药[10]和三级增效火药[11]通过金属中心管连接在一起，点火药柱[9]放置在所述金属中心管内，隔板延时点火器[8]安装在所述连接件[7]中，连接件[7]的一端与二级增效火药[10]端口的金属中心管固连，密封堵头[14]与三级增效火药[11]端口的金属中心管固连；第一支射孔枪[5]与所述定向枪头[4]的下端连接，最后一支射孔枪[5]的枪尾通过连接件[7]与多级脉冲高能气体压裂单元固连，且各支射孔枪中的射孔弹[20]弹轴均指向所述定向键[1]所在的径向方向，射孔作业时，所述定向接头[2]的另一端与油管连接。

2.根据权利要求1所述的直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[18]上的每个盲孔[31]两侧的90°方向各设一个泄压孔。

3.根据权利要求1或2所述的直井定方位多级脉冲增效射孔装置，其特征在于：还包括公下接头[6]、筛管[12]和筛管堵头[13]，所述连接件安装在公下接头[6]中，筛管[12]套在二级增效火药[10]和三级增效火药[11]的外部，筛管[12]的一端与公下接头[6]的一端连接，另一端与筛管堵头[13]连接，公下接头[6]的另一端与所述最后一支射孔枪[5]连接。

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