CN2371337Y - 对称式射孔压裂复合弹 - Google Patents

Abstract

一种对称式射孔压裂复合弹,其上、下压裂段对称设置于射孔段两端。射孔段包括射孔弹和与触发装置相连的起爆点火机构,起爆点火机构设于上压裂段与射孔段之间,其通过导爆索与下压裂段的爆炸一燃烧转换器相连,上、下压裂段的弹壳内装有火药和传火管,传火管设置于上下压裂段的轴心。本实用新型安全性好、孔密可调、堵塞压实消除彻底、压裂效果显著、施工简便、成本低。

Description

对称式射孔压裂复合弹

本实用新型涉及一种石油、天然气等开采中其井内射孔压裂所用的对称式射孔压裂复合弹。

开采石油或天然气等，须在其井内下设套管，然后在井内射孔，使地层与井眼相通。由于钻井泥浆、固井水泥及射孔中产生的碎屑等均会堵塞于射孔内，阻碍石油或天然气的渗出；孔所形成的压实带也将降低射孔周边岩石的渗透率。为提高石油、天然气的产量，须消除射孔的堵塞与压实，并进行压裂。现阶段，实现上述目的比较理想、比较现实的工艺是采用射孔压裂复合弹。一体式射孔压裂复合弹的射孔弹和发射药装于同一枪身。射孔弹装得多，火药就装得少。射孔弹装得少，孔密就低；火药装得少，消除堵塞压实和产生裂缝的脉冲作用必然削弱。作为一体式复合结构，这是一对无法克服的矛盾。一体式复合弹中的发射药是被导爆索和射孔弹引发，其激发能量过大。火炸药的反应形式及反应速度与激发能量的大小紧密相关。加之，发射药与聚能射孔弹又汇集于同一枪体，因此其火药容易发生燃烧转爆轰，以致发生炸枪事故。现行一体式复合弹内装发射药。发射药原本用于推动弹头的大炮与机枪，它的耐热不超过120℃，它的燃速大大高于火箭复合推进剂。它在一体式复合弹中的装药结构使其燃烧复杂化。发射药的特性与上述装药特征不仅对一体式复合弹的使用井深构成限制，而且因燃烧不稳定，为井下工艺埋下了不安全因素。分离式射孔压裂复合弹的射孔弹和复合推进剂分别装于射孔枪和压裂段。因此孔密可调，火药装药量能加大，不易发生燃烧转爆轰，解决了一体复合弹存在的孔密与火药装药量的矛盾。复合推进剂耐热150℃，燃速比发射药低。因此，它能适用于深井，处理效果优于一体式复合弹。但是，分离复合弹的轴向结构是非对称的，因而射孔弹起爆和压裂段点火后，枪身会发生上举现象。由于其压裂段不是正向侧对套管射孔，以致推进剂燃气必须上升一段距离才能进入射孔。这会导致燃气能量损耗，脉冲作用降低。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，而提供一种安全性好、孔密可调、堵塞压实消除彻底、压裂效果显著、施工简便、成本低的对称式射孔压裂复合弹。

本实用新型的设计方案如下：

一种对称式射孔压裂复合弹，包括射孔段(10)，压裂段及其输送工具(1)，所述射孔段(10)包括射孔枪(7)，其内设置有射孔弹(8)和与触发装置相连的起爆点火机构(6)，所述压裂段的弹壳(3)内装有火药(15)和传火管(4)，所述传火管(4)内设有点火器(16)，其特殊之处在于：所述压裂段包括上、下压裂段(5)、(12)，其对称设置于射孔段(10)两端，所述触发装置设于上压裂段(5)上端，其经导线(17)与起爆点火机构(6)相连，该起爆点火机构(6)通过导爆索(9)与下压裂段(12)的爆炸-燃烧转换器(11)相连；所述的起爆点火机构(6)设于上压裂段(5)与射孔段(10)之间，所述的传火管(4)设置于上、下压裂段(5)、(12)的轴心，传火管(4)内装有点火药。

本实用新型的输送工具(1)采用电缆时，所述的触发装置由电缆内的导线(17)与地面电源相接构成。

本实用新型的输送工具(1)采用油管时，所述的触发装置设于上压裂段(5)上端，其包括可从油管内落下的投棒(13)、设置于上压裂段(5)顶部的击针(14)及可被击针(14)击发的瞬发电池(2)。

本实用新型的起爆点火机构(6)以采用同步型起爆点火机构为佳。

本实用新型的上、下压裂段(5)、(12)的弹壳(3)采用非金属或金属材料的弹壳均可。

本实用新型的射孔段(10)与上、下压裂段(5)、(12)可分别通过螺扣接头(18)连接，所述射孔段(10)的枪身为金属枪身或非金属枪身。

附图为本实用新型的结构示意图。

下面将结合附图对本实用新型作进一步详述：

参见附图。本实用新型的输送工具1采用电缆时，电缆内的导线17上端与地面电源相接，导线17下端穿过上压裂段5接射孔段10的起爆点火机构6，构成环路，以起爆方式引发射孔枪7内的射孔弹8。装于上、下压裂段内的火药15为高能火药，由此可实现起爆与点火同步，爆炸与燃烧同步，以提高起爆与点火的可靠性。相容地利用爆炸能和燃烧能，避免了现行导爆索点火强度大和不稳定而引起的燃烧转爆轰。用油管输送时，触发装置由安装于上压裂段5顶部的瞬发电池2和击针14构成。当投棒13从油管投下时，其冲量使瞬发电池2产生电流，激发起爆点火机构6，完成射孔段10内射孔弹8的引发和上、下压裂段5、12的点火。起爆点火机构6装于上压裂段5和射孔段10之间，通过射孔枪7的导爆索9接下压裂段12中的爆炸-燃烧转换器11，实现下压裂段12火药的点火。上、下压裂段5、12中的点火器16起点传火的作用。上、下压裂段的弹壳3可采用钢质、合金铝等管材，亦可采用玻璃钢、布管、钢化玻璃、塑料、陶瓷、高强度纸等非金属壳。弹壳3内火药15采用发射药或复合推进剂均可。射孔段10可以有枪身，亦可无枪身。当不用枪身时，射孔弹8与复合推进剂要紧密地装配在非金属壳中。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、由于是对称结构，射孔弹作用形成的中心低压区，为两端等质量燃气相对涌入地层创造了条件。就等质量的火药装药而言，对称式的处理效果是一体式和分离式的2-3倍。

2、诸如一体式的孔密与火药量的矛盾、不规则燃烧与燃爆转爆轰，易于炸枪问题；以及分离式发生上举，燃气上行损耗能量问题；采用对称式复合弹，皆可迎刃而解。

对称式复合弹采用有规律的柱面燃烧，单位时间内燃烧质量正比于燃烧柱面半径的平方，即△m∝r²。因而能及时供给足量高温高压燃气，以确保消除堵塞压实和地层压裂效果。

3、对称式复合弹，孔密可调，一般为16～20孔/米(“89弹”)。耐热150℃。耐压50MPa。实现有枪身射孔，有益于套管保护。

4、既可装“89弹”，也可装“127弹”，还可装串联射孔弹，爆聚射孔弹和切孔弹。射孔穿深和射孔孔径均能达到或超过“89弹”和“127弹”的水平。

5、射孔压裂后，形成具有偏轴效应的辐射状裂缝，裂缝半长≥10m，提高了地层的导流能力。依靠燃气脉冲作用，消除钻井泥浆，固井水泥，弹屑及地层污物所造成的射孔堵塞与污染。射孔弹聚能射流的速度为5000～10000m/s，因而使射孔外缘表层压实，渗透率降低。依靠燃气脉冲的高频压缩拉伸作用，可消除这种压实带，从而提高射孔周边岩层的渗透率。

6、射孔弹与复合推进剂分装，既可满足孔密要求，又可加大火药装药量，既提高了工艺安全性，又提高了射孔压裂效果。

7、与水力压裂复合，不仅可压开单一水力压裂难以压开的低渗致密岩层，不仅形成具有偏轴效应的辐射状裂缝，而且能形成加入支撑剂的长缝。每条裂缝的半长＝燃气裂缝半长+水力裂缝的半长。从而实现大幅度长周期增产，提高了采收率。

8、配备“防止早爆与后爆的安全点火器”，可大大提高装配、拆卸与起下管柱的安全性。

9、既可一次作业处理一个油层，也可射孔段与压裂段相间，组成几个射孔段与几个压裂段相间的长枪串，一次作业同时处理几个薄油层。

10、既可电缆输送，也可油管输送。落物只是少量细屑。起爆点传火机构先进，能量适当，主装药燃烧稳定，改善了工艺安全性，提高了处理强度。

11.减少钢材用量，爆炸燃烧复合，燃气随进，高效利用能量，简化工艺，复合作业，占井时间短，综合成本低。

Claims (6)

1、一种对称式射孔压裂复合弹，包括射孔段(10)，压裂段及其输送工具(1)，所述射孔段(10)包括射孔枪(7)，其内设置有射孔弹(8)和与触发装置相连的起爆点火机构(6)，所述压裂段的弹壳(3)内装有火药(15)和传火管(4)，所述传火管(4)内设有点火器(16)，其特征在于：所述压裂段包括上、下压裂段(5)、(12)，其对称设置于射孔段(10)两端，所述触发装置设于上压裂段(5)上端，其经导线(17)与起爆点火机构(6)相连，该起爆点火机构(6)通过导爆索(9)与下压裂段(12)的爆炸-燃烧转换器(11)相连；所述的起爆点火机构(6)设于上压裂段(5)与射孔段(10)之间，所述的传火管(4)设置于上、下压裂段(5)、(12)的轴心，传火管(4)内装有点火药。

2、如权利要求1所述的对称式射孔压裂复合弹，其特征在于：所述的输送工具(1)为电缆，所述的触发装置由电缆内的导线(17)与地面电源相接构成。

3、如权利要求1所述的对称式射孔压裂复合弹，其特征在于：所述的输送工具(1)为油管，所述的触发装置设于上压裂段(5)上端，其包括可从油管内落下的投棒(13)、设置于上压裂段(5)顶部的击针(14)及可被击针(14)击发的瞬发电池(2)。

4、如权利要求1或2或3所述的对称式射孔压裂复合弹，其特征在于：所述的起爆点火机构(6)为同步型起爆点火机构。

5、如权利要求4所述的对称式射孔压裂复合弹，其特征在于：所述的上、下压裂段(5)、(12)的弹壳(3)为非金属或金属材料的弹壳。

6、如权利要求5所述的对称式射孔压裂复合弹，其特征在于：所述的射孔段(10)与上、下压裂段(5)、(12)分别通过螺扣接头(18)连接，所述射孔段(10)的枪身为金属枪身或非金属枪身。

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