專利名稱：無殼壓裂彈及該無殼壓裂彈的燃速控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及油田油水井增產增注方法，具體的說涉及一種無殼壓裂彈及該無殼壓裂彈的燃速控制方法。
背景技術：
高能氣體壓裂是利用能量火藥在油井井筒內燃燒，生成的高溫高壓氣體作用于目的油層，形成多條不受地應力影響的徑向裂縫，有效改善油層近井地帶滲流環(huán)境，達到油氣井增產、注水井增注的目的。高能氣體壓裂可用于油井油層改造，提高油層滲透率，增加油井產量；它也可用來提高油層吸水能力，改善吸水剖面，擴大水驅波及體積、影響范圍和波及效率，改善注水井注水驅油效果，提高油田采收率。壓裂彈是高能氣體壓裂的能量源，有無殼彈、有殼彈和液體藥3種裝藥方式，目前較成熟和常用的是無殼壓裂彈技術。高能氣體壓裂技術的關鍵參數(shù)是壓力上升速度、壓力作用時間和峰值壓力，與能量火藥的燃燒速度密切相關，因此壓裂彈燃燒的控制是該技術的關鍵，目的在保證油井套管安全的前提下，針對不同油井、油層特點，實現(xiàn)針對化、精細化施工，以取得較好的壓裂增產增注效果。目前使用的無殼彈高能氣體壓裂技術是將火藥成型為一定長度和直徑、帶有中孔的圓柱狀，中孔內裝配起支撐、連接、密封作用的中心管，形成內腔密封、點火、傳火結構的無殼彈；每節(jié)壓裂彈為一單元，通過連接裝置可將多個壓裂彈單元相互連接，滿足不同裝藥量的需求；無殼壓裂彈上部配以點火裝置，下部配以尾堵成為壓裂彈總成?，F(xiàn)有控制無殼壓裂彈燃燒方法主要是從能量藥配方和壓裂彈外形方面入手如使用緩燃藥和速燃藥兩種壓裂彈交替組合實現(xiàn)脈沖燃燒控制，控制手段比較單一，無法實現(xiàn)精細化設計；再如改變藥的灌鑄形狀，制成單孔管狀及圓孔多孔或網格孔多孔狀，目的是改變燃燒面積，控制燃燒能量釋放，缺點是受到井下溫度壓力條件的作用，常常會擠壓變形而無法達到目的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種無殼壓裂彈。本發(fā)明的另一個目的是提供一種無殼壓裂彈的燃速控制方法，以解決現(xiàn)有無殼壓裂彈無法滿足與油井油層特性匹配的壓力加載問題。本發(fā)明技術方案如下
一種無殼壓裂彈，包括點火藥中心管、火藥柱，所述火藥柱為中空圓筒狀，所述中心管設置于所述火藥柱內部的空腔內，所述中心管的外周壁與所述火藥柱的內周壁貼合；所述中心管呈中空筒狀，所述中心管內裝有所述點火藥；它還包括泄壓部，所述泄壓部對稱置于所述火藥柱的兩端，所述泄壓部的外側與所述火藥柱的內周壁貼合，所述泄壓部的內側與所述中心管的外周壁貼合；所述中心管側壁設有至少I組點火孔，每組點火孔位于垂直于所述中心管軸向的同一平面上，每組點火孔為3-6個。
所述點火孔按照中心管的長度每米設有1-30組。作為本發(fā)明的進一步改進，所述中心管側壁設有3 30組點火孔，每組的點火孔之間的間隔相等或者每組的點火孔之間的間隔不相等。一種無殼壓裂彈的燃速控制方法，其特征在于它包括以下步驟根據無殼壓裂彈所需燃速，確定點火孔的組數(shù)量，根據點火孔的組數(shù)量設置中心管側壁上點火孔的位置。本發(fā)明無殼壓裂彈的燃速控制方法是根據無殼壓裂彈所需燃速，確定點火孔的組數(shù)量，根據點火孔的組數(shù)量設置中心管側壁上點火孔的位置，一組點火孔等于一個點火點。本發(fā)明通過改變壓裂彈點火點的數(shù)量和位置，可以控制壓裂彈的燃燒，以控制壓力上升速度、壓力作用時間和峰值壓力參數(shù)，從而控制火藥能量的釋放，形成一系列燃速的壓裂彈，滿足不同井況和地質條件下的壓力加載條件，改善壓裂增產增注效果，并且有利于油井井筒的保護。此外，為了滿足不同地層參數(shù)和設計的需要，可能需要實現(xiàn)不同的壓力加載過程，此時可以通過使用本發(fā)明所提供的無殼壓裂彈，對各個壓裂彈的燃速進行控制， 從而通過不同燃速的壓裂彈的搭配，實現(xiàn)上述目的。更進一步，在進行井下作業(yè)時，通過使用本發(fā)明提供無殼壓裂彈，還能夠有效地提高單井裝藥量，延長壓力作用時間，改善壓裂效果O


圖I是本發(fā)明無殼壓裂彈第一種實施方式的結構示意圖2是本發(fā)明無殼壓裂彈第二種實施方式的結構示意圖3是本發(fā)明無殼壓裂彈第三種實施方式的結構示意圖4是本發(fā)明無殼壓裂彈第四種實施方式的結構示意圖5是無殼彈燃燒速度及點火點數(shù)量的關系圖。
具體實施例方式下面的實施方式可以進一步說明本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。一種無殼壓裂彈，包括點火藥I、中心管2、火藥柱4，火藥柱4為中空圓筒狀，中心管2設置于火藥柱4內部的空腔內，中心管2的外周壁與火藥柱4的內周壁貼合；中心管2 呈中空筒狀，中心管2內裝有點火藥I ;
它還包括泄壓部5，泄壓部5對稱置于火藥柱4的兩端，泄壓部5的外側與火藥柱4的內周壁貼合，泄壓部5的內側與中心管2的外周壁貼合；中心管2側壁設有至少I組點火孔 31，每組點火孔31數(shù)量為3-6個，每組點火孔31均布在垂直于中心管2軸向的同一平面上。點火孔按照中心管的長度每米設有1-30組。本發(fā)明無殼壓裂彈的燃速控制方法是根據無殼壓裂彈所需燃速，確定點火孔的組數(shù)量，根據點火孔的組數(shù)量設置中心管2側壁上點火孔31的位置，一組點火孔等于一個點火點。中心管側壁設有3 30組點火孔，每組的點火孔之間的間隔相等或者每組的點火孔之間的間隔不相等。如圖1-4所示，在本發(fā)明的較佳實施方式中，點火孔31由4個組成一組，四組點火孔31在垂直于中心管2軸向方向的同一平面上均勻排列，此處，四組點火孔31在垂直于中心管2的軸向方向的同一平面上均勻排列的含義為，在垂直于中心管2的軸向方向的同一平面上，相鄰的兩組點火孔31之間相對于中心管2的軸線形成90°夾角。通過這樣的構造，能夠很好地控制點火點在各個方向上的燃速，從而更好地控制整個壓裂彈的燃速。但是本發(fā)明并不僅限于此，對于本領域技術人員來說，可以根據實際設計和使用需要，任意選擇組成每個點火點3的點火孔31的數(shù)量，以及組成一個點火點的多個點火孔的位置關系。例如，可以選擇三個點火孔組成一個點火點，或者選擇六個點火孔組成一個點火點。并且相鄰的兩個點火孔相對于中心管2的軸線的夾角可以不彼此相同。只要能夠實現(xiàn)控制整個壓裂彈的燃速的目的即可。圖I示出了本發(fā)明第一種實施方式，中心管2側壁設有一組點火孔31，該一組點火孔31位于中心管2的一端，通過點火裝置點火，先引燃中心管2內部的點火藥1，通過中心管2側壁上的點火孔31引燃火藥柱4。在這種情況下，由于位于火藥柱4 一端的火藥先被點燃，火藥柱4類似于端面燃燒，是無殼壓裂彈的最慢燃速。圖2示出了本發(fā)明第二種實施方式，中心管2側壁設有一組點火孔31，該組點火孔 31位于中心管2的中部，通過點火裝置未說明點火，引燃中心管2內部的火藥1，通過中心管2側壁上的點火孔31引燃火藥柱4。在這種情況下，與一組點火孔31位于中心管2的一端的情況相比，整個無殼壓裂彈的燃速提高一倍。當中心管2僅僅設置一組點火孔31時，通過改變該點火孔31在中心管2的軸向上的位置，無殼壓裂彈的燃速在上述兩種燃速即一個點火孔31設置在中心管2的一端部， 以及一個點火孔31位于中心管2的軸向的中部之間變化。在本發(fā)明中點火孔31為兩組及以上時，可以調整每組點火孔31的位置，例如，使得相鄰的兩組點火孔31之間的間隔各不相同，或者使得一部分組的點火孔31之間的間隔相同，另一部分組的點火孔31之間的間隔不同均可以。圖3示出了本發(fā)明第三種實施方式，中心管2側壁按照中心管2的長度每米設有 30組點火孔31，每組的點火孔31之間的間隔相等，在這種情況下，火藥柱4近似從內向外的層面燃燒，整個無殼壓裂彈的燃速是最快的，再增加點火孔的組數(shù)燃速也不再增加。圖4示出了本發(fā)明第四種實施方式，中心管2側壁設有10組點火孔31，每組的點火孔31之間的間隔不相等，通過此種方法布置點火孔，可以微調無殼壓裂彈的燃速。效果實驗
點火孔31的數(shù)量和位置變化時，單位時間內的火藥柱4燃燒量不同，從而無殼壓裂彈的燃速也不同。實驗取材壓裂彈外徑75mm、內徑20mm、長度1000mm、重量6. 33公斤。實施例I :
無殼壓裂彈包括兩個組點火孔31，該兩組點火孔31都位于中心管2的一端時，兩組點火孔31之間的間距M等于5mm，且位于端部的那組點火孔到中心管2的近端泄壓部5距離 T與點火孔間距相等，無殼壓裂彈的燃燒時間為114. 31s，燃速為O. 06kg/s。實施例2:
無殼壓裂彈包括兩組點火孔31，兩組點火孔31位于中心管2的軸向均勻分布，且兩組點火孔31之間的距離是位于端部的那組點火孔到中心管2的近端泄壓部5距離的2倍時， 無殼壓裂彈的燃燒時間為26. 31s，燃速為O. 25kg/s;當該兩組點火孔31的位置沿著中心管2的軸向變化時，無殼壓裂彈的燃速在O. 06kg/s -O. 25kg/s之間變化。實施例3
無殼壓裂彈包括三組點火孔31，當該三組點火孔31位于中心管2的一端時，點火孔31 之間的間距等于5mm，且位于端部的那組點火孔到中心管2的近端泄壓部5距離與點火孔間距相等，且無殼壓裂彈的燃燒時間為72. 07s，燃速為O. 09kg/s ；
實施例4
無殼壓裂彈包括三組點火孔31，當該三組點火孔31在中心管2上均勻分布，且每組點火孔31之間的距離是端部點火孔到中心管2的近端泄壓部5距離的2倍時，無殼壓裂彈的燃燒時間為17. 97s，燃速為O. 37kg/s ;當該三組點火孔31的位置沿著中心管2的軸向變化時，無殼壓裂彈的燃速在O. 09kg/s -O. 37kg/s之間變化。實施例5
無殼壓裂彈包括十組點火孔31，該十組點火孔31在中心管2的軸向上以等間隔排列， 此時無殼壓裂彈的燃燒時間為4. 59s，燃速為I. 44kg/s。實施例6
無殼壓裂彈包括二十組點火孔31，該二十組點火孔31在中心管2的軸向上以等間隔排列，此時無殼壓裂彈的燃燒時間為3. 72s，燃速為I. 78kg/s。實施例7
無殼壓裂彈包括三十組點火孔31，該三十組點火孔31在中心管2的軸向上以等間隔排列，此時無殼壓裂彈的燃燒時間為3. 69s，燃速為I. 80kg/s。圖5顯示本發(fā)明中無殼彈燃燒速度及點火點數(shù)量的關系圖，橫坐標為點火點的數(shù)量，縱坐標為燃燒速度；當達到點火孔數(shù)量按照中心管的長度為每米30組以上時，無殼彈燃燒速度不再增加，保持恒定。以上所述的僅是本發(fā)明的較佳實施例，用于更清楚地說明本發(fā)明的發(fā)明構思，并非對本發(fā)明的權利要求范圍的限定。本領域技術人員能夠容易地在上述的范圍內對本發(fā)明進行變更及修改，以及構想出其它實施方式，這些變更和修改包含在本發(fā)明后附的權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種無殼壓裂彈，包括點火藥(I)、中心管(2)、火藥柱(4)，所述火藥柱(4)為中空圓筒狀，所述中心管(2)設置于所述火藥柱(4)內部的空腔內，所述中心管(2)的外周壁與所述火藥柱(4)的內周壁貼合；所述中心管(2)呈中空筒狀，所述中心管(2)內裝有所述點火藥(I);其特征在于它還包括泄壓部(5)，所述泄壓部(5)對稱置于所述火藥柱(4)的兩端， 所述泄壓部(5)的外側與所述火藥柱(4)的內周壁貼合，所述泄壓部(5)的內側與所述中心管(2)的外周壁貼合；所述中心管(2)側壁設有至少I組點火孔(31)，每組點火孔(31)位于垂直于所述中心管(2)軸向的同一平面上，每組點火孔(31)為3-6個。
2.如權利要求I所述的無殼壓裂彈，其特征在于所述點火孔(31)按照中心管(2)的長度每米設有1-30組。
3.如權利要求2所述的無殼壓裂彈，其特征在于所述中心管(2)側壁設有3 30組點火孔(31)。
4.如權利要求3所述的無殼壓裂彈，其特征在于每組的點火孔(31)之間的間隔相等。
5.如權利要求3所述的無殼壓裂彈，其特征在于每組的點火孔(31)之間的間隔不相等。
6.一種無殼壓裂彈的燃速控制方法，其特征在于它包括以下步驟根據無殼壓裂彈所需燃速，確定點火孔的組數(shù)量，根據點火孔的組數(shù)量設置中心管(2)側壁上點火孔(31)的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無殼壓裂彈及該無殼壓裂彈的燃速控制方法，以解決現(xiàn)有無殼壓裂彈無法滿足與油井油層特性匹配的壓力加載問題。本發(fā)明無殼壓裂彈，包括點火藥、中心管、火藥柱、泄壓部，所述泄壓部對稱置于所述火藥柱的兩端，所述中心管側壁設有至少1組點火孔，每組點火孔位于垂直于所述中心管軸向的同一平面上，每組點火孔為3-6個。本發(fā)明無殼壓裂彈的燃速控制方法，步驟是根據無殼壓裂彈所需燃速，確定點火孔的組數(shù)量，根據點火孔的組數(shù)量設置中心管側壁上每組點火孔的位置。本發(fā)明可滿足不同井況和地質條件下的壓力加載條件，改善壓裂增產增注效果，并且有利于油井井筒的保護。
文檔編號E21B43/263GK102587881SQ201210075869
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權日2012年3月21日
發(fā)明者傅仁軍, 劉春峰, 司洛霖, 張彤, 李建科, 潘祖躍, 耿俊杰, 陳東明, 馬寶成, 高潔 申請人:甘肅蘭金民用爆炸高新技術公司, 甘肅省化工研究院