專利名稱：套管井高能壓裂彈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是屬于壓裂地下巖層的高能壓裂裝置，它是用于油田套管井的油層改造和石油開發(fā)的套管井高能壓裂彈，包括了彈殼、火藥、點(diǎn)火具等。
在石油開采中，提高低滲透油田石油產(chǎn)量的有效措施是實(shí)施壓裂，改善油層的滲透性，降低油流阻力，從而增加油井的石油產(chǎn)量。
目前在石油開采中普遍使用的壓裂方法是水力壓裂。實(shí)施水力壓裂需要很多大型壓裂設(shè)備，還需要大量的壓裂液和支撐劑，施工費(fèi)用十分昂貴。除此之外，水力壓裂只產(chǎn)生一條裂縫，因而導(dǎo)流能力的改善有一定的局限性。并且水力壓裂還受水源、地形和道路條件的限制。它不適用于水敏性地層。
另一種壓裂方法是爆炸壓裂，爆炸壓裂雖然也可以用于地下巖層的壓裂，但是缺陷很多，首先，爆炸壓裂容易使油井的套管造成破壞，使油井無法正常生產(chǎn)，甚至使油井報(bào)廢。其次，爆炸壓裂很不安全，炸藥在運(yùn)輸和使用過程中容易受撞擊而發(fā)生爆炸。
近年來，世界上發(fā)展了一種高能氣體壓裂方法(簡(jiǎn)稱高能壓裂)。這種方法的最好描述是美國(guó)桑迪亞實(shí)驗(yàn)室CUd.J.F的“高能氣體壓裂”一文，也可見美國(guó)專利U.S.P570396(1985)。高能氣體壓裂采用了控制高能氣體產(chǎn)生速率的方法，解決了對(duì)井筒破壞的問題。中國(guó)專利87215505，對(duì)壓裂彈作了進(jìn)一步的改進(jìn)，使地下巖層壓開的裂縫長(zhǎng)而寬，并能夠產(chǎn)生多層次多部位的裂縫。但是，上述專利技術(shù)由于壓裂彈的殼體采用的是聚氯乙烯塑料，壓裂彈殼體不耐壓不耐熱，因此，只能在裸眼井的淺井中使用。在較深的油井中，這種結(jié)構(gòu)的壓裂彈承受不了環(huán)境溫度和壓力的作用，因此不適用深井。同時(shí)，這種壓裂彈的殼體屬于破碎型，燃燒后殼體破碎成大小不一的無數(shù)塊碎片，這給清井帶來一定困難。
本實(shí)用新型的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，設(shè)計(jì)了一種能夠耐壓、耐溫、防水、防油，便于封堵，便于點(diǎn)火，便于起下管柱的適用于不同井深的壓裂彈，這種壓裂彈不損傷油井套管，在油井中不留大塊碎片，壓裂作用的時(shí)間長(zhǎng)，形成的裂縫較長(zhǎng)，殼體可重復(fù)使用。
本實(shí)用新型為了使火藥燃燒產(chǎn)生的氣體有控制地從壓裂彈內(nèi)向外噴出，在殼體上設(shè)計(jì)了卸壓孔。為了增長(zhǎng)壓裂作用的時(shí)間，設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的火藥燃燒區(qū)，它們能有效地延長(zhǎng)所形成的裂縫。采用了彈體結(jié)構(gòu)和裝藥結(jié)構(gòu)不同的速燃彈和緩燃彈。
本實(shí)用新型由速燃彈和緩燃彈組成。速燃彈(2)由點(diǎn)火器(1)，中心點(diǎn)火具(3)，速燃火藥(4)，彈殼(5)，卸壓孔(6)構(gòu)成。緩燃彈(10)由端部點(diǎn)火具(9)，緩燃火藥(11)，彈殼(5)，卸壓孔(6)構(gòu)成。速燃彈和緩燃彈通過連接件(8)連接。
速燃火藥(4)是粒狀火藥或多孔火藥，燃燒迅速。峰值壓力較高，使井筒周圍的油層產(chǎn)生多條裂縫。
緩燃火藥(11)是柱狀火藥，燃燒方式為端面燃燒，氣體持續(xù)產(chǎn)生，壓裂時(shí)間增長(zhǎng)，裂縫向前延伸。
彈殼(5)由鋼、合金鋁或其它硬質(zhì)金屬材料制成。速燃彈殼上有卸壓孔30～60個(gè)，孔徑φ30～40。緩燃彈彈殼上有卸壓孔10～40個(gè)，孔徑φ20～30。裝藥種類，裝藥結(jié)構(gòu)，傳火結(jié)構(gòu)，燃燒方式和射孔面積與套管的保護(hù)和壓裂效果有函數(shù)關(guān)系。
連接件(8)有螺紋式和卡口式，在連接件內(nèi)裝有傳火裝置(7)通過傳火藥的燃燒，實(shí)現(xiàn)防水和傳火作用。
密封塞(圖2)在火藥燃燒之前保持良好的密封性能，火藥燃燒之后又使火藥氣體通暢地向外噴出，要求密封塞承受壓力介于油井的井下壓力和燃燒的氣體壓力之間，密封塞的形狀與卸壓孔匹配。
本實(shí)用新型的制造首先加工好速燃彈(2)和緩燃彈(10)，其外徑均為90mm，內(nèi)徑均為80mm，長(zhǎng)度為1.2m通過連接件(8)構(gòu)成。一個(gè)速燃彈和1～10個(gè)緩燃彈構(gòu)成一級(jí)，整個(gè)的套管井高能壓裂彈由1～5級(jí)聯(lián)成，其彈的級(jí)數(shù)是由油層的厚度決定。速燃彈內(nèi)裝有粒狀的速燃火藥(4)和中心點(diǎn)火具(3)，緩燃彈內(nèi)裝有柱狀的緩燃火藥(11)和端部點(diǎn)火具(9)。速燃彈(2)有30～60個(gè)孔徑為30～40mm的卸壓孔，緩燃彈(10)上有10～40個(gè)孔徑為20～30mm的卸壓孔，用銅或鋁塞密封，使用時(shí)再裝上點(diǎn)火器就構(gòu)成了完整的套管井高能壓裂彈。
本實(shí)用新型速燃彈(2)和緩燃彈(10)的卸壓孔最佳結(jié)構(gòu)為速燃彈彈殼上有卸壓孔45個(gè)，孔徑為30mm，緩燃彈彈殼上有卸壓孔30個(gè)，孔徑為20mm，都均勻分布在彈殼(5)上。一個(gè)速燃彈和6個(gè)緩燃彈通過6個(gè)連接件(8)連接而成。
本實(shí)用新型的密封塞(圖2)是組合式，園臺(tái)柱形密封結(jié)構(gòu)，由塞體(13)密封膠(14)，密封墊(15)組成。塞體(13)呈園臺(tái)形，由鋼材或鋁材制成。密封墊(15)系園柱形耐溫、耐油的橡膠墊。密封膠(14)既起粘結(jié)塞體和密封墊的作用，又起密封作用。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是耐壓、耐溫、防水和密封性能可靠，適用于各種深度的套管井和裸眼井，加工制做容易，運(yùn)輸使用安全方便，除了油井開采外，還適用于地?zé)岷偷氐V的開發(fā)。
本實(shí)用新型
如下附圖1是套管井高能壓裂彈一級(jí)的縱向剖視圖1－點(diǎn)火器，2－速燃彈，3－中心點(diǎn)火具，4－速燃火藥，5－彈殼，6－卸壓孔，7－傳火裝置，8－連接體，9－端部點(diǎn)火具，10－緩燃彈，11－緩燃火藥。
附圖2是套管井高能壓裂彈的密封塞橫向剖視圖12－彈殼外壁，13－塞體，14－密封膠，15－密封墊。
實(shí)施例按照附圖1和2制造的套管井高能壓裂彈，速燃彈(2)外徑90mm，內(nèi)徑80mm，長(zhǎng)度1.2m，彈殼用合金鋼制造。彈殼(5)上開有卸壓孔(6)45個(gè)，均勻分布，孔徑30mm，每個(gè)速燃彈裝粒狀火藥(4)3Kg，并裝上中心點(diǎn)火具(3)內(nèi)徑20mm中心傳火管，其上有傳火孔45個(gè)，孔徑5mm，內(nèi)裝有點(diǎn)火藥100g，用502膠固定在速燃彈底部端蓋上。緩燃彈(10)外徑90mm，內(nèi)徑80mm，長(zhǎng)度1.2m，彈殼用合金鋼制造。彈殼上開有卸壓孔40個(gè)，孔徑為20mm，密封塞用銅質(zhì)園臺(tái)形塞體(13)塞入卸壓孔(6)然后涂以膠體(14)再塞入園柱形的橡膠密封墊(15)。每個(gè)緩燃彈裝緩燃火藥3.5Kg，裝上端部點(diǎn)火具(9)50g的壓實(shí)點(diǎn)火藥，用固藥膠粘結(jié)在火藥上部。接連件(8)采用螺紋將速燃彈和緩燃彈相連接。連接件(8)內(nèi)的傳火裝置(7)采用POB鑄裝藥柱0.5Kg。
使用時(shí)，將分裝的壓裂彈組件運(yùn)至油井現(xiàn)場(chǎng)后，將一個(gè)速燃彈(2)和六個(gè)緩燃彈(10)及六個(gè)連接件(8)組裝成壓裂彈8.4m，然后將點(diǎn)火器(1)與速燃彈通過螺紋連接，構(gòu)成完整的套管井高能壓裂彈。
經(jīng)在1550m套管井中進(jìn)行的壓裂試驗(yàn)，壓裂彈的耐壓，密封性能良好，點(diǎn)火之后壓裂彈內(nèi)火藥正常燃燒，彈殼完整無損壞，無變形，在壓力峰值為1022Kgf／cm2時(shí)，油井套管完好無損，壓裂之后，彈殼順利地從油井中提出，井內(nèi)液體明顯增加。
權(quán)利要求1.一種套管井高能壓裂彈由彈殼(5)，點(diǎn)火器(1)，傳火裝置(7)，火藥和連接件(8)組成，其特征在于由1～5個(gè)速燃彈(2)和1～30個(gè)緩燃彈(10)通過連接件(8)連接而成，其彈殼(5)由金屬制成，彈殼上有卸壓孔(6)，并以密封塞密封(圖2)，速燃彈內(nèi)裝有粒狀速燃火藥(4)和中心點(diǎn)火具(3)，緩燃彈內(nèi)裝有柱狀緩燃火藥(11)和端部點(diǎn)火具(9)。
2.根據(jù)術(shù)利要求1所述的壓裂彈，其特征在于由1個(gè)速燃彈(2)和6個(gè)緩燃彈(10)通過連接件(8)連接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓裂彈，其特征在于密封塞(圖2)由塞體(13)，密封肢(14)，密封墊(15)組成，塞體呈園臺(tái)形，密封墊為園柱形，組成園臺(tái)柱形的密封結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型是套管井高能壓裂彈，由彈殼、點(diǎn)火器、傳火裝置、火藥、連接件組成，其特點(diǎn)是由多個(gè)速燃彈和多個(gè)緩燃彈通過連接件連接而成。其彈殼由金屬制成，彈殼上有卸壓孔，并以密封塞密封。速燃彈內(nèi)裝有粒狀速燃火藥和中心點(diǎn)火具，緩燃彈內(nèi)裝有柱狀緩燃火藥和端部點(diǎn)火具。本實(shí)用新型具有耐壓、耐溫、防水性能和可靠的密封性能。能適應(yīng)各種深度的套管井使用，便于管柱的起下和清井。本實(shí)用新型加工制做容易，運(yùn)輸使用安全方便。除了用于油井開采外，還適用于地?zé)岷偷氐V的開發(fā)。
文檔編號(hào)E21B43/25GK2055862SQ8920891
公開日1990年4月11日 申請(qǐng)日期1989年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月23日
發(fā)明者劉晉仁, 吉韶華, 田志波, 王寶興, 王春燕, 謝玉立, 張宗益, 丁晶, 趙珍娣, 彭金風(fēng), 楊彬, 李貴寶, 呂文選, 夏天赦, 張淳, 張蒙蘭, 馬云華 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所