專利名稱：多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
涉及領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種深穿透復(fù)合射孔技術(shù)和袖套式射孔壓裂復(fù)合技術(shù)集以一體的新型復(fù)合射孔技術(shù)，具體地說，是多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外新型射孔壓裂復(fù)合技術(shù)大體有兩種。
一種是深穿透復(fù)合射孔技術(shù)，系在射孔彈架兩個(gè)射孔彈中間裝填發(fā)射藥團(tuán)或藥片，射孔彈射孔時(shí)，引燃射孔彈架間的發(fā)射藥團(tuán)(藥片)。發(fā)射藥團(tuán)(藥片)在槍身內(nèi)燃燒，形成高溫高壓氣體，順射孔孔眼從槍身內(nèi)射出高速氣流，對(duì)射孔孔眼通道沖刷，清除射孔孔道巖石碎屑，加深加寬射孔孔道，并在射孔孔徑前沿形成多條裂縫。
該技術(shù)的不足之處是裝藥量少由于是在槍內(nèi)燃燒，裝藥量大，容易使槍身產(chǎn)生賬槍、炸槍事故。使槍身卡在作業(yè)井套管內(nèi)，發(fā)生災(zāi)難性事故。該技術(shù)目前國內(nèi)的裝藥是0.8-1kg/m，由于裝藥量少，對(duì)地層壓裂效果有限，影響了該技術(shù)的使用效果。
另一種技術(shù)是袖套式射孔壓裂復(fù)合技術(shù)，該技術(shù)系在槍內(nèi)外套一個(gè)火藥藥套，射孔彈射孔時(shí)射流引燃槍身外的藥套，藥套燃燒形成高溫、高壓氣體，作用于油層，在地層形成多條裂縫。
由于該技術(shù)是在射孔后引起藥套燃燒，燃燒氣體是在套管空間里，甚至是在溝通的油層環(huán)境里，藥室容積的增大容許裝填更多的藥量。該技術(shù)的裝藥量每米可達(dá)3-5kg。由于藥量的增大，對(duì)地層壓裂效果比深穿透復(fù)合射孔要好一些。
單純的袖套式射孔壓裂復(fù)合技術(shù)，又少了液氣流對(duì)地層孔眼的沖刷作用。根據(jù)烏克蘭基輔地球物理研究所米哈依留克在西安石油學(xué)院講學(xué)時(shí)披露，當(dāng)槍身壓力達(dá)到150MPa時(shí)，射流速度可達(dá)2000m/s，可使孔深加長(zhǎng)1-5m。
技術(shù)內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種兼得深穿透復(fù)合射孔和袖套式射孔壓裂復(fù)合技術(shù)兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)而聚于一體的多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的包括起爆器1、上檔板2、慢速火藥3、快速火藥4、槍身內(nèi)裝火藥5、彈架6、射孔彈7、導(dǎo)爆索8、射孔槍管9、尾堵10、下檔板11、測(cè)壓器12，，射孔槍管9內(nèi)置有彈架7，在射孔槍管9上分別置有慢速火藥3、快速火藥4，在彈架6上分別裝有射孔彈7、槍身內(nèi)裝火藥5。
本實(shí)用新型還采用如下技術(shù)方案該裝置的上、下分別設(shè)有上擋板2、下?lián)醢?1。
在裝置的底部有測(cè)壓器12。
在裝置的上部有起爆器1。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合技術(shù)的特色，就是利用優(yōu)質(zhì)鋼作為射孔槍的槍身，使其有足夠的耐壓能力。在彈架內(nèi)裝填發(fā)射藥團(tuán)(藥片)，同時(shí)在槍身外包復(fù)兩種以上燃速的袖套藥筒。在射孔彈射孔時(shí)，引燃槍身內(nèi)的藥團(tuán)(藥片)，槍身內(nèi)藥團(tuán)(藥片)的燃燒，形成高溫、高壓的氣流，沖刷射孔孔眼，對(duì)地層實(shí)施一定的壓裂。同時(shí)射孔彈射流和槍身火藥燃燒氣流，引燃槍身外的袖套藥筒，槍身外袖套藥筒有兩級(jí)燃速不同的火藥，快燃速火藥迅速燃燒，形成對(duì)地層二級(jí)壓裂，爾后是燃燒槍身外燃速較慢火藥，形成對(duì)地層的三級(jí)壓裂，這樣集對(duì)地層沖刷，多級(jí)壓裂的效果必然更大范圍地溝通地層，更好地增加油氣產(chǎn)量。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
起爆器1引爆導(dǎo)爆索8，導(dǎo)爆索8引爆射孔7，射孔彈7被引爆后射穿射孔槍管9，同時(shí)引燃槍身內(nèi)火藥5，射孔彈7射流和槍內(nèi)火藥燃燒產(chǎn)生高溫氣流引燃槍身外包復(fù)的慢速火藥3和快速火藥4，快速火藥4燃燒形成一級(jí)壓力脈沖，緊接著慢速火藥3燃燒形成二級(jí)壓力脈沖。彈架6系裝填射孔彈7的支架，尾堵10系射孔槍下密封器，測(cè)壓器12系測(cè)試系統(tǒng)整個(gè)過程的壓力一時(shí)間曲線。上檔板2和下檔板11系保護(hù)槍身外包復(fù)火藥在下井過程中避免和油氣井套管碰撞，使火藥損壞之保護(hù)器。
它的結(jié)構(gòu)是在槍身內(nèi)裝填藥團(tuán)和藥片，射孔彈射流引燃槍身內(nèi)裝藥，形成高速氣流沖刷地層，同時(shí)在槍身外包復(fù)兩種燃速的火藥袖套，射孔彈射流同時(shí)引燃槍身外兩種袖套裝藥，形成兩次壓力峰作用于地層，這樣在射孔同時(shí)形成三級(jí)壓力脈沖沖擊地層。
射流速度與槍力內(nèi)壓力多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置，由于火藥在槍身內(nèi)形成高壓、其壓力越大，火藥燃燒氣體對(duì)地層射流的速度越大，對(duì)地層的刺激越強(qiáng)裂。
其噴射速度取決于槍身內(nèi)的壓力和射流的質(zhì)量，其關(guān)系如下v=2gPρ]]>式中v為射流速度，g為重力加速度，P為槍身內(nèi)壓力，ρ為射流質(zhì)量表1不同壓力下水流噴射速度

射流速度越大，需要槍身強(qiáng)度越強(qiáng)根據(jù)薄壁圓筒的耐壓公式pmax=σsr12-r22r12+r22]]>
式中σs為管子屈服強(qiáng)度，r1為管子的外半徑，r2為管子的內(nèi)半徑。從式中可以看出，在內(nèi)、外半徑一定的情況下，σs越大，管子的耐壓強(qiáng)度越強(qiáng)。
地面強(qiáng)度破壞試驗(yàn)證明89槍身，壁厚為9.92mm厚的管子，只有N80，P110材質(zhì)，才能適應(yīng)多級(jí)脈沖射孔壓裂槍身強(qiáng)度的需要。
槍身內(nèi)裝藥品號(hào)選擇根據(jù)計(jì)算火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壓力計(jì)算原理，可以把射孔槍的槍身看做一個(gè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥室，射孔彈在槍身內(nèi)射開的孔眼面積總和看做是發(fā)動(dòng)機(jī)的噴喉。那么根據(jù)計(jì)算火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壓力公式pmax=(ρc*u1ss1)11-r]]>式中ρ為槍身內(nèi)裝藥的密度，c*裝藥的特征速度，s為槍身內(nèi)裝藥的總表面面積，s1為槍身射孔孔眼的總面積和，r為裝藥的壓力指數(shù)，u1裝藥燃燒速度系數(shù)，p為壓力，r為燃速壓力指數(shù)。
經(jīng)理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明內(nèi)裝特制復(fù)合藥和單基藥。經(jīng)2#氟橡膠包復(fù)均符合使用要求，但每米裝藥不得大于0.9kg。
外包復(fù)高燃速裝藥選擇槍身外包復(fù)高燃速火藥，應(yīng)選擇易點(diǎn)燃，燃速相對(duì)快的火藥，經(jīng)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)選擇下列性能的火藥能量系示性數(shù)(計(jì)算值)

化學(xué)安定性①106.5℃維也里安定性，普通法試驗(yàn)時(shí)間不少于7小時(shí)。
②106.5℃ 維也里安定性加速或正常重復(fù)法十次試驗(yàn)時(shí)間不少于60小時(shí)。
燃燒生成氣體為CO、CO2、N2、H2O等對(duì)地層無傷害的氣體。
槍身外包復(fù)低燃速火藥選擇燃速相對(duì)慢的火藥，其性能如下

該火藥配方不是國內(nèi)已有的單基藥、雙基藥、三基藥等傳統(tǒng)的軍用火藥和推進(jìn)劑配方，而是用可燃粘結(jié)劑、氧化劑和其它添料按一定比例組配的新配方，用模具固定在槍身上，同時(shí)把槍身外包復(fù)的高燃速火藥牢牢的粘結(jié)固定在槍身上，外表涂復(fù)一層防水漆。
該配方的最大特點(diǎn)是燃燒速度慢，燃燒持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。如國內(nèi)已有的傳統(tǒng)的軍用火藥和推進(jìn)劑，在20MPa壓力條件下，燃燒只需500ms左右，而該配方可達(dá)1分鐘以上。
該技術(shù)是有深穿透復(fù)合射孔和袖套式復(fù)合射孔的雙重特征，由于槍身強(qiáng)度好，槍身內(nèi)射孔彈架內(nèi)裝藥，燃燒對(duì)地層具有強(qiáng)烈的沖擊作用，射流速度可達(dá)500~1000m/s，順著射孔孔眼射入地層內(nèi)，加大加深射孔孔眼，并在射孔孔眼前沿形成多條徑向裂縫。
該技術(shù)也有袖套式復(fù)合射孔技術(shù)的特征，由于射孔槍身外的火藥是在射孔彈射孔后燃燒，其整個(gè)燃燒室可以考慮為整個(gè)套管空間，與深穿透復(fù)合射孔技術(shù)在槍身內(nèi)燃燒相比，其燃燒空間大。根據(jù)公式

式中P為火藥燃燒壓力，f為火藥力，為火藥燃燒的質(zhì)量， 為火藥燃燒時(shí)的藥室容積。假如在 套管燃燒，套管內(nèi)徑為124mm，深穿透復(fù)合射孔槍身(89槍)內(nèi)徑為70mm，假如射孔段L一定，那么套管內(nèi)容積是槍身內(nèi)容積的3倍以上，按理論推算袖套式射孔壓裂復(fù)合裝置裝藥量是深穿透復(fù)合射孔的3倍以上，另外，由于袖套式復(fù)合射孔的火藥燃燒是在整個(gè)井筒中，卻套管與地層已溝通，火藥在套管中燃燒還可以向地層和井的上層擴(kuò)展，壓力可把井中液柱托起，因此裝藥量還可以增大。
多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合技術(shù)，其火藥燃燒形成的高溫高壓氣體，側(cè)面直向射孔井段，通過射孔孔道，直接施壓于地層，同時(shí)通過液壓傳遞，對(duì)下層射孔段施加壓力，由于火藥分級(jí)燃燒，形成迭加施壓效果，對(duì)地層的壓裂效果會(huì)更好。
權(quán)利要求1.多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置，包括起爆器(1)、上檔板(2)、慢速火藥(3)、快速火藥(4)、槍身內(nèi)裝火藥(5)、彈架(6)、射孔彈(7)、導(dǎo)爆索(8)、射孔槍管(9)、尾堵(10)、下檔板(11)、測(cè)壓器(12)，其特征在于射孔槍管(9)內(nèi)置有彈架(7)，在射孔槍管(9)上分別置有慢速火藥(3)、快速火藥(4)，在彈架(6)上分別裝有射孔彈(7)、槍身內(nèi)裝火藥(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置，其特征在于該裝置的上、下分別設(shè)有上擋板(2)、下?lián)醢?11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置，其特征在于在裝置的底部有測(cè)壓器(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置，其特征在于在裝置的上部有起爆器(1)。
專利摘要一種深穿透復(fù)合射孔技術(shù)和袖套式射孔壓裂復(fù)合技術(shù)集以一體的多級(jí)脈沖射孔壓裂復(fù)合裝置，包括起爆器1、上擋板2、慢速火藥3、快速火藥4、槍身內(nèi)裝火藥5、彈架6、射孔彈7、導(dǎo)爆索8、射孔槍管9、尾堵10、下?lián)醢?1、測(cè)壓器12，射孔槍管9內(nèi)置有彈架7，在射孔槍管9上分別置有慢速火藥3、快速火藥4，在彈架6上分別裝有射孔彈7、槍身內(nèi)裝火藥5，有足夠的耐壓能力，形成高溫、高壓的氣流，沖刷射孔孔眼，對(duì)地層實(shí)施一定的壓裂，繼而形成對(duì)地層二級(jí)壓裂、三級(jí)壓裂，這樣集對(duì)地層沖刷，多級(jí)壓裂的效果必然更大范圍地溝通地層，更好地增加油氣產(chǎn)量。
文檔編號(hào)E21B43/25GK2630493SQ0326453
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者王安仕 申請(qǐng)人:王安仕