專利名稱：投放式壓裂器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油、氣井高能氣體增產(chǎn)增效作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于油、氣井壓裂增效工藝的投放式壓裂器。
背景技術(shù)：
老油井在不斷開采過程中，油巖層中會(huì)出現(xiàn)石油煤焦油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的沉淀，石蠟、鹽的析出，乳狀液，粘土與淡水反應(yīng)膨脹；此外，在鉆井和試油過程中，油巖層還會(huì)受到泥漿的污染；修井時(shí)各種雜質(zhì)也會(huì)侵入到油巖層。上述情況綜合導(dǎo)致近井地帶滲透性能變差，油產(chǎn)能下降。為此，可根據(jù)井下地質(zhì)構(gòu)造而采用不同的壓裂增產(chǎn)措施。
高能氣體壓裂工藝就是其中一種增產(chǎn)措施。該工藝?yán)冒l(fā)射藥或推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體在原已射過孔的孔眼中進(jìn)行高壓作用，對(duì)套管與地層造成強(qiáng)脈沖沖擊，在井壁周圍形成多條輻射狀裂縫；將目的層中不交叉的裂縫擴(kuò)張，使其與井壁相連接；疏通出油、氣通道，改善地層的滲油性，使更深的原油被滲出，由此提高老油井的采收率，達(dá)到增產(chǎn)的目的。
目前，高能氣體壓裂工藝分為電纜輸送起下壓裂彈和油管傳輸起下壓裂彈兩種。電纜輸送壓裂工藝是利用車載電纜將壓裂彈送到目的層，通過磁性定位器使高能氣體壓裂彈準(zhǔn)確放置在要壓裂的部位，然后將高頻、高壓電流通過纜芯傳送給壓裂彈，以電引爆方式點(diǎn)燃?jí)毫褟椀碾婞c(diǎn)火器并最終點(diǎn)燃?jí)毫褟椀闹魉幹?固體推進(jìn)劑)。電纜輸送壓裂工藝存在的主要缺陷有(1)每次施工作業(yè)都需配備電纜車和磁性定位器等設(shè)備，施工現(xiàn)場(chǎng)還必須對(duì)用電和高頻通訊設(shè)備進(jìn)行控制；(2)在施工過程中，電纜遇阻會(huì)打結(jié)，造成停工或返工；(3)電纜隨著時(shí)間和溫度的變化其伸長(zhǎng)率不確定，使電點(diǎn)火器的作用位置偏離目的層；(4)該工藝受時(shí)間和氣候條件制約較大，不能在夜間以及大風(fēng)、沙塵、雨雪等惡劣氣候條件下施工；(5)在壓裂施工作業(yè)過程中，高溫高壓氣體會(huì)對(duì)電纜造成損害，從而耗費(fèi)較大的人力、物力。
油管傳輸壓裂工藝是用數(shù)千米的油管將點(diǎn)火器和壓裂彈輸送到井下目的層，可以采用機(jī)械投棒式或加壓激發(fā)式點(diǎn)火。加壓激發(fā)式點(diǎn)火需要配備井架和泵車對(duì)點(diǎn)火器加壓，使點(diǎn)火器受到壓力發(fā)火，最終引燃?jí)毫褟椂鴮?shí)施壓裂作業(yè)。這種壓裂工藝存在的主要缺陷有(1)每次實(shí)施壓裂作業(yè)時(shí)須將油管一根一根放入井中，結(jié)束時(shí)再一根一根地從井中取出，不僅工藝復(fù)雜，作業(yè)周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)日，而且該工藝不適用于井下已經(jīng)有油管的低產(chǎn)井和老油井；(2)壓力激發(fā)式點(diǎn)火器在下井過程中，由于要從井口對(duì)其逐段加水，在加水過程中，水對(duì)點(diǎn)火器沖擊有可能改變點(diǎn)火器的發(fā)火值，從而造成點(diǎn)火器未到目的儲(chǔ)層就提前發(fā)火的事故；(3)在施工作業(yè)中，起下油管的速度或落物對(duì)施工質(zhì)量和施工過程中的安全性都有影響。
為了克服電纜輸送壓裂施工作業(yè)和油管傳輸壓裂施工作業(yè)的不足，可以采用一種新的壓裂增效施工作業(yè)即投放式壓裂施工作業(yè)，該作業(yè)方式是從井口向井內(nèi)直接投放壓裂彈，或用鋼絲將壓裂彈輸送到目的儲(chǔ)層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，為投放式壓裂施工作業(yè)提供一種投放式壓裂器，而且采用本發(fā)明所進(jìn)行的壓裂施工作業(yè)，施工成本低、周期短、精度高、安全性好。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括壓力點(diǎn)火器和高能氣體發(fā)生器，所述的壓力點(diǎn)火器含有本體、尾蓋、壓力釋放機(jī)構(gòu)、擊針組件、發(fā)火機(jī)構(gòu)，所述本體為帶有多個(gè)中心階梯通孔的圓柱形殼體；所述的尾蓋帶有通孔；所述的壓力釋放機(jī)構(gòu)包括活塞、承壓環(huán)、數(shù)個(gè)承壓銷釘，承壓環(huán)通過數(shù)個(gè)承壓銷釘固連在活塞的外圓上；所述的擊針組件包括固定銷、擊針套、擊針，擊針通過固定銷固連在擊針套內(nèi)且擊針的針頭露在擊針套外部；所述的發(fā)火機(jī)構(gòu)包括含有火帽和點(diǎn)火管的點(diǎn)火組件、火藥、藥柱、連接體，所述連接體為帶有多個(gè)中心階梯孔的凸形殼體，所述藥柱、火藥、點(diǎn)火組件由連接體的小頭端依次放置在連接體的相應(yīng)階梯孔中；所述的壓力釋放機(jī)構(gòu)、擊針組件安置在所述本體中部的階梯孔中，所述的尾蓋和發(fā)火機(jī)構(gòu)分別與本體的兩端固連，尾蓋與壓力釋放機(jī)構(gòu)相鄰，發(fā)火機(jī)構(gòu)與擊針組件相鄰且擊針的針頭位于所述連接體大頭端的階梯孔中，連接體的小頭端則位于本體之外；所述的高能氣體發(fā)生器包括尾塞、點(diǎn)火藥柱、n個(gè)火藥柱和n-1個(gè)連接管，所述的火藥柱由固體推進(jìn)劑與中心管經(jīng)熱成型法壓為一體，點(diǎn)火藥柱位于中心管內(nèi)并通過n-1個(gè)連接管將n個(gè)火藥柱串接在一起，串接后的火藥柱一端的中心管與尾塞固連，另一端則與所述發(fā)火機(jī)構(gòu)連接體的小端固連。
根據(jù)本發(fā)明，所述的點(diǎn)火藥柱由高能點(diǎn)火藥壓制而成；所述的火帽由耐溫?fù)舭l(fā)藥壓制而成，所述的點(diǎn)火管由硅點(diǎn)火藥壓制而成。
本發(fā)明的工作原理及工作過程如下當(dāng)將本發(fā)明從井口向井筒內(nèi)投放或用鋼絲輸送時(shí)，井下液柱壓力通過尾塞通孔作用在壓力點(diǎn)火器的活塞端面，使活塞與承壓銷釘之間產(chǎn)生剪切力，隨著液柱深度的增加，剪切力也在不斷增大，當(dāng)本發(fā)明到達(dá)要進(jìn)行壓裂作業(yè)的儲(chǔ)層時(shí)，剪切力等于承壓銷釘預(yù)設(shè)的剪切極限值，承壓銷釘被剪斷，活塞在本體中運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)擊針使擊針與固定銷之間產(chǎn)生剪切力，當(dāng)固定銷被剪斷之后，擊針頭撞擊火帽，火帽依次點(diǎn)燃點(diǎn)火管、火藥和藥柱。壓力點(diǎn)火器輸出的火焰將高能氣體發(fā)生器火藥柱中心管里的點(diǎn)火藥柱點(diǎn)燃，并依次傳遞點(diǎn)燃各個(gè)火藥柱中心管中的點(diǎn)火藥柱。點(diǎn)火藥柱燃燒后產(chǎn)生的火焰和放出的熱量使中心管升溫并燒穿，從而點(diǎn)燃火藥柱的固體推進(jìn)劑。火藥柱燃燒產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，高溫高壓氣體使井筒內(nèi)壓力急劇上升，對(duì)套管與地層造成強(qiáng)脈沖沖擊，使套管、地層和原產(chǎn)能孔道周圍形成裂縫并使裂縫擴(kuò)張，形成新的產(chǎn)能通道；高能氣體和地層壓力返排井筒又將近井地帶的堵塞物和污染物帶入井筒，疏通滲流通道，使油、氣順利產(chǎn)出，從而提高老油井、氣井和低滲透井段產(chǎn)油、產(chǎn)氣量。
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(一)本發(fā)明很好地利用了油井內(nèi)原有液體這一天然環(huán)境條件作為其壓力點(diǎn)火器的發(fā)火能源，并根據(jù)液體壓力隨液體深度和液體比重的變化規(guī)律，巧妙地設(shè)計(jì)了在受到目的儲(chǔ)層液體壓力作用而能使活塞運(yùn)動(dòng)的壓力釋放機(jī)構(gòu)，通過活塞的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)擊針組件的擊針撞擊火帽，由此實(shí)現(xiàn)壓力點(diǎn)火器的點(diǎn)火功能；此外，根據(jù)活塞在目的儲(chǔ)層受到的液體總壓力來確定承壓銷釘?shù)囊?guī)格和數(shù)量，從而保證了壓力點(diǎn)火器可以在目的儲(chǔ)層精確而可靠的實(shí)施點(diǎn)火。
(二)采用本發(fā)明進(jìn)行壓裂施工作業(yè)，只需一個(gè)人在井口投放或用鋼絲輸送即可，既不需要任何設(shè)備，也不需要任何外加能源，而且從準(zhǔn)備到施工作業(yè)結(jié)束僅用幾個(gè)小時(shí)，因此，操作簡(jiǎn)單，可節(jié)約大量的人力和物力，大大降低了壓裂施工作業(yè)的成本，同時(shí)也提高了施工作業(yè)的安全性。
(三)由于本發(fā)明改變了已有技術(shù)的施工方式和點(diǎn)火方式，不僅避免了電纜遇阻打結(jié)等事故，提高了壓裂施工作業(yè)的成功率，同時(shí)，本發(fā)明的適用范圍也比較寬。


圖1是本發(fā)明總體構(gòu)成示意圖。
圖2是本發(fā)明壓力點(diǎn)火器構(gòu)成示意圖。
圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例承壓銷釘排列形式示意圖。
圖4是圖3的A-A剖視圖。
圖5是本發(fā)明高能氣體發(fā)生器構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。
正如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例由壓力點(diǎn)火器A和高能氣體發(fā)生器B構(gòu)成。壓力點(diǎn)火器A通過其發(fā)火機(jī)構(gòu)的連接體與高能氣體發(fā)生器B連接。
參見圖2，本優(yōu)選實(shí)施例的壓力點(diǎn)火器A包括尾蓋1、本體2、壓力釋放機(jī)構(gòu)、擊針組件、發(fā)火機(jī)構(gòu)。本體2是由鋼材制成的帶有多個(gè)中心階梯通孔的圓柱形殼體，其一端設(shè)有外螺紋另一端設(shè)有內(nèi)螺紋。尾蓋1帶有內(nèi)螺紋和徑向通孔。壓力釋放機(jī)構(gòu)含有承壓銷釘3、承壓環(huán)4、活塞5，承壓環(huán)4通過承壓銷釘3固連在活塞5一端的外圓上?；钊?和承壓環(huán)4由優(yōu)質(zhì)鋼材制成，以保證可靠剪斷承壓銷釘3。承壓銷釘3的選材及直徑的確定是本發(fā)明的核心技術(shù)，根據(jù)多方選材及大量的試驗(yàn)結(jié)果，在保證剪切力τ值穩(wěn)定性的前提下，承壓銷釘3選用20Cr鋼材料制作，本優(yōu)選實(shí)施例共使用8個(gè)銷釘并分兩圈排列，其中第一圈有3-1銷釘和3-3銷釘各一個(gè)，第二圈有六個(gè)3-5銷釘(參見圖3、圖4)，8個(gè)承壓銷釘?shù)某袎褐禐?2.5MPa，因此可使本實(shí)施例的壓力點(diǎn)火器在液面以下3250m處實(shí)施點(diǎn)火。擊針組件含有固定銷6、擊針套8、擊針11，擊針套8、擊針11均選用鋼材制作。擊針11的主體部分通過固定銷6安裝在擊針套8之內(nèi)，擊針11的針頭露在擊針套8的外部。發(fā)火機(jī)構(gòu)含有座體、火帽9、點(diǎn)火管10、火藥12、藥柱13、連接體14。連接體14是由鋼材制作的帶有4個(gè)中心階梯孔的凸形殼體，凸形殼體大、小頭兩端均帶有外螺紋，與小頭交界的大頭端帶有定位突沿。座體由鋼材制作，火帽12由耐溫?fù)舭l(fā)藥壓制而成，點(diǎn)火管13由硅點(diǎn)火藥壓制而成。為了保證火帽12在受撞擊時(shí)不產(chǎn)生位移并提供足夠的支持力，火帽12通過固化膠固化在座體的一個(gè)內(nèi)孔中，點(diǎn)火管13則放置在座體的另一個(gè)內(nèi)孔中，這兩個(gè)內(nèi)孔之間開有傳火通道，以確保點(diǎn)火管13被火帽12可靠點(diǎn)燃。座體用固化膠固定在連接體14中間的一個(gè)階梯孔中，火藥14、藥柱15均用固化膠固定在連接體14小端頭的兩個(gè)階梯孔中。
根據(jù)圖2所示，壓力點(diǎn)火器A的裝配工藝為第一步安裝壓力釋放機(jī)構(gòu)，將壓力釋放機(jī)構(gòu)放入本體2的階梯孔中，通過承壓環(huán)4的端面與本體2的階梯端面定位，本體2的內(nèi)孔與活塞5的外徑之間用兩個(gè)橡膠密封圈7進(jìn)行密封，然后將本體2大端擰入尾蓋1的螺紋孔中，井內(nèi)原液可以通過尾蓋1的徑向通孔將壓力作用在活塞面上；第二步安裝擊針組件，由本體2的另一端將擊針組件裝入本體2中間的階梯孔中，并通過擊針套8的端面與階梯孔端面定位，擊針的尾部與壓力釋放機(jī)構(gòu)相鄰；第三步安裝發(fā)火機(jī)構(gòu)，將連接體14大頭端的外螺紋與本體2中的內(nèi)螺紋進(jìn)行連接，連接體14上的定位突沿與本體2的端面接觸，本體2的內(nèi)孔與連接體14之間的大端頭外徑之間用三個(gè)橡膠密封圈7進(jìn)行密封，擊針10的針頭位于連接體14大頭端的階梯孔中。
參見圖3，本優(yōu)選實(shí)施例的高能氣體發(fā)生器B包括尾塞19、3個(gè)火藥柱15、點(diǎn)火藥柱16和2個(gè)連接管18。火藥柱15由固體推進(jìn)劑與中心管17采用熱成型法結(jié)合為一體，按使用環(huán)境和最佳產(chǎn)氣量的要求制作成柱體形狀。中心管17由硬鋁制成，兩端制有內(nèi)螺紋。連接管18由硬鋁制成，兩端的外螺紋可與中心管17的內(nèi)螺紋連接，由此可將3個(gè)火藥柱15串接在一起。串接火藥柱一端的中心管17與壓力點(diǎn)火器連接體14的小端外螺紋連接并裝配兩個(gè)密封圈7，另一端與尾塞19螺紋連接。中心管17、連接管18和尾塞19均采用硬鋁制作，不僅保證了螺紋連接強(qiáng)度，更重要的是鋁可作為火藥柱15的燃燒劑。點(diǎn)火藥柱16由高能點(diǎn)火藥壓制而成并裝在中心管17中，由于中心管17空腔較小且升溫需要一段時(shí)間，故中心管17內(nèi)的點(diǎn)火藥柱16應(yīng)選用低比容和高熱值材料。點(diǎn)火藥柱16的小端頭伸進(jìn)連接管18的內(nèi)孔中。
本發(fā)明在壓力點(diǎn)火器A的活塞5受力面積確定的前提下，通過變換承壓銷釘3的規(guī)格(見表1)和使用數(shù)量，就可以構(gòu)成本發(fā)明針對(duì)多種目的儲(chǔ)層的各種實(shí)施例。例如，按照?qǐng)D3、圖4的排列方式，若選擇一個(gè)3-1銷釘、兩個(gè)3-2銷釘、六個(gè)3-5銷釘，上述9個(gè)承壓銷釘?shù)某袎褐禐?2.82MPa，本發(fā)明可以在液面下3282米進(jìn)行壓裂工藝；若選用三個(gè)3-5銷釘以及3-1銷釘、3-2銷釘、3-3銷釘、3-4銷釘各兩個(gè)，而且規(guī)格相同的銷釘對(duì)稱安裝，上述11個(gè)承壓銷釘?shù)某袎褐禐?3MPa，本發(fā)明可以在液面下3300米處準(zhǔn)確實(shí)施壓裂工藝。此外，通過增加或減少高能氣體發(fā)生器B所用火藥柱17的數(shù)量，或根據(jù)設(shè)計(jì)要求將各種燃速的火藥柱17進(jìn)行多種組合，就可以使本發(fā)明達(dá)到最佳的壓裂效果。
表1 各種規(guī)格承壓銷釘剪切值一覽表

權(quán)利要求
1.一種投放式壓裂器，包括壓力點(diǎn)火器[A]和高能氣體發(fā)生器[B]，所述的高能氣體發(fā)生器[B]包括尾塞[19]、點(diǎn)火藥柱[16]、n個(gè)火藥柱[15]和n-1個(gè)連接管[18]，所述的火藥柱[15]由固體推進(jìn)劑與中心管[17]經(jīng)熱成型法壓為一體，點(diǎn)火藥柱[16]位于中心管[17]內(nèi)并通過n-1個(gè)連接管[18]將n個(gè)火藥柱[15]串接在一起，其特征在于所述的壓力點(diǎn)火器[A]含有本體[2]、尾蓋[1]、壓力釋放機(jī)構(gòu)、擊針組件、發(fā)火機(jī)構(gòu)，所述本體[2]為帶有多個(gè)中心階梯通孔的圓柱形殼體；所述的尾蓋[1]帶有通孔；所述的壓力釋放機(jī)構(gòu)包括活塞[5]、承壓環(huán)[4]、數(shù)個(gè)承壓銷釘[3]，承壓環(huán)[4]通過數(shù)個(gè)承壓銷釘[3]固連在活塞[5]的外圓上；所述的擊針組件包括固定銷[6]、擊針套[8]、擊針[11]，擊針[11]通過固定銷[6]固連在擊針套[8]內(nèi)且擊針[11]的針頭露在擊針套[8]的外部；所述的發(fā)火機(jī)構(gòu)包括含有火帽[9]和點(diǎn)火管[10]的點(diǎn)火組件、火藥[12]、藥柱[13]、連接體[14]，所述連接體[14]為帶有多個(gè)中心階梯孔的凸形殼體，所述藥柱[13]、火藥[12]、點(diǎn)火組件由連接體[14]的小頭端依次放置在連接體[14]的相應(yīng)階梯孔中；所述的壓力釋放機(jī)構(gòu)、擊針組件安置在所述本體[2]中部的階梯孔中，所述的尾蓋[1]和發(fā)火機(jī)構(gòu)分別與本體[2]的兩端固連，尾蓋[1]與壓力釋放機(jī)構(gòu)相鄰，發(fā)火機(jī)構(gòu)與擊針組件相鄰且擊針[11]的針頭位于所述連接體[14]大頭端的階梯孔中，連接體[14]的小頭端則位于本體[2]之外；所述串接后的火藥柱一端的中心管[17]與所述尾塞[19]固連，另一端則與所述發(fā)火機(jī)構(gòu)連接體[14]的小端固連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投放式壓裂器，其特征在于所述的數(shù)個(gè)承壓銷釘[3]分兩圈排列將所述承壓環(huán)[4]與所述活塞[5]固連，且承壓銷釘[3]至少有兩種規(guī)格。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的投放式壓裂器，其特征在于所述的點(diǎn)火藥柱[16]由高能點(diǎn)火藥壓制而成；所述的火帽[9]由耐溫?fù)舭l(fā)藥壓制而成；所述的點(diǎn)火管[10]由硅點(diǎn)火藥壓制而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種投放式壓裂器，適用于油、氣井投放式壓裂增效工藝。該壓裂器由壓力點(diǎn)火器和高能氣體發(fā)生器構(gòu)成。其主要特點(diǎn)是，本發(fā)明的壓力點(diǎn)火器在井下目的儲(chǔ)層的液柱壓力作用下可以剪斷承壓銷釘，使活塞運(yùn)動(dòng)并推動(dòng)擊針撞擊火帽，由此火帽點(diǎn)燃點(diǎn)火管、火藥、藥柱；壓力點(diǎn)火器輸出火焰依次點(diǎn)燃高能氣體發(fā)生器中的數(shù)個(gè)火藥柱，火藥柱燃燒產(chǎn)生的大量高溫高壓氣體對(duì)目的儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂。采用本發(fā)明的投放式壓裂工藝不僅克服了電纜傳輸工藝中遇阻打結(jié)和電纜損壞等弊端，同時(shí)也克服了油管傳輸工藝中施工復(fù)雜、周期長(zhǎng)等缺陷。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝成本低，操作簡(jiǎn)便，使用靈活，成功率高，可極大地減少人力、物力的消耗。
文檔編號(hào)E21B43/26GK1664307SQ200510041860
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者王秀芝, 惠寧利, 王 鋒, 張鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第二一三研究所