專利名稱：油氣井用多級脈沖增效射孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣井的射孔作業(yè)領(lǐng)域，主要涉及一種開采油氣用的射孔裝置，尤其涉及一種集深穿透增效射孔、高能氣體壓裂、水力壓裂為一體的射孔裝置。
背景技術(shù)：
為了實現(xiàn)油氣井的增產(chǎn)，實際生產(chǎn)中采用了許多的辦法。90年代初，我國從前蘇聯(lián)引進(jìn)的高能氣體壓裂技術(shù)，及之后，在我國發(fā)展起來的增效射孔技術(shù)。這兩項技術(shù)都各有長處，高能氣體壓裂是在射孔后采用高能氣體壓裂彈對地層進(jìn)行壓裂，以期達(dá)到消除射孔壓實帶，溝通地層裂縫的目的。但該工藝是在射孔后的若干時間后進(jìn)行，這會延誤大量的石油開采的寶貴時間，且進(jìn)行的第二次施工還會占用相當(dāng)?shù)娜肆臀锪?，故沒有得到大量的推廣；增效射孔技術(shù)是在射孔槍中裝填了一定量的火藥，在射孔的同時，射孔彈引燃火藥，火藥產(chǎn)生的高能氣體進(jìn)行壓裂，它彌補(bǔ)了深穿透射孔和高能氣體壓裂的單一功能。但該技術(shù)存在一定的不足，就是射孔槍內(nèi)的空間有限，所裝的火藥量有限，即壓裂的效果有限，如果射孔槍內(nèi)裝藥量較大，則在現(xiàn)有的條件下，又會出現(xiàn)炸槍的問題，造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種集深穿透增效射孔、高能氣體壓裂、水力壓裂為一體的油氣井用多級脈沖增效射孔裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括防砂撞擊起爆器、裝有深穿透射孔彈和一級增效火藥的增效射孔槍、增效槍尾、連接件、傳爆管、隔板延時點火器、點火藥柱、二級增效火藥、三級增效火藥、對絲連接件，所述增效槍尾的外圓柱面上帶有與射孔槍連接的槍扣并裝有第一組密封圈，其內(nèi)部沿軸線的一端到另一端依次設(shè)有第一密封面、內(nèi)螺紋和通孔；所述的連接件由串接在一起的三個不同直徑的圓柱體構(gòu)成，其上段柱面帶有外螺紋，中段柱面裝有第二組密封圈，下段柱面帶有外螺紋和裝有第三組密封圈，其沿軸心線設(shè)有臺階通孔；所述的隔板延時點火器由上部和下部構(gòu)成，所述上部含有本體、炸藥、延期管、第一、第二點火藥，本體外形為一端帶有外螺紋另一端裝有第四組密封圈的圓柱體，本體內(nèi)部由隔板分成沿軸向的盲孔和臺階盲孔且臺階盲孔位于外螺紋一側(cè)，所述的炸藥放置在盲孔中，所述第一點火藥和延期管分別放置在所述臺階盲孔的小孔和大孔中，所述下部含有端口帶有內(nèi)螺紋的裝藥管和第二點火藥，第二點火藥位于裝藥管內(nèi)，所述上部與所述下部通過螺紋連接成一體；所述二級增效火藥、三級增效火藥均含有可燃?xì)んw、金屬中心管、耐水火藥、由耐高溫耐高壓材料制作的支撐劑，金屬中心管的兩個端口處的內(nèi)壁由外向內(nèi)均設(shè)有第二密封面和內(nèi)螺紋，金屬中心管位于可燃?xì)んw的內(nèi)部且耐水火藥和支撐劑裝在由金屬中心管和可燃?xì)んw形成的環(huán)形空間內(nèi)；所述的對絲連接件為兩端帶有外螺紋中間裝有兩個第五組密封圈的管狀連接件；采用本發(fā)明進(jìn)行射孔施工時，其各組成按以下形式裝配成施工管串所述防沙撞擊起爆器一端與油管連接且另一端與所述增效射孔槍連接；所述增效槍尾通過其槍扣連接在增效射孔槍的另一端，其上的第一組密封圈對兩者的連接部位起密封作用；所述連接件上段柱面的外螺紋與增效槍尾的內(nèi)螺紋連接，其中段柱面上的第二組密封圈位于增效槍尾的第一密封面中，其下段柱面上的外螺紋與所述二級增效火藥一端連接且第三組密封圈位于二級增效火藥的第二密封面中，所述傳爆管、隔板延時點火器依次裝入連接件的臺階通孔中，由所述增效射孔槍引出的導(dǎo)爆索穿過所述增效槍尾的通孔與所述傳爆管相接觸；所述三級增效火藥的一端通過所述對絲連接件與所述二級增效火藥的另一端連接且兩個第五組密封圈分別位于第二、三級增效火藥的第二密封面中，三級增效火藥的另一端由一個密封堵頭密封，所述二級增效火藥的金屬中心管中均裝有所述的點火藥柱。
根據(jù)本發(fā)明，所述二級增效火藥中的耐水火藥為燃速在8mm/s～10mm/s的復(fù)合固體推進(jìn)劑或雙基藥；三級增效火藥中的耐水火藥為4mm/s～6mm/s的復(fù)合固體推進(jìn)劑或雙基藥。
根據(jù)本發(fā)明，所述的支撐劑為直徑小于1mm的陶瓷圓球體。
根據(jù)本發(fā)明，所述的點火藥柱由含有金屬粉的煙火藥壓制而成。
本發(fā)明的有益效果體具體現(xiàn)在以下幾個方面(一)本發(fā)明采用了帶有大孔徑射孔彈和一級增效火藥的大孔經(jīng)射孔槍，由此可保證射孔作業(yè)時的深穿透效果。
(二)采用隔板延時點火器可使多級火藥依次分段燃燒，形成多個壓力脈沖，以對地層進(jìn)行反復(fù)加載，由此大大提高了本發(fā)明的造縫能力，同時，在火藥壓力消失后，液體振蕩仍然存在，它可以起到反復(fù)清洗射孔孔道的作用。
(三)本發(fā)明通過增加第二、三級增效火藥，增大了施工時的火藥裝藥量，因而可充分表現(xiàn)出大藥量高能氣體壓裂的優(yōu)點；此外，采用多級火藥分裝的技術(shù)措施，延長了有效加載時間，延縫效果好且造縫深度加大，這非常利于射孔孔眼與地層裂縫的溝通；第三，通過加入支撐劑，可以有效地制止地層裂縫在高溫高壓氣體消失后的閉合，確保裂縫的通暢，進(jìn)而取得高產(chǎn)油或高產(chǎn)氣的效果。
(四)本發(fā)明將射孔、高能氣體壓裂、水力壓裂加支撐劑這三種施工工藝巧妙地融為一次施工，不但可大大縮短施工周期，節(jié)省了人力及施工器材費用，而且在施工中，各工藝可完成各自的相關(guān)動作，互不影響。
(五)本發(fā)明所采用的多級增效方式，無需再在射孔槍中裝入過多的火藥，因而可以避免炸槍事故；此外，本發(fā)明的各組成均可以分開包裝、運輸、儲存，因而可避免在上述環(huán)節(jié)中發(fā)生連帶整體的不安全事故。


圖1是本發(fā)明多級脈沖增效射孔裝置的施工管串示意圖。
圖2是圖1中的增效槍尾結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖1中的連接件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖1中的隔板延時點火器的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖1中的二級、三級增效火藥的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是連接二級、三級增效火藥的對絲連接件結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。
根據(jù)圖1所示，采用本發(fā)明優(yōu)選實施例進(jìn)行的施工管串中主要包含了防砂撞擊起爆器1、增效射孔槍2、增效槍尾3與連接件4、傳爆管5、隔板延時點火器6、點火藥柱7、二級增效火藥8、三級增效火藥9及對絲連接件31、密封堵頭33。防砂撞擊起爆器1是一個制式產(chǎn)品，可以是任何一種現(xiàn)今在各油田使用的具有防沙功能的油管傳輸射孔中使用的撞擊起爆器，在斜井中也可使用壓力起爆器。增效射孔槍2是一個制式產(chǎn)品，可以是任何一種現(xiàn)今在各油田使用的帶盲孔的或不帶盲孔的裝深穿透射孔彈和一級增效火藥的增效射孔槍。
根據(jù)圖2所示，增效槍尾3是一個圓柱形狀的金屬件，其上端外側(cè)為射孔槍扣10，同時還裝有起密封作用的第一組密封圈11。增效槍尾3的中心軸線上有一個用于穿過導(dǎo)爆索的通孔12，通孔12的下端有一個與連接件4起連接作用的內(nèi)螺紋13和第一密封面14，通過射孔槍扣10可將增效槍尾安裝在射孔槍上。
根據(jù)圖3所示，連接件4的作用是不僅將增效火藥8與增效射孔槍2連接起來，而且還要在其內(nèi)部安置起點火作用的隔板延時點火器。連接件4外形是由三個直徑不同的金屬圓柱體柱構(gòu)成，其上段柱面帶有外螺紋15，中段柱體的直徑略大于上段柱體，中段柱面上有起密封作用的第二組密封圈16，下段柱體的直徑小于上段柱體，下段柱面上設(shè)有外螺紋17和起密封作用的第三組密封圈18；沿三個柱體的中心軸線上有一個臺階孔19，其上部大孔放置傳爆管5，下部小孔放置隔板延時點火器6。傳爆管5是一個制式產(chǎn)品，可以是任何一種現(xiàn)今在各油田使用的具有傳爆功能的傳爆管。
正如圖4所示，隔板延時點火器6的主體是一個圓柱形狀的金屬件，它是由上部的不銹鋼件20和下部的普通金屬裝藥管21通過螺紋26旋為一體。在上部的不銹鋼件20的外側(cè)，有起密封作用的第四組密封圈24，在不銹鋼件20的軸心線上，有一個兩邊不通的盲孔隔板23，隔板23的兩側(cè)分別為盲孔和臺階盲孔，盲孔中放有起傳爆作用的猛炸藥22，在臺階盲孔上部的小孔中放有起點火作用的第一點火藥25，在臺階盲孔下部的大孔中放有一個起延期作用的延期管27。在下部的普通金屬裝藥管21中，裝有進(jìn)一步將能量擴(kuò)大的第二點火藥28。隔板延時點火器6的主要作用是將爆轟波轉(zhuǎn)換為火焰，它可以在上級射孔槍射孔后的一段時間后才點燃下級增效火藥，避免了火藥壓力峰值的疊加，其另一個作用是防止下井過程中，如果下級增效火藥進(jìn)水，則水由于隔板延時點火器6中隔板的阻擋不會進(jìn)入上一級射孔槍中，也就避免了炸槍事故的發(fā)生。
根據(jù)圖5所示，二級增效火藥8、三級增效火藥9均為制式火藥，即在可燃?xì)んw30內(nèi)放置一個金屬中心管29，金屬中心管29兩端內(nèi)壁有第二密封面35和連接螺紋36，金屬中心管29與可燃?xì)んw30形成的環(huán)狀空間內(nèi)裝填耐水火藥34二級增效火藥8裝填燃速在8mm/s～10mm/s或燃速更高的復(fù)合固體推進(jìn)劑或雙基藥，也可以是燃速相對較高的其它發(fā)射藥；三級增效火藥9裝填燃速在4mm/s～6mm/s的復(fù)合固體推進(jìn)劑或雙基藥，也可以是燃速相對較低的其它發(fā)射藥。二級增效火藥8的快速燃燒特性對于破裂地層，提高射孔層段的裂縫數(shù)有很大幫助；而三級增效火藥9的藥量相對較大，產(chǎn)氣量也較大，其燃燒產(chǎn)生的大量氣體對于延展地層的裂縫長度，達(dá)到射孔孔道與地層天然裂縫的有效溝通上有很大的好處。此外，在二級增效火藥8、三級增效火藥9中均加有適量的支撐劑37，本優(yōu)選實施例中的支撐劑37為Φ0.5mm～Φ1mm之間的特制陶瓷小球，這些小球可以隨火藥燃燒產(chǎn)生的高溫氣體一起進(jìn)入地層裂縫中，起到支撐作用，以防地層裂縫的閉合。二級增效火藥8通過對絲連接件31(參見圖6)與三級增效火藥9連接，在二級增效火藥8的金屬中心管29中裝有點火藥柱7，在三級增效火藥9的金屬中心管29底部裝有帶密封作用的密封堵頭34。點火藥柱7可以是由含有金屬粉的煙火藥壓制而成的具有高熱量和高能量的直徑為14毫米到16毫米、高度為10毫米到30毫米不等的煙火藥柱。
本發(fā)明的工作過程如下施工時，將本發(fā)明按照圖1所示的施工管串下到油氣井中的預(yù)定深度后，從井口往油管內(nèi)投入一根鐵制投棒，投棒撞擊起爆防砂撞擊起爆器1并起爆增效射孔槍2內(nèi)的射孔彈，上部增效射孔槍射孔后，產(chǎn)生的高溫、高壓氣體與高溫金屬熱質(zhì)點將增效槍內(nèi)的增效火藥點燃使之燃燒起來，產(chǎn)生了高溫高壓氣體，高壓氣體沖擊射孔孔眼壓實帶，將射孔壓實帶消除，使射孔孔道以裂縫形式延伸。在增效射孔槍射孔的同時，射孔槍內(nèi)的導(dǎo)爆索將傳爆管5起爆，并將隔板延時點火器6的上部不銹鋼件20中裝的炸藥22引爆，產(chǎn)生的爆轟能量在金屬不銹鋼隔板23中衰減后，將不銹鋼件20中裝的第一點火藥25點燃，第一點火藥25燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓氣體將延期管27點燃，延期管27經(jīng)過數(shù)十毫秒至數(shù)百毫秒的延時后(此時射孔與一級增效火藥的作用已經(jīng)消失)，產(chǎn)生的火焰將隔板延時點火器6的下部金屬裝藥管21中裝的第二點火藥28引燃，輸出更大的點火能量，將二級增效火藥8中金屬管29內(nèi)裝的點火藥柱7點燃，該點火藥柱7燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓氣體與大量的金屬熱質(zhì)點將二級增效火藥8(快速燃燒藥)和三級增效火藥9(慢速燃燒)點燃，不同燃速的增效火藥產(chǎn)生二次壓力脈沖至三次壓力脈沖對地層進(jìn)行壓裂，使裂縫不斷延伸，達(dá)到射孔后的孔道與天然裂縫進(jìn)一步溝通的效果。同時，火藥中的支撐劑37隨著高溫高壓的氣體一起進(jìn)入了地層裂縫中，阻止了地層裂縫的閉合，從而達(dá)到了更好的出油和出氣效果。
權(quán)利要求
1.一種油氣井用多級脈沖增效射孔裝置，包括防砂撞擊起爆器[1]、裝有深穿透射孔彈和一級增效火藥的增效射孔槍[2]，其特征在于還包括增效槍尾[3]、連接件[4]、傳爆管[5]、隔板延時點火器[6]、點火藥柱[7]、二級增效火藥[8]、三級增效火藥[9]、對絲連接件[31]，所述增效槍尾[3]的外圓柱面上帶有與射孔槍連接的槍扣[10]并裝有第一組密封圈[11]，其內(nèi)部沿軸線的一端到另一端依次設(shè)有通孔[12]、內(nèi)螺紋[13]和第一密封面[14]；所述的連接件[4]由串接在一起的三個不同直徑的圓柱體構(gòu)成，其上段柱面帶有外螺紋[15]，中段柱面裝有第二組密封圈[16]，下段柱面帶有外螺紋[17]和裝有第三組密封圈[18]，其沿軸心線設(shè)有臺階通孔[19]；所述的隔板延時點火器[6]由上部和下部構(gòu)成，所述上部含有本體[20]、炸藥[22]、延期管[27]、第一、第二點火藥[25、28]，本體[20]外形為一端帶有外螺紋[26]另一端裝有第四組密封圈[24]的圓柱體，本體[20]內(nèi)部由隔板[23]分成沿軸向的盲孔和臺階盲孔且臺階盲孔位于外螺紋[26]一側(cè)，所述的炸藥[22]放置在盲孔中，所述第一點火藥[25]和延期管[27]分別放置在所述臺階盲孔的小孔和大孔中，所述下部含有端口帶有內(nèi)螺紋的裝藥管[21]和第二點火藥[28]，第二點火藥[28]位于裝藥管[21]內(nèi)，所述上部與所述下部通過螺紋連接成一體；所述二級增效火藥[8]、三級增效火藥[9]均含有可燃?xì)んw[30]、金屬中心[29]管、耐水火藥[34]、由耐高溫耐高壓材料制作的支撐劑[37]，金屬中心管[29]的兩個端口處的內(nèi)壁由外向內(nèi)均設(shè)有第二密封面[35]和內(nèi)螺紋[36]，金屬中心管[29]位于可燃?xì)んw[30]的內(nèi)部且耐水火藥[34]和支撐劑[37]裝在由金屬中心管[29]和可燃?xì)んw[30]形成的環(huán)形空間內(nèi)；所述的對絲連接件[31]為兩端帶有外螺紋[33]，中間裝有兩個第五組密封圈[32]的管狀連接件；采用本發(fā)明進(jìn)行射孔施工時，其各組成按以下形式裝配成施工管串所述防沙撞擊起爆器[1]一端與油管連接且另一端與所述增效射孔槍[2]連接；所述增效槍尾[3]通過其槍扣[10]連接在增效射孔槍[2]的另一端，其上的第一組密封圈[11]對兩者的連接部位起密封作用；所述連接件[4]的上段柱面的外螺紋[15]與增效槍尾[3]的內(nèi)螺紋[13]連接，其中段柱面上的第二組密封圈[16]位于增效槍尾[3]的第一密封面[14]中，其下段柱面上的外螺紋[17]與所述二級增效火藥[8]一端連接且第三組密封圈[18]位于二級增效火藥[8]的第二密封面[35]中，所述傳爆管[5]、隔板延時點火器[6]依次裝入連接件[4]的臺階通孔[19]中，由所述增效射孔槍[2]引出的導(dǎo)爆索穿過所述增效槍尾[3]的通孔[12]與所述傳爆管[5]相接觸；所述三級增效火藥[9]的一端通過所述對絲連接件[31]與所述二級增效火藥[9]的另一端連接且兩個第五組密封圈[32]分別位于第二、三級增效火藥[8、9]的第二密封面[35]中，三級增效火藥[9]的另一端由一個密封堵頭[34]密封，所述二級增效火藥[8]的金屬中心管[29]中均裝有所述的點火藥柱[7]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級脈沖增效射孔裝置，其特征在于所述二級增效火藥[8]中的耐水火藥[34]為燃速在8mm/s～10mm/s的復(fù)合固體推進(jìn)劑或雙基藥；三級增效火藥[9]中的耐水火藥[34]為4mm/s～6mm/s的復(fù)合固體推進(jìn)劑或雙基藥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級脈沖增效射孔裝置，其特征在于所述的支撐劑[37]為直徑小于1mm的陶瓷圓球體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級脈沖增效射孔裝置，其特征在于所述的點火藥柱[7]由含有金屬粉的煙火藥壓制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級脈沖增效射孔裝置，其特征在于所述的點火藥柱[7]由含有金屬粉的煙火藥壓制而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油氣井用多級脈沖增效射孔裝置，該裝置在采用防砂撞擊起爆器和增效射孔槍的基礎(chǔ)上，通過增效槍尾、連接件及對絲連接件將燃速較高的二級增效火藥和燃速較低的三級增效火藥加入到施工管串中，而且所采用的隔板延時點火器可以在上級射孔槍射孔后的一段時間后才點燃下級增效火藥，由此形成多個火藥壓力脈沖對地層進(jìn)行壓裂，使裂縫不斷延伸；此外，兩個增效火藥中的支撐劑可隨著高溫高壓的氣體一起進(jìn)入地層裂縫中，可阻止地層裂縫的閉合。本發(fā)明集深穿透增效射孔、高能氣體壓裂、水力壓裂三種施工工藝的優(yōu)點為一體，采用本發(fā)明進(jìn)行射孔施工，不僅可以獲得很好的出油和出氣效果，而且在使用中具有較高的安全性和可靠性。
文檔編號E21B43/11GK1916357SQ200610104468
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者周曌, 趙開良, 張鋒, 魏永剛 申請人:中國兵器工業(yè)第二一三研究所