專利名稱：投放式高能氣體壓裂器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油、氣井增產(chǎn)技術(shù)，具體地說是一種投放式高能氣體壓裂器。
背景技術(shù)：
對于油田的生產(chǎn)井或老井，隨著生產(chǎn)時間的增長，油層原射孔段周圍的地質(zhì)情況會不斷地發(fā)生變化。除投產(chǎn)前鉆井與完井過程對地層造成的潛在污染外，油井在投產(chǎn)后，油層中的原油通過巖石孔隙、天然裂縫或人工裂縫進入射孔孔道。在這個過程中，油層中的有機物、高分子類聚合物以及井下微生物、細菌等會逐漸聚集堵塞近井地帶的孔隙和裂縫，導(dǎo)致近井地帶滲透性變差，造成產(chǎn)油量逐漸降低和停產(chǎn)的結(jié)果。為了能夠消除這種堵塞所造成的污染，重新溝通產(chǎn)油孔隙和縫隙，恢復(fù)原油生產(chǎn)，采用高能氣體壓裂技術(shù)對地層周期性地實施解堵和壓裂改造。采用高能氣體壓裂技術(shù)對地層周期性實施解堵和壓裂改造不失為一種即經(jīng)濟又有效的好方法。目前的高能氣體壓裂大多采用電纜輸送工藝，即由電纜將壓裂彈輸送至油層段，然后從地面通過電纜對井筒中的壓裂彈進行點火。該工藝存在如下缺陷1)壓裂彈燃燒后形成的高溫高壓氣體使電纜燒蝕；2)上舉并使電纜打結(jié)，特別是對于過油管輸送作業(yè)，電纜打結(jié)對施工造成很大的影響；3)施工作業(yè)需要配備電纜車和定位儀器等設(shè)備，施工成本加大。
中國專利CN1664307公開了一種投放式壓裂器，它包括壓力點火裝置和產(chǎn)生高能氣體的壓裂彈兩部分，該壓力點火裝置包括一個裝在筒體內(nèi)的活塞和撞針，活塞的一端與外界相通，活塞的另一端與撞針本體相對，且留有間隙，活塞與撞針本體都通過數(shù)個固定銷與筒體連接在一起。實施壓裂時將壓裂器投入油井中，讓其自由下落，當井內(nèi)液體作用在活塞上的壓力超過活塞固定銷的剪切抗力時固定銷被剪斷，活塞下落，并推壓撞針本體，將撞針本體的固定銷剪斷，撞針撞擊火帽，點燃壓裂彈的火藥和藥柱，從而實施壓裂。該投放式壓裂器是通過井內(nèi)液體壓力與活塞固定銷的剪切抗力間的關(guān)系來確定在預(yù)定位置實施壓裂，但實際上由于加工、裝配以及材料本身等因素的影響，每個固定銷的剪切抗力是很難達到精確控制的，而要使數(shù)個固定銷同時被剪斷就更為困難，一旦數(shù)個固定銷被剪斷的時間不一致或者累計剪切力的誤差較大，則這種利用固定銷剪切抗力來控制壓裂位置的方法將失去意義。另外，固定銷的剪斷過程時間也相對較長。所以這種投放式壓裂器的反應(yīng)速度慢、精度低、誤差大，而且容易失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是對上述現(xiàn)有的投放式壓裂器加以改進，提供一種反應(yīng)速度快、精度較高的投放式高能氣體壓裂器。
解決上述問題的技術(shù)方案是所提供的投放式高能氣體壓裂器包括點火裝置以及與點火裝置連接的壓裂彈，該點火裝置包括一個裝在筒體內(nèi)的撞針活塞以及撞針的激發(fā)裝置，撞針活塞通過徑向固定銷與該筒體連接，壓裂彈的雷管或底火設(shè)在前述筒體內(nèi)的底部，且與撞針相對應(yīng)；本發(fā)明的特別之處是所說的撞針的激發(fā)裝置包括一個用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥、先導(dǎo)閥的進口與外界相通，一個連接管道的第一端口位于先導(dǎo)閥的出口處，該連接管道的第二端口與撞針活塞尾端處的密閉空腔相通。
上述用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥可以是球閥或針閥等。
使用時將本壓裂器投入井中，壓裂器靠自重自由下降，井筒液體進入先導(dǎo)閥。開始時由于先導(dǎo)閥的控制彈簧對閥芯的壓力大于井筒液體對閥芯的壓力，先導(dǎo)閥關(guān)閉，到達預(yù)先設(shè)定的油層位置或深度時井筒液體對閥芯的壓力大于先導(dǎo)閥的控制彈簧對閥芯的壓力，先導(dǎo)閥打開，井筒液體通過先導(dǎo)閥和連接管道進入撞針活塞尾端處的密閉空腔，其對撞針活塞的壓力遠大于撞針活塞固定銷的剪切抗力，固定銷被剪斷，撞針活塞下落，撞針撞擊雷管或底火，激發(fā)壓裂彈實施壓裂。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用彈簧來控制先導(dǎo)閥的開啟，進而將井筒液體引到撞針活塞，不但響應(yīng)快、控制精度高，而且運行可靠，作業(yè)成功率高；由于彈簧力與其伸長量為線性關(guān)系，所以可實現(xiàn)無級差精確調(diào)節(jié)，這就為壓裂器的通用性創(chuàng)造了條件，可以根據(jù)不同的井筒壓力方便地進行調(diào)節(jié)。而上述現(xiàn)有的投放式壓裂器只能根據(jù)已設(shè)定壓力級差的固定銷的數(shù)量進行壓力調(diào)節(jié)，在壓力級差范圍內(nèi)不可調(diào)節(jié)，所以不能實現(xiàn)無級差精確調(diào)節(jié)，導(dǎo)致控制精度低、作業(yè)成功率低的后果。


圖1是本發(fā)明一個實施例的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1中點火裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的內(nèi)容加以詳細說明。
如圖1所示本壓裂器由依次連接的點火裝置2、點火裝置輸出端接頭3、壓裂彈4、中間接頭5和尾堵6組成。為了便于在壓裂后清理井底，在點火裝置2的上端連接一個T形打撈頭1，利用活動爪可將T形打撈頭1抓住，從而將殘骸取出。
如圖2所示點火裝置2為圓柱形，主要由外殼7、T形打撈頭1、用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥8、裝在撞針筒體9內(nèi)的撞針活塞91和點火芯座10等組成。其中先導(dǎo)閥8和撞針筒體9通過螺紋分別與外殼7的上、下端連接，連接處設(shè)有密封件71、72，T形打撈頭1連接在先導(dǎo)閥閥座尾端；撞針活塞91的下端是撞針92，通過固定銷93將撞針活塞91與撞針筒體9連接在一起，用于保證安全；點火芯座10內(nèi)裝有雷管11、導(dǎo)爆索12和傳爆管13。上述用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥8采用球閥，它包括閥體81、閥芯82、裝在閥體內(nèi)的閥座83、裝在閥體內(nèi)的控制活塞84、施力于該控制活塞第二端的控制彈簧85和彈簧座86，其中閥座83設(shè)有相互連通的軸向通孔831和徑向通孔832，徑向通孔832與外界相通，先導(dǎo)閥的閥芯82被控制活塞84的第一端壓在閥座83軸向通孔831的出口處。閥體81為圓筒形，其圓周面設(shè)有一個軸向長槽，該軸向長槽與外殼之間形成一個軸向通道，該軸向通道與閥體81的徑向通孔一起構(gòu)成一個連接管道87。連接管道87的第一端口87a位于閥體81與控制活塞84的接觸處，該連接管道87的第一端口87a的位置是這樣確定的當控制活塞84沒有被先導(dǎo)閥的閥芯82推動時，連接管道的第一端口87a被控制活塞84側(cè)面完全封堵；當控制活塞被先導(dǎo)閥的閥芯推移后，連接管道的第一端口87a與控制活塞上端的的空腔88連通，連接管道87的第二端口87b與撞針活塞尾端的密閉空腔89相通。
實施壓裂時，根據(jù)作業(yè)井油的壓裂要求用中間接頭5連接壓裂彈4，最后一發(fā)壓裂彈和尾堵6連接，組成壓裂彈管串。再根據(jù)作業(yè)井油層位置(或深度)，計算出油層位置的井筒壓力，根據(jù)井筒壓力設(shè)定先導(dǎo)閥控制彈簧85的預(yù)壓值，最后裝配成投放式高能氣體壓裂器。打開井口，將投放式高能氣體壓裂器投入井筒，井液經(jīng)過閥座83的徑向孔832流入先導(dǎo)閥。當壓裂器下落深度小于預(yù)定深度時，井液作用在先導(dǎo)閥閥芯82上的壓力小于控制彈簧85的預(yù)壓值，先導(dǎo)閥8關(guān)閉；當壓裂器下落深度到達預(yù)定井筒深度，井液壓力等于或超過控制彈簧85的預(yù)壓值時，先導(dǎo)閥閥芯82被推離閥座，先導(dǎo)閥8打開，此時、井液進入空腔88，并以遠大于控制彈簧預(yù)壓力的力量推動控制活塞，控制活塞迅速下移到連接管道87的第一端口87b之下，井液經(jīng)連接管道87流入撞針活塞尾端的密閉空腔89，對撞針活塞施壓，由于固定銷93的剪切抗力遠小于撞針活塞的推力，固定銷93被剪斷，撞針活塞被迅速推下，撞針撞擊雷管，從而起爆壓裂彈實施壓裂。
為了便于調(diào)節(jié)彈簧力，上述控制彈簧的彈簧座86與先導(dǎo)閥閥體81內(nèi)壁之間為螺紋連接，彈簧座下端設(shè)有螺紋堵頭861。
當需要采用點火方式來引爆壓裂彈時，只要將上述雷管、導(dǎo)爆索和傳爆管更換為含有活帽和點火管的點火組件、火藥和藥柱即可。
權(quán)利要求
1.一種投放式高能氣體壓裂器，包括點火裝置(2)以及與點火裝置連接的壓裂彈(4)，該點火裝置()包括一個裝在筒體(9)內(nèi)的撞針活塞(91)以及撞針的激發(fā)裝置，撞針活塞(91)通過徑向固定銷(93)與該筒體(9)連接，壓裂彈(4)的雷管或底火設(shè)在前述筒體(9)內(nèi)的底部，且與撞針(92)相對應(yīng)，其特征是所說的撞針的激發(fā)裝置包括一個用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥(8)、先導(dǎo)閥(8)的進口與外界相通，一個連接管道(87)的第一端(87a)位于先導(dǎo)閥(8)的出口處，該連接管道(87)的第二端口(87b)與撞針活塞尾端處的密閉空腔(89)相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投放式高能氣體壓裂器，其特征是用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥(8)是球閥或針閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投放式高能氣體壓裂器，其特征是所述的用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥(8)是球閥，它包括閥體(81)、閥芯(82)、裝在閥體內(nèi)的閥座(83)、裝在閥體內(nèi)的控制活塞(84)和施力于該控制活塞第二端的控制彈簧(85)和彈簧座(86)，其中閥座(83)設(shè)有相互連通的軸向通孔(831)和徑向通孔(832)，徑向通孔(832)與外界相通，先導(dǎo)閥的閥芯(82)被控制活塞(84)的第一端壓在閥座(83)軸向通孔(831)的出口處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投放式高能氣體壓裂器，其特征是所說的連接管道(87)的第一端口位于閥體(81)與控制活塞(84)的接觸處，該連接管道(87)的第一端(87a)的位置是這樣確定的當控制活塞(84)沒有被先導(dǎo)閥的閥芯(82)推動時，連接管道的第一端口(87a)被控制活塞(84)側(cè)面完全封堵；當控制活塞被先導(dǎo)閥的閥芯推移后，連接管道的第一端口(87a)與控制活塞上端的的空腔(88)連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的投放式高能氣體壓裂器，其特征是所述的彈簧座(86)與先導(dǎo)閥閥體(81)內(nèi)壁之間為螺紋連接，彈簧座(86)下端設(shè)有螺紋堵頭(861)。
全文摘要
本發(fā)明屬于油、氣井增產(chǎn)技術(shù)，是一種投放式高能氣體壓裂器。它包括點火裝置以及與點火裝置連接的壓裂彈，該點火裝置包括一個裝在筒體內(nèi)的撞針活塞以及撞針的激發(fā)裝置，撞針活塞通過徑向固定銷與該筒體連接，壓裂彈的雷管或底火設(shè)在前述筒體內(nèi)的底部，且與撞針相對應(yīng)；本發(fā)明的特別之處是所說的撞針的激發(fā)裝置包括一個用彈簧控制開啟的先導(dǎo)閥、先導(dǎo)閥的進口與外界相通，一個連接管道的第一端口位于先導(dǎo)閥的出口處，該連接管道的第二端口與撞針活塞尾端處的密閉空腔相通。本發(fā)明采用彈簧來控制先導(dǎo)閥的開啟，進而將井筒液體引到撞針活塞，不但響應(yīng)快、控制精度高，而且運行可靠，作業(yè)成功率高。
文檔編號E21B43/263GK1970989SQ200610105130
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者張國桉, 成建龍 申請人:西安通源石油科技股份有限公司