專利名稱：用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，是一種用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方 法及其裝置，特別適用于電纜或油管傳輸?shù)裙に嚨膹?fù)合射孔作業(yè)。
背景技術(shù)：
在油氣井勘探開發(fā)領(lǐng)域中，復(fù)合射孔作為油氣井射孔完井的一種有效的增產(chǎn)方 法，在油田勘探開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。復(fù)合射孔的技術(shù)原理是將按照一定孔密和相位規(guī) 則排列的射孔彈裝配在射孔槍中，并在槍內(nèi)均勻分布裝填一定量的火藥柱。射孔時(shí)，首先 由射孔彈爆炸產(chǎn)生聚能射流先行穿透套管壁在地層與井筒之間形成孔道，然后由射孔彈爆 炸的沖擊能和熱能激發(fā)火藥柱燃燒產(chǎn)生動態(tài)高壓氣體，該高壓氣體通過射孔孔眼和槍身上 的泄壓孔首先進(jìn)入井筒環(huán)空中，在井筒中建立起高壓并進(jìn)入射孔孔道，對地層實(shí)施壓裂做 功。復(fù)合射孔可在近井地帶形成不受地應(yīng)力影響的廣大的裂縫網(wǎng)絡(luò)，能夠消除鉆井、固井 和射孔對地層的污染，改善井筒與油層的溝通狀態(tài)和地層的滲透效果，提高油井產(chǎn)能和壽 命。但是對于不同井況、地層狀況和不同的射孔工藝，復(fù)合射孔作業(yè)的效果是有差別的，比 如對于井深較淺的井，由于液柱低，井筒壓力小，復(fù)合射孔所產(chǎn)生的氣體壓力相對井筒壓力 壓差很大(比如1000米井，液柱壓力大約lOMPa，而復(fù)合射孔一般情況下氣體峰值壓力在 50 60MPa，壓力差達(dá)到40 50MPa)，大壓差會造成高壓氣體向阻力最小的井口或井底低 壓區(qū)軸向高速流動，能量的流失使射孔段氣體壓力快速下降，進(jìn)入地層的能量減少，作用時(shí) 間短，壓裂效率降低。對于滲透率低、巖石致密、地層壓力高的井，地層阻力大，氣體壓力不 能快速進(jìn)入地層，使井筒壓力升高，壓差增大，能量也會向阻力小的井口和井底低壓區(qū)方向 高速釋放造成壓力損失，降低壓裂效率。對于不同的射孔工藝也會影響壓裂效率，比如對于 電纜傳輸，射孔段長一般最大不超過4米，通過井下ρ-Τ測試儀所得到的曲線可以知道4米 槍的有效壓力持續(xù)時(shí)間是1米槍的2 3倍，射孔段中心區(qū)離射孔槍槍頭和槍尾的距離越 短，射孔槍中心區(qū)壓力下降速度就越快，壓裂效果就越不好。截止目前，國內(nèi)外未見到對這 些問題解決方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法 及其裝置，該方法及裝置能夠把復(fù)合射孔產(chǎn)生的高能氣體封堵在射孔段內(nèi)，延長有效壓力 作用時(shí)間，增加進(jìn)入地層的氣體量，增強(qiáng)對地層壓裂的做功能力。本發(fā)明解決上述問題的思路是利用爆炸和燃燒所產(chǎn)生的高加載率爆燃?xì)怏w在射 孔段上下兩端建立起動態(tài)高壓區(qū)，從而抑制復(fù)合射孔的高壓氣體向阻力小的井口或井底低 壓區(qū)釋放。為解決上述問題，本發(fā)明提供的用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法是 復(fù)合射孔槍實(shí)施壓裂的同時(shí)，通過炸藥爆炸和火藥爆燃產(chǎn)生的氣體封堵復(fù)合射孔槍上端處 或者復(fù)合射孔槍上端處和下端處的井筒。
所述的通過炸藥爆炸和火藥爆燃產(chǎn)生的氣體封堵復(fù)合射孔槍上端處或者復(fù)合射 孔槍上端處和下端處的井筒可以這樣進(jìn)行1)在復(fù)合射孔槍的上端，或者在復(fù)合射孔槍的上端和下端安裝動態(tài)封壓裝置，該 動態(tài)封壓裝置中裝有炸藥、一級火藥和二級火藥；2)復(fù)合射孔槍到達(dá)井下射孔位置，導(dǎo)爆索依次引爆動態(tài)封壓裝置里的炸藥和復(fù)合 射孔槍里的射孔彈；3)動態(tài)封壓裝置里的炸藥爆炸引燃動態(tài)封壓裝置里的一級火藥，一級火藥產(chǎn)生的 爆燃?xì)怏w充斥在動態(tài)封壓裝置附近井筒內(nèi)；4)動態(tài)封壓裝置里的一級火藥爆燃后引燃動態(tài)封壓裝置里的二級火藥，二級火藥 燃燒產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w持續(xù)充斥在動態(tài)封壓裝置附近井筒，維持動態(tài)封壓裝置附近井筒壓力 至壓裂完成。上述一級火藥產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w壓力或/和二級火藥產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w壓力最好不 小于復(fù)合射孔槍實(shí)施壓裂的壓力。當(dāng)然，如果一級或/和二級火藥產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w壓力小 于復(fù)合射孔槍實(shí)施壓裂的壓力，也能起到一定的封壓作用，譬如，略小于復(fù)合射孔槍實(shí)施壓 裂的壓力，其封壓作用也相當(dāng)不錯(cuò)。上述一級火藥引燃的時(shí)間最好與射孔彈火藥的引燃時(shí)間同步。最佳方案是控制二級火藥爆燃?xì)怏w向井筒釋放的速率，使一級火藥與二級火藥 產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w作用時(shí)間之和不小于復(fù)合射孔產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w的作用時(shí)間。本發(fā)明用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓裝置是具有一個(gè)管狀本體，該管 狀本體的端部通過接頭與復(fù)合射孔槍的端部連接，管狀本體上設(shè)有帶堵片的泄壓孔，管狀 本體內(nèi)腔設(shè)有炸藥柱、一級火藥和二級火藥，其中一級火藥包在炸藥柱外面，一級火藥和炸 藥柱之間設(shè)有隔爆管，二級火藥與炸藥柱隔離，二級火藥與一級火藥之間設(shè)有帶篩孔的隔 爆板，導(dǎo)爆索插入炸藥柱內(nèi)。上述的隔爆管最好采用金屬材料。上述帶篩孔的隔爆板的篩孔直徑為8 M毫米。用篩孔來控制或調(diào)整壓力補(bǔ)充 的速度和持續(xù)時(shí)間。復(fù)合射孔時(shí)，導(dǎo)爆索先引爆動態(tài)封壓裝置的炸藥柱，再引爆復(fù)合射孔槍的射孔彈。 炸藥柱爆炸后通過隔爆管引燃一級火藥，一級火藥產(chǎn)生的爆燃高壓氣體充斥在動態(tài)封壓裝 置附近井筒內(nèi)，并通過帶篩孔的隔爆板引燃二級火藥，二級火藥爆燃后產(chǎn)生的高壓補(bǔ)充一 級火藥燃燒后井筒壓力的下降，使封壓裝置附近井筒環(huán)空持續(xù)處于高壓狀態(tài)，即對封壓裝 置附近井筒實(shí)施高壓氣體封堵，并將封堵時(shí)間延續(xù)到復(fù)合射孔結(jié)束，阻止復(fù)合射孔爆燃?xì)?體向井筒軸向擴(kuò)散，從而提高復(fù)合射孔的壓裂效果。本發(fā)明由于采用高壓氣體來封堵復(fù)合射孔段端頭的井筒，阻止了復(fù)合射孔爆燃?xì)?體向井筒出口的擴(kuò)散，不但大大減小了復(fù)合射孔的氣體能量損失，使復(fù)合射孔的氣體能量 集中作用于射孔段內(nèi)，充分發(fā)揮復(fù)合射孔的潛能，而且操作簡單、便于實(shí)施，并且不會給后 續(xù)工序留下任何障礙。本發(fā)明提供的的動態(tài)氣體封壓裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠與各種形式的復(fù) 合射孔器連接，也可以與電纜馬龍頭、投棒起爆器、壓力起爆器等起爆裝置連接。本發(fā)明不 僅能起到動態(tài)封壓作用，而且能對復(fù)合射孔能量進(jìn)行補(bǔ)充，改善壓力波形，大幅度延長壓力 作用時(shí)間，達(dá)到更好的壓裂效果。


圖1是本發(fā)明的作用原理圖。圖2是本發(fā)明動態(tài)封壓裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是圖2中隔爆板的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)施工要求，如果要在多個(gè)儲油層一次完成射孔，就需要將多個(gè)射孔槍連接起 來，組成射孔管串，每個(gè)射孔槍對準(zhǔn)一個(gè)層段。本發(fā)明的動態(tài)封壓裝置可以連接在一個(gè)層段 復(fù)合射孔槍的上下兩端，也可以連接在具有多個(gè)層段一次射孔的每一個(gè)層段復(fù)合射孔槍的 上下兩端。圖1給出了本發(fā)明在一個(gè)層段的作用原理。射孔槍1的兩端各連接一個(gè)動態(tài)封壓 裝置2，復(fù)合射孔時(shí)將它們下放到井筒3的設(shè)定位置，對儲油層4實(shí)施復(fù)合射孔。射孔前射 孔槍1附近的井筒壓力為Pl (由射孔槍高度所產(chǎn)生的壓力差可忽略不計(jì))，射孔槍射孔時(shí)所 產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w壓力為P2，由于P2大于P1，如果不采取封堵措施，復(fù)合射孔爆燃?xì)怏w會向 井筒軸向擴(kuò)散，導(dǎo)致復(fù)合射孔爆燃?xì)怏w的能量損失。本發(fā)明的動態(tài)封壓裝置2內(nèi)裝有炸藥 柱和火藥，它們在復(fù)合射孔的同時(shí)被引爆，產(chǎn)生的高加載率爆燃?xì)怏w在射孔槍兩端附近的 井筒形成壓力為P3的高壓，P3不小于P2，這樣，不但阻止了復(fù)合射孔的爆燃?xì)怏w向井筒軸 向擴(kuò)散，而且能對復(fù)合射孔能量進(jìn)行補(bǔ)充，達(dá)到更好的壓裂效果。動態(tài)封壓裝置2產(chǎn)生的爆 燃?xì)怏w的作用時(shí)間最好不小于復(fù)合射孔產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w的作用時(shí)間。圖2給出了本發(fā)明動態(tài)封壓裝置的一個(gè)具體結(jié)構(gòu)。動態(tài)封壓裝置具有一個(gè)管狀本 體21，管狀本體21的端部通過下接頭2 或上接頭22b可與復(fù)合射孔槍的上端部或下端 部連接。管狀本體21的內(nèi)腔分為上半段和下半段，帶篩孔23d的隔爆板23設(shè)在管狀本體 21內(nèi)腔的上半段和下半段之間，炸藥柱M和一級火藥25裝在管狀本體21內(nèi)腔的下半段， 二級火藥沈裝在管狀本體21內(nèi)腔的上半段，帶堵片的泄壓孔27設(shè)在管狀本體21的下半 段。泄壓孔27的數(shù)量和大小可根據(jù)設(shè)定的封堵壓力和加載率決定。一級火藥25包在炸藥 柱M外面，兩者之間設(shè)有隔爆管觀，導(dǎo)爆索四從二級火藥沈中心的阻爆管30穿過，然后 插入炸藥柱24。位于射孔槍上端部的動態(tài)封壓裝置，其導(dǎo)爆索還要繼續(xù)延伸到射孔槍。隔爆板23的結(jié)構(gòu)如圖3所示隔爆板23包括用于導(dǎo)爆索穿越的中心孔23a、位于 中心孔23a外的實(shí)心隔離區(qū)域2 和位于實(shí)心隔離區(qū)域外的篩孔區(qū)域23c，其中實(shí)心隔離區(qū) 域2 將炸藥柱M和二級火藥沈隔離，篩孔區(qū)域23c位于炸藥柱M和一級火藥25之間。復(fù)合射孔時(shí)，導(dǎo)爆索觀先引爆炸藥柱24，炸藥柱M爆炸后是通過隔爆管觀弓丨燃 一級火藥25，一級火藥25的爆燃?xì)怏w將泄壓孔27中的堵片沖開，由泄壓孔27進(jìn)入附近井 筒環(huán)空，形成一個(gè)高壓區(qū)。隔爆管觀起著延緩引爆的作用，使封堵壓力的上升速度與復(fù)合 射孔的壓力上升速度保持同步。一級火藥的爆燃通過隔爆板的篩孔23d引燃二級火藥26， 其爆燃?xì)怏w通過隔爆板23的篩孔23d和泄壓孔27進(jìn)入附近井筒環(huán)空。隔爆板的篩孔23d 起著控制爆燃?xì)怏w釋放速率的作用，使二級火藥爆燃?xì)怏w持續(xù)作用在封壓裝置附近的井筒 環(huán)空，并補(bǔ)充一級火藥燃燒后井筒壓力的快速下降，保證動態(tài)封壓裝置附近井筒環(huán)空壓力 的持續(xù)時(shí)間比復(fù)合射孔有效壓力的作用時(shí)間長。另外，二級火藥產(chǎn)生的高壓氣體還能對復(fù)合射孔能量進(jìn)行補(bǔ)充，達(dá)到更好的壓裂效果。
權(quán)利要求
1.用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法，其特征是復(fù)合射孔槍實(shí)施壓裂的同 時(shí)，通過炸藥爆炸和火藥爆燃產(chǎn)生的氣體封堵復(fù)合射孔槍射孔段上端處或者復(fù)合射孔槍射 孔段上端處和下端處的井筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法，其特征是所述 的通過炸藥爆炸和火藥爆燃產(chǎn)生的氣體封堵復(fù)合射孔槍射孔段上端處或者復(fù)合射孔槍射 孔段上端處和下端處的井筒是這樣進(jìn)行的1)在復(fù)合射孔槍射孔段的上端，或者在復(fù)合射孔槍射孔段的上端和下端安裝動態(tài)封壓 裝置，該動態(tài)封壓裝置中裝有炸藥、一級火藥和二級火藥；2)復(fù)合射孔槍到達(dá)井下射孔位置，導(dǎo)爆索依次引爆動態(tài)封壓裝置里的炸藥和復(fù)合射孔 槍里的射孔彈；3)動態(tài)封壓裝置里的炸藥爆炸引燃動態(tài)封壓裝置里的一級火藥，一級火藥產(chǎn)生的爆燃 氣體充斥在動態(tài)封壓裝置附近井筒內(nèi)；4)動態(tài)封壓裝置里的一級火藥爆燃后引燃動態(tài)封壓裝置里的二級火藥，二級火藥燃燒 產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w持續(xù)充斥在動態(tài)封壓裝置附近井筒，維持動態(tài)封壓裝置附近井筒壓力至壓 裂完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法，其特征是一級 火藥產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w壓力或/和二級火藥產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w壓力不小于復(fù)合射孔槍實(shí)施壓 裂的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法，其特征是 控制二級火藥爆燃?xì)怏w向井筒釋放的速率，使一級火藥與二級火藥產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w作用時(shí) 間之和不小于復(fù)合射孔產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w的作用時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法，其特征是一級 火藥引燃的時(shí)間與射孔彈火藥的引燃時(shí)間同步。
6.實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的動態(tài)封壓裝置，其特征是具有一個(gè)管狀本體(21)，該管 狀本體的端部通過接頭與復(fù)合射孔槍的端部連接，管狀本體上設(shè)有帶堵片的泄壓孔07)， 管狀本體內(nèi)腔設(shè)有炸藥柱(M)、一級火藥0 和二級火藥06)，其中一級火藥0 包在 炸藥柱04)外面，一級火藥和炸藥柱之間設(shè)有隔爆管( )，二級火藥06)與炸藥柱04) 隔離，二級火藥06)與一級火藥0 之間設(shè)有帶篩孔的隔爆板(23)，導(dǎo)爆索09)插入炸 藥柱(24)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封壓裝置，其特征是管狀本體的內(nèi)腔分為上半段和下 半段，帶篩孔(23d)的隔爆板設(shè)在管狀本體內(nèi)腔的上半段和下半段之間，炸藥柱 (24)和一級火藥0 裝在管狀本體內(nèi)腔的下半段，二級火藥06)裝在管狀本體內(nèi)腔的上 半段，帶堵片的泄壓孔(XT)設(shè)在管狀本體的下半段。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封壓裝置，其特征是隔爆板的篩孔(23d)直徑為8 24毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的封壓裝置，其特征是隔爆板包括用于導(dǎo)爆索穿越的 中心孔(23a)、位于中心孔(23a)外的實(shí)心隔離區(qū)域(23b)和位于實(shí)心隔離區(qū)域外的篩孔區(qū) 域03c)，其中實(shí)心隔離區(qū)域(23b)將炸藥柱04)和二級火藥06)隔離，篩孔區(qū)域(23c) 位于炸藥柱04)和一級火藥0 之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油開發(fā)中的一種用于提高復(fù)合射孔壓裂效果的動態(tài)封壓方法及其裝置，能夠把復(fù)合射孔產(chǎn)生的高能氣體封堵在射孔段內(nèi)，延長有效壓力作用時(shí)間，增強(qiáng)對地層壓裂的做功能力。本動態(tài)封壓方法是在復(fù)合射孔槍實(shí)施壓裂的同時(shí)，通過炸藥爆炸和火藥爆燃產(chǎn)生的氣體封堵復(fù)合射孔槍射孔段上、下端的井筒。動態(tài)封壓裝置包括一個(gè)與射孔槍端部連接的管狀本體，管狀本體上設(shè)有帶堵片的泄壓孔，管狀本體內(nèi)腔設(shè)有炸藥柱、一級火藥和二級火藥，其中一級火藥包在炸藥柱外面，二級火藥與炸藥柱隔離，二級火藥與一級火藥之間設(shè)有帶篩孔的隔爆板。炸藥柱爆炸后引燃一級火藥，一級火藥再引燃二級火藥，所產(chǎn)生的高壓氣體充斥在動態(tài)封壓裝置附近的井筒環(huán)空。
文檔編號E21B43/116GK102052066SQ20091021890
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11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