專利名稱：裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油井使用的一種完井裝置，具體地說是一種裝有復(fù)合防砂材料的 射孔壓裂控砂裝置。二背景技術(shù)：
在松散巖層的完井過程中，必須考慮油井作業(yè)中可能出現(xiàn)的砂子問題。巖層中的 細(xì)砂遷移可以用防砂方法加以控制，而所有這些方法都是建立一個隔砂區(qū)。隔砂區(qū)可用機(jī) 械方法(如襯套、濾網(wǎng)、礫石濾層)提供，也可以通過注入樹脂以及塑料固結(jié)來實(shí)現(xiàn)。然而， 后者需要復(fù)雜的“射孔-注入”工具和完備高超的塑料固結(jié)工藝技術(shù)，而這些在我國都很落后。上世紀(jì)九十年代，人們開始研究將射孔和防砂兩項(xiàng)作業(yè)結(jié)合一起的射孔壓裂防砂 技術(shù)。該技術(shù)通過炸藥爆炸驅(qū)動金屬射流穿透套管、水泥環(huán)并在周圍含油巖層中射出足夠 深的孔道，然后利用炸藥爆轟和火藥燃燒產(chǎn)生的高壓將多孔材料推入這個孔道并留在那 里，形成永久的流砂過濾塞。這樣可以使射孔和防砂兩項(xiàng)作業(yè)一次完成，與傳統(tǒng)的射孔和防 砂作業(yè)相比，省去了復(fù)雜的防砂作業(yè)工序，不僅可以節(jié)省大量的人力、物力和資金，而且作 用持久，無需中途更換，降低了維持費(fèi)用。然而由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以往的設(shè)計還存在著一些明顯的缺陷首先是彈倉內(nèi)裝 填的防砂材料均為松散的防砂材料，以不銹鋼絲球和石英砂為主體。由于它們都是固體顆 粒，相互之間沒有聯(lián)系和約束，進(jìn)入油層孔道后形成的防砂塞就比較松散，很容易解體。特 別是在孔道口附近，巖液的流動很容易將其帶出，個別防砂材料的流動通常會導(dǎo)致整體防砂塞的松動，日久天長整個防砂塞就會慢慢解體，逐漸失去防砂功能......，這個不足和缺陷不僅影響了射孔壓裂控砂技術(shù)的作業(yè)效果，而且給該技術(shù)的大面積推廣帶來了困難。三、發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型就是針對以上問題，提供一種裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝 置。這種裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置，在前倉內(nèi)加入了由不銹鋼絲網(wǎng)加工成的 整體防砂材料環(huán)，這種防砂材料放在松散防砂材料的外側(cè)。作業(yè)時由于這種整體防砂材料 環(huán)重量較大，又放在松散防砂材料的外側(cè)，因此走在防砂材料充添隊(duì)伍的最后，進(jìn)入油層孔 道后正好堵在孔道口部，在孔道口部形成了又重又結(jié)實(shí)的整體防砂塞。此設(shè)計不僅使作業(yè) 成功率大大提高，而且延長了防砂作業(yè)的有效期、增加了油氣產(chǎn)量。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置，包括石 油射孔器、導(dǎo)爆索、助推藥餅、整體防砂材料環(huán)、松散防砂材料、助推藥環(huán)前倉和壓蓋，其特 征是前倉內(nèi)部自外向內(nèi)依次裝有助推藥環(huán)、整體防砂材料環(huán)、松散防砂材料，整體防砂材料 環(huán)、防砂材料和助推藥環(huán)上面裝有助推藥餅，助推藥餅上面中心部位裝有射孔器，周圍是壓 蓋，導(dǎo)爆索在射孔器后面起爆孔附近穿過。前倉外型為沿高度方向切去一片的大半圓柱，切口平面為矩形，且與圓柱主軸平行，圓柱高度為10士2厘米、直徑10-12厘米，切口平面為前倉的上表面，中心部分挖出一 個直徑為9. 0-10厘米的圓柱型空腔，圓柱高度2. 5-4. 5厘米，圓柱空腔前端為一圓臺型空 腔，圓臺前方頂部開一個直徑大于2. 0厘米的圓形通孔，前倉兩側(cè)都是平面且平行，一側(cè)面 中線底部開一圓孔，直徑6-12毫米，深度大于5毫米；另一側(cè)面水平直徑方向留兩個突出 圓柱，圓柱直徑6-12毫米，高度大于5毫米，前倉為塑料或其它可澆注或壓制成型的材料制 成。壓蓋為矩形片狀結(jié)構(gòu)，外側(cè)表面為矩形，內(nèi)側(cè)為中心對稱的圓通孔，通孔直徑 5. 0-7. 0厘米，通孔底大上小呈圓臺狀，起固定射孔彈作用，壓蓋厚度2-10毫米，4個角對 稱留有4個圓孔，在4個圓孔中上4個螺絲，固定射孔器用前倉，在壓蓋的一側(cè)伸出一連接 塊，連接塊上部居中開一圓通孔，圓孔直徑大于6毫米，壓蓋為塑料、鋼板或其它固體材料 制成。相鄰兩前倉側(cè)向旋轉(zhuǎn)90°連接，前倉側(cè)面突出的兩個圓柱，一個插在另一前倉中 線底部的圓孔內(nèi)，另一個插在壓蓋上連接塊的圓孔中。前倉內(nèi)部表面緊貼軸向助推藥環(huán)，助推藥環(huán)為火藥或推進(jìn)劑組成，重量25-40克， 為軸對稱中空固體圓環(huán)，厚度5-8毫米，高度25-40毫米。前倉內(nèi)部表面緊貼軸向助推藥環(huán)是整體防砂材料環(huán)，整體防砂材料環(huán)取材于不銹 鋼絲網(wǎng)，在特制的模具中壓制成型，重量為50-90克；它由整體防砂條和連接網(wǎng)兩部分組 成，整體防砂條呈條狀對稱放置，上表面為平面，底下為尖劈形，端面是尖的；它的橫剖面為 三角形、梯形或錐形，截面積為1. 0-3. 0平方厘米，高度為25-50毫米，每個整體防砂材料環(huán) 含整體防砂條3-10條，整體防砂條之間用連接網(wǎng)連接，連接網(wǎng)由2-5層不銹鋼絲網(wǎng)組成，成 型后的厚度為1-3毫米，連接網(wǎng)的數(shù)量與整體防砂條相等。前倉內(nèi)緊貼整體防砂材料環(huán)的是松散防砂材料，松散防砂材料由不銹鋼絲球和高 強(qiáng)度惰性固體顆粒組成，松散防砂材料中間留一個直徑大于20毫米的圓通孔，鋼絲球由直 徑0. 2-0. 3毫米的不銹鋼絲制成，為直徑小于4毫米、高度低于4毫米的圓柱型，高強(qiáng)度惰 性固體顆粒起支撐作用，它可以是白鋼塊、石英砂、碎玻璃等，粒度直徑和最大徑應(yīng)小于5毫米。前倉內(nèi)部，助推藥環(huán)、整體防砂材料環(huán)和松散防砂材料之上是徑向助推藥餅，助推 藥餅為火藥或推進(jìn)劑組成，中間開一個直徑大于40毫米的圓通孔，重量25-40克，為軸對稱 中空固體圓餅，厚度5-10毫米。徑向助推藥餅上面為射孔器和壓蓋。由于采用了上述方案，本實(shí)用新型裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置，可通 過在前倉內(nèi)的軸向助推藥環(huán)和松散防砂材料之間增加整體防砂材料環(huán)來實(shí)現(xiàn)由于整體防 砂材料環(huán)重量較大，又放在松散防砂材料的外側(cè)，因此作業(yè)時走在松散防砂材料充添隊(duì)伍 的最后，進(jìn)入油層孔道后正好堵在孔道口部，在孔道口部形成了又重又大的整體防砂塞。此 設(shè)計不僅使作業(yè)成功率大大提高，而且延長了防砂作業(yè)的有效期、增加了油氣產(chǎn)量。四
圖1是石油勘探和采油時油井射孔作業(yè)示意圖。圖2是普通石油射孔器結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型采用的前倉立體側(cè)視圖。[0018]圖4是本實(shí)用新型采用的前倉立體俯視圖。圖5是本實(shí)用新型采用的壓蓋俯視圖。圖6是本實(shí)用新型采用的壓蓋側(cè)視圖。圖7是本實(shí)用新型采用的整體防砂材料環(huán)俯視圖。圖8是本實(shí)用新型采用的整體防砂材料環(huán)側(cè)視圖。圖9是本實(shí)用新型裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置示意圖。五具體實(shí)施方式
如圖1所示。在石油采油時，要對油田鉆井后下套管1，再把套管1和地層5之間 用水泥加固，然后把射孔器3裝入射孔槍2內(nèi)，下到套管1內(nèi)適當(dāng)深度。當(dāng)深度校準(zhǔn)以后， 就可以進(jìn)行射孔作業(yè)了。圖3是本實(shí)用新型采用前倉9的側(cè)視圖，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是前倉9外型為沿高度方向 切去一片的大半個圓柱，圓柱高度為10 士 2厘米，直徑10-12厘米，在圓柱側(cè)面平行于主軸 方向平行切去一小半，切口平面為矩形且與主軸平行。切口平面為前倉9上表面，中心部位 挖出一個直徑為9. 0-10. 0厘米的圓柱型空腔，圓柱高度為25-45毫米。圓柱前方為一圓臺， 圓臺前方開一個直徑大于20毫米的圓型通孔。前倉9兩側(cè)都是平面且平行，一側(cè)面中線底 部開一圓孔，直徑6-12毫米，深度大于5毫米；另一側(cè)平行上表面的水平中線兩側(cè)對稱留兩 個突出圓柱，圓柱直徑6-12毫米，高度大于5毫米。圖4是本實(shí)用新型采用的前倉9的立體俯視圖。圖5是本實(shí)用新型采用的壓蓋10的俯視圖，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是壓蓋10的外側(cè)表面為 矩形或類似矩形，內(nèi)側(cè)為中心對稱的圓通孔，通孔直徑5. 0-7. 0厘米，通孔底大上小呈圓臺 狀，起固定射孔彈3的的作用，壓蓋10厚度2-10毫米。壓蓋10四角對稱留有四個圓孔，在 四個圓孔中上4個螺絲，固定射孔器3與前倉9。在壓蓋10的一側(cè)伸出一連接塊，連接塊高 度大于10毫米，厚度大于2毫米、寬度大于10毫米，連接塊上部居中開一圓通孔，圓孔直徑 大于6毫米。圖6是本實(shí)用新型采用的壓蓋側(cè)視圖。圖7是本實(shí)用新型采用的整體防砂材料環(huán)12的俯視圖。整體防砂材料環(huán)12取材 于不銹鋼絲網(wǎng)，在特制的模具中壓制成型，它由整體防砂條121和連接網(wǎng)122兩部分組成。 整體防砂條121呈條狀對稱放置，上表面為平面，底下為尖劈形，端面是尖的；它的橫剖面 為三角形、矩形或類矩形，截面積為1.-3.0平方厘米，高度為25-50毫米。每個整體防砂材 料環(huán)12含3-10條整體防砂條121，整體防砂條121之間用連接網(wǎng)122連接。連接網(wǎng)122由 2-5層不銹鋼絲網(wǎng)組成，成型后的厚度為1-3毫米。圖8是本實(shí)用新型采用的整體防砂材料環(huán)側(cè)視圖。圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例。一種裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置，包括石 油射孔器3、導(dǎo)爆索4、助推藥餅6、整體防砂材料環(huán)12、松散防砂材料7、助推藥環(huán)8前倉9 和壓蓋10，其特征是前倉9內(nèi)部自外向內(nèi)依次裝有助推藥環(huán)8、整體防砂材料環(huán)12、松散防 砂材料7，整體防砂材料環(huán)12、防砂材料7和助推藥環(huán)8上面裝有助推藥餅6，助推藥餅6上 面中心部位裝有射孔器3，周圍是壓蓋10，導(dǎo)爆索4在射孔器3后面起爆孔附近穿過。前倉9外型為沿高度方向切去一片的大半圓柱，切口平面為矩形，且與圓柱主軸平行，圓柱高度為10士2厘米、直徑10-12厘米，切口平面為前倉的上表面，中心部分挖出一 個直徑為9. 0-10厘米的圓柱型空腔，圓柱高度2. 5-4. 5厘米，圓柱空腔前端為一圓臺型空 腔，圓臺前方頂部開一個直徑大于2. 0厘米的圓形通孔，前倉9兩側(cè)都是平面且平行，一側(cè) 面中線底部開一圓孔，直徑6-12毫米，深度大于5毫米；另一側(cè)面水平直徑方向留兩個突出 圓柱，圓柱直徑6-12毫米，高度大于5毫米，前倉9為塑料或其它可澆注或壓制成型的材料 制成。壓蓋10為矩形片狀結(jié)構(gòu)，外側(cè)表面為矩形，內(nèi)側(cè)為中心對稱的圓通孔，通孔直徑 5. 0-7. 0厘米，通孔底大上小呈圓臺狀，起固定射孔彈3作用，壓蓋10厚度2-10毫米，4個 角對稱留有4個圓孔，在4個圓孔中上4個螺絲，固定射孔器3用前倉9，在壓蓋10的一側(cè) 伸出一連接塊，連接塊上部居中開一圓通孔，圓孔直徑大于6毫米，壓蓋10為塑料、鋼板或 其它固體材料制成。相鄰兩前倉9側(cè)向旋轉(zhuǎn)90°連接，前倉9側(cè)面突出的兩個圓柱，一個插在另一前倉 9中線底部的圓孔內(nèi)，另一個插在壓蓋10上連接塊的圓孔中。前倉9內(nèi)部表面緊貼軸向助推藥環(huán)8，助推藥環(huán)8為火藥或推進(jìn)劑組成，重量 25-40克，為軸對稱中空固體圓環(huán)，厚度5-8毫米，高度25-40毫米。前倉9內(nèi)部表面緊貼軸向助推藥環(huán)8是整體防砂材料環(huán)12，整體防砂材料環(huán)12 取材于不銹鋼絲網(wǎng)，在特制的模具中壓制成型，重量為50-90克；它由整體防砂條121和連 接網(wǎng)122兩部分組成，整體防砂條121呈條狀對稱放置，上表面為平面，底下為尖劈形，端面 是尖的；它的橫剖面為三角形、梯形或錐形，截面積為1. 0-3. 0平方厘米，高度為25-50毫 米，每個整體防砂材料環(huán)12含整體防砂條121共3-10條，整體防砂條121之間用連接網(wǎng) 122連接，連接網(wǎng)122由25層不銹鋼絲網(wǎng)組成，成型后的厚度為1_3毫米，連接網(wǎng)122的數(shù) 量與整體防砂條121相等。前倉9內(nèi)緊貼整體防砂材料環(huán)12的是松散防砂材料7，松散防砂材料7由不銹鋼 絲球和高強(qiáng)度惰性固體顆粒組成，松散防砂材料7中間留一個直徑大于20毫米的圓通孔， 鋼絲球由直徑0. 2-0. 3毫米的不銹鋼絲制成，為直徑小于4毫米、高度低于4毫米的圓柱 型，高強(qiáng)度惰性固體顆粒起支撐作用，它可以是白鋼塊、石英砂、碎玻璃等，粒度直徑和最大 徑應(yīng)小于5毫米。前倉9內(nèi)部，助推藥環(huán)8、整體防砂材料環(huán)12和松散防砂材料7之上是徑向助推 藥餅6，助推藥餅6為火藥或推進(jìn)劑組成，中間開一個直徑大于40毫米的圓通孔，重量2540 克，為軸對稱中空固體圓餅，厚度5-10毫米。徑向助推藥餅6上面為射孔器3和壓蓋10。由于采用了以上方案，本實(shí)用新型裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置可通過 在前倉9中充填整體防砂材料環(huán)12和松散防砂材料7兩種防砂材料來實(shí)現(xiàn)射孔槍點(diǎn)火 后，導(dǎo)爆索4將爆轟波逐級傳播。引爆射孔器3、使其在射孔槍2、套管1及油層5中射孔， 同時射孔器5的裝藥爆轟產(chǎn)物點(diǎn)燃了徑向助推藥餅6。助推藥餅6點(diǎn)火后，產(chǎn)生大量高能氣 體，對油層5進(jìn)行清堵壓裂。隨后軸向助推藥環(huán)8點(diǎn)火、產(chǎn)生巨大推力，首先推動松散防砂 材料7向中心運(yùn)動，從前倉9前面的圓孔中噴出，進(jìn)入射孔器3打出的孔道，在孔道中形成 立體防砂塞。由于整體防砂材料環(huán)12重量較大，又放在松散防砂材料7的外側(cè)，因此作業(yè) 時走在松散防砂材料7充添隊(duì)伍的最后，進(jìn)入油層孔道后正好堵在孔道口部，在孔道口部 形成了又重又結(jié)實(shí)的整體防砂塞。此設(shè)計不僅使作業(yè)成功率大大提高，而且延長了防砂作業(yè)的有效期、增加了油氣產(chǎn)量，這就是射裝有復(fù)合防砂材料的孔壓裂控砂裝置的工作原理。
權(quán)利要求1.一種裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置，包括石油射孔器(3)、導(dǎo)爆索(4)、助 推藥餅(6)、整體防砂材料環(huán)(12)、松散防砂材料(7)、助推藥環(huán)(8)前倉(9)和壓蓋(10)， 其特征是前倉(9)內(nèi)部自外向內(nèi)依次裝有助推藥環(huán)(8)、整體防砂材料環(huán)(12)、松散防砂材 料(7)，整體防砂材料環(huán)(12)、防砂材料(7)和助推藥環(huán)(8)上面裝有助推藥餅(6)，助推藥 餅(6)上面中心部位裝有射孔器(3)，周圍是壓蓋(10)，導(dǎo)爆索(4)在射孔器(3)后面起爆 孔附近穿過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是前倉(9)外型為沿高度方向切去一片的大 半圓柱，切口平面為矩形，且與圓柱主軸平行，圓柱高度為1042厘米、直徑10-12厘米，切 口平面為前倉的上表面，中心部分挖出一個直徑為9. 0-10厘米的圓柱型空腔，圓柱高度 2. 5-4. 5厘米，圓柱空腔前端為一圓臺型空腔，圓臺前方頂部開一個直徑大于2. 0厘米的圓 形通孔，前倉(9)兩側(cè)都是平面且平行，一側(cè)面中線底部開一圓孔，直徑6-12毫米，深度大 于5毫米；另一側(cè)面水平直徑方向留兩個突出圓柱，圓柱直徑6-12毫米，高度大于5毫米， 前倉(9)為塑料或其它可澆注或壓制成型的材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是壓蓋(10)為矩形片狀結(jié)構(gòu)，外側(cè)表面為矩形， 內(nèi)側(cè)為中心對稱的圓通孔，通孔直徑5. 0-7. 0厘米，通孔底大上小呈圓臺狀，起固定射孔彈 (3)作用，壓蓋(10)厚度2-10毫米，4個角對稱留有4個圓孔，在4個圓孔中上4個螺絲， 固定射孔器(3)用前倉(9)，在壓蓋(10)的一側(cè)伸出一連接塊，連接塊上部居中開一圓通 孔，圓孔直徑大于6毫米，壓蓋(10)為塑料、鋼板或其它固體材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是相鄰兩前倉(9)側(cè)向旋轉(zhuǎn)90°連接，前倉(9) 側(cè)面突出的兩個圓柱，一個插在另一前倉(9)中線底部的圓孔內(nèi)，另一個插在壓蓋(10)上 連接塊的圓孔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是前倉(9)內(nèi)部表面緊貼軸向助推藥環(huán)(8)，助 推藥環(huán)(8)為火藥或推進(jìn)劑組成，重量25-40克，為軸對稱中空固體圓環(huán)，厚度5-8毫米，高 度25-40毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是前倉(9)內(nèi)部表面緊貼軸向助推藥環(huán)⑶是 整體防砂材料環(huán)(12)，整體防砂材料環(huán)(12)取材于不銹鋼絲網(wǎng)，壓制成型，重量為50-90 克；它由整體防砂條(121)和連接網(wǎng)(122)兩部分組成，整體防砂條(121)呈條狀對稱 放置，上表面為平面，底下為尖劈形，端面是尖的；它的橫剖面為三角形、梯形或錐形，截 面積為1. 0-3. 0平方厘米，高度為25-50毫米，每個整體防砂材料環(huán)(12)含整體防砂條 (121) 3-10條，整體防砂條(121)之間用連接網(wǎng)(122)連接，連接網(wǎng)(122)由2_5層不銹鋼 絲網(wǎng)組成，成型后的厚度為1-3毫米，連接網(wǎng)(122)的數(shù)量與整體防砂條(121)相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是前倉(9)內(nèi)緊貼整體防砂材料環(huán)(12)的是 松散防砂材料(7)，松散防砂材料(7)由不銹鋼絲球和高強(qiáng)度惰性固體顆粒組成，松散防砂 材料(7)中間留一個直徑大于20毫米的圓通孔，鋼絲球由直徑0. 2-0. 3毫米的不銹鋼絲制 成，為直徑小于4毫米、高度低于4毫米的圓柱型，高強(qiáng)度惰性固體顆粒起支撐作用，它可以 是白鋼塊、石英砂、碎玻璃等，粒度直徑和最大徑應(yīng)小于5毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是前倉(9)內(nèi)部，助推藥環(huán)(8)、整體防砂材料 環(huán)(12)和松散防砂材料(7)之上是徑向助推藥餅(6)，助推藥餅(6)為火藥或推進(jìn)劑組成， 中間開一個直徑大于40毫米的圓通孔，重量25-40克，為軸對稱中空固體圓餅，厚度為5-10毫 米。
專利摘要一種裝有復(fù)合防砂材料的射孔壓裂控砂裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在前倉內(nèi)裝填了兩種防砂材料整體防砂材料環(huán)和松散防砂材料，具體做法是在前倉內(nèi)最外側(cè)放置助推藥環(huán)，緊靠著助推藥環(huán)的是整體防砂材料環(huán)，在整體防砂材料環(huán)的內(nèi)側(cè)裝填松散防砂材料。射孔槍點(diǎn)火后點(diǎn)燃助推藥餅，對油層進(jìn)行清堵壓裂；同時點(diǎn)燃軸向助推藥環(huán)，推動松散防砂材料向中心運(yùn)動。由于整體防砂材料環(huán)重量較大，又放在松散防砂材料的外側(cè)，因此作業(yè)時走在松散防砂材料的后面，進(jìn)入油層孔道后正好堵在孔道口部，在孔道口部形成了又重又結(jié)實(shí)的整體防砂塞。此設(shè)計不僅使作業(yè)成功率大大提高，而且延長了防砂作業(yè)的有效期、增加了油氣產(chǎn)量。
文檔編號E21B43/267GK201835807SQ20102012766
公開日2011年5月18日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者史慧生, 梁永宏 申請人:營口市石光石油機(jī)械有限責(zé)任公司