專利名稱：集束補孔器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型的，專門為油氣井補射孔而設(shè)計的油氣井補孔器。
背景技術(shù)：
眾所周知，石油是我國國民經(jīng)濟的重要的能源材料。無論是航空業(yè)、交通業(yè)、化工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)等等行業(yè)的發(fā)展，都迫切需要有充足的石油供給。尤其是近年來我國汽車工業(yè)的大發(fā)展，拉動了石油供給需求的大幅度攀升，石油需求旺盛與生產(chǎn)供給不足的矛盾越來越突出。因此，依靠科技進步，加快石油工業(yè)的發(fā)展成為了當(dāng)前十分重要的問題。
加快石油工業(yè)的發(fā)展，大幅度提高原油產(chǎn)量，一方面，需要加快石油的勘探開發(fā)速度，使新油井，新油區(qū)不斷投產(chǎn)，增加原油的產(chǎn)量。另一方面，也是很重要的一方面，就是要加快已開發(fā)的老油井，老油區(qū)的技術(shù)改造，使老油井，舊油井煥發(fā)青春，改變低產(chǎn)局面，恢復(fù)產(chǎn)能，提高產(chǎn)量，延長生產(chǎn)采油周期，為我國的石油產(chǎn)量大幅度提高貢獻(xiàn)力量。
據(jù)有關(guān)資料報道，近年來，我國對老油井，老油區(qū)的技術(shù)改造已取了明顯的增產(chǎn)效果。2004年8月，我國西北某油區(qū)，依靠對老油井進行補孔作業(yè)，使老油井的單井平均日產(chǎn)量由2t/d提高到了8t/d，增產(chǎn)幅度達(dá)4倍多，全油區(qū)日產(chǎn)油量增加幅度達(dá)1萬噸之多。另據(jù)資料報導(dǎo)，我國中原某油區(qū)，由于以前的老油井射孔技術(shù)落后，射孔作業(yè)效能較差，油井單井產(chǎn)量僅為2～3t/d，采用補孔技術(shù)對老油井進行補孔作業(yè)以后，油井單井產(chǎn)量普遍提高至5～7t/d，增產(chǎn)效果十分明顯。事實證明，老油井，老井區(qū)的技術(shù)挖潛改造大有作為，它是我國石油工業(yè)發(fā)展的可靠途徑之一，也是石油產(chǎn)量迅速提高的有效措施之一。
我國各個油田都有大量的老油井，舊油井。由于開發(fā)投產(chǎn)時的射孔技術(shù)較為落后，大量使用的射孔彈是73型、89型射孔彈，它們射出的射孔孔道細(xì)而短，不能有效地將油氣井井筒與油氣儲集地層很好地連通，油流阻力大，出油效益低，所以，造成了許多老油井、舊油井產(chǎn)量低，能耗高的局面。對這些老油井、舊油井采用集束補孔器進行補孔作業(yè)，增產(chǎn)效果將十分顯著。
以前，人們對老油井、舊油井的補孔并不十分重視，也沒有專門研究用于補孔作業(yè)的補孔器。在一般情況下，總是使用常規(guī)射孔器進行補孔作業(yè)。但是，由于常規(guī)射孔器射出的射孔孔道很容易被原油中的膠質(zhì)、蠟質(zhì)和瀝青質(zhì)堵塞，所以，補孔增產(chǎn)幅度不很理想。
最近發(fā)展的集束射孔技術(shù)是一種大孔容射孔技術(shù)，它射出的射孔孔道粗而長，不僅孔道直徑大，而且孔道直徑沿射孔穿深方向上的衰減率很低，所以，射孔孔道的容積顯著增大。大孔容射孔的效果是原油從地層中流出的流量大，流動阻力小，孔道不易被堵塞，因而，油氣井的增產(chǎn)效果好，采油生產(chǎn)周期長，原油采收率高。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了創(chuàng)造出一種技術(shù)先進、使用安全、作業(yè)效能高、增產(chǎn)效果好的集束補孔器，使大批老油井、舊油井得到技術(shù)改造，恢復(fù)產(chǎn)能，延長采油生產(chǎn)周期，提高原油采收率。
本實用新型的目的是以下述方式實現(xiàn)的一種集束補孔器，由起爆器、傳爆序列、集束補孔器殼體、集束射孔彈和集束壓裂裝藥組成，集束補孔器殼體內(nèi)設(shè)有集束射孔彈、集束補孔器殼體頂部設(shè)有起爆器，集束射孔彈之間設(shè)有集束壓裂裝藥，集束壓裂裝藥之間設(shè)有傳爆序列。
所述的集束射孔彈包括射孔彈彈體、高能炸藥裝藥、園環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體和合金粉末藥罩型，射孔彈彈體與藥型罩之間設(shè)有炸藥，炸藥中設(shè)有園環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體，在射孔彈的頂部位置，還同軸地設(shè)有燃?xì)饬靼l(fā)生體，該發(fā)生體由主裝藥、含能可燃?xì)んw和副裝藥組成，殼體內(nèi)設(shè)有主裝藥和副裝藥，主裝藥和副裝藥中間設(shè)有高速燃?xì)饬魍ǖ馈?br> 集束射孔彈在集束補孔器殼體內(nèi)的裝配數(shù)量為2發(fā)/米～13發(fā)/米。
集束壓裂裝藥是一種圓筒型的成型裝藥，由高燃速推進劑和低燃推進劑間隔組合而成，在裝藥的兩端設(shè)有導(dǎo)流孔。
集束壓裂裝藥體的內(nèi)、外表面采用高分子阻燃材料進行了包復(fù)。
本實用新型應(yīng)用集束射孔和集束壓裂的先進技術(shù)，獲得高能量密度的聚能金屬射流和高速集束燃?xì)饬鳎谟蜌饩猩淇卓椎辣欢氯?，或原有的油氣井射孔孔道?xì)而短，油氣井產(chǎn)量逐年下降的條件下，對老的油氣井進行補射孔作業(yè)，得到大孔容射孔的補孔效果，顯著地改善油氣井井筒與油氣儲集地層的連通效果，增加油氣井產(chǎn)量，延長其采油生產(chǎn)周期，最終提高油氣井的原油采收率。
集束補孔器不僅可實現(xiàn)大孔容射孔的目的，而且，在補孔器內(nèi)還裝填有集束壓裂裝藥，還可在補射孔的同時，利用推進劑裝藥燃燒產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)獾哪芰考尫牛瑢Φ貙邮┘用}沖壓力加載，更好地擴展和延伸射孔孔道，造成多方位的微細(xì)裂縫，改善地層的滲透性，大幅度提高油氣井的產(chǎn)量。本實用新型技術(shù)原理先進，設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎，使用安全，作業(yè)簡便，是適合老油氣井、舊油氣井實施補孔作業(yè)，提高產(chǎn)能的技術(shù)先進的產(chǎn)品。


圖1為集束射孔彈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
一種集束補孔器，由起爆器1、傳爆序列2、集束補孔器殼體3、集束射孔彈4和集束壓裂裝藥5組成，集束補孔器殼體3內(nèi)設(shè)有集束射孔彈4、集束補孔器殼體3頂部設(shè)有起爆器1，集束射孔彈4之間設(shè)有集束壓裂裝藥5，集束壓裂裝藥5之間設(shè)有傳爆序列2。
本實用新型所使用的起爆器1，可以使用撞擊式起爆器，也可以使用電纜起爆器，當(dāng)使用油管傳輸方式補孔時，使用撞擊起爆器。當(dāng)使用電纜傳輸方式補孔時，使用電纜起爆器。
本實用新型所使用的傳爆序列2，包括有油井導(dǎo)爆索→集束射孔彈起爆端頭→集束射孔彈內(nèi)起爆藥。其作用過程是當(dāng)撞擊起爆器或電纜起爆器發(fā)出起爆信號后，起爆信號經(jīng)由油井導(dǎo)爆索傳至集束射孔彈的起爆端頭，起爆端頭又將起爆信號傳至起爆藥，起爆藥系純細(xì)RDX，當(dāng)它起爆之后爆轟波經(jīng)過波形調(diào)節(jié)體8的調(diào)整，從各方向同時傳至集束射孔彈的炸藥主裝藥7，引起炸藥主裝藥的爆炸，爆炸產(chǎn)生的爆轟波作用到金屬藥型罩9上，使其在高溫高壓條件下，金屬藥型罩被壓垮，在中心軸線上聚焦形成強大的聚能金屬射流，射穿油井套管15，水泥環(huán)17和地層18，形成射孔孔道16，完成射孔過程。同時，射孔彈內(nèi)炸藥主裝藥爆炸產(chǎn)生的沖擊波作用到集束壓裂裝藥5上，引發(fā)推進劑的燃燒，集束壓裂裝藥5的燃燒產(chǎn)生了大量的高溫高壓燃燒氣體，這些燃燒氣體在導(dǎo)流孔20的引導(dǎo)下集束噴發(fā)，進入射孔孔道(16)，產(chǎn)生脈沖壓力加載，使得已形成的射孔孔道不斷向前擴展和延伸，得到良好的補射孔效果，有效地提高舊油井的產(chǎn)量。
本實用新型所用的補孔器殼體3可以使用常規(guī)的盲孔射孔槍。但是，要根據(jù)實際需要的補孔孔數(shù)對射孔槍上的盲孔數(shù)進行調(diào)整。
本實用新型所用的集束射孔彈4是特殊制作的，其設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖1所示。所述的集束射孔彈4包括射孔彈彈體6、高能炸藥裝藥7、園環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體8和合金粉末藥罩型9，射孔彈彈體6與藥型罩9之間設(shè)有炸藥7，炸藥7中設(shè)有園環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體8，在射孔彈的頂部位置，還同軸地設(shè)有燃?xì)饬靼l(fā)生體10，該發(fā)生體10由主裝藥11、含能可燃?xì)んw12和副裝藥13組成，殼體12內(nèi)設(shè)有主裝藥11和副裝藥13，主裝藥11和副裝藥13中間設(shè)有高速燃?xì)饬魍ǖ?0。在集束射孔彈的設(shè)計結(jié)構(gòu)中，圓環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體8起著十分重要的作用。如果沒有起爆調(diào)節(jié)體，炸藥主裝藥的起爆為點起爆狀態(tài)。由于炸藥裝藥的起爆過程存在有時間差和區(qū)域不對稱性，所以，爆轟波壓垮金屬藥型罩9形成聚能金屬射流的過程存在有作用速度慢、聚能性不好或金屬射流偏斜等弊病，致使聚能金屬射流的射孔效能或能量利用率受到影響。
本實用新型采用了圓環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體8之后，可以使射孔彈內(nèi)炸藥主裝藥的起爆方式由點起爆方式改變?yōu)榄h(huán)形多點起爆方式，因而使炸藥主裝藥的起爆狀態(tài)發(fā)生了根本的變化。環(huán)形多點起爆使炸藥能夠在以中心軸為對稱的環(huán)形截面上多點、瞬時間、同時起爆。所以，產(chǎn)生的爆轟波能夠?qū)ΨQ地、同時地將金屬藥型罩9壓垮，在這樣的狀態(tài)下，能夠形成完全聚焦的，高能量密度的聚能金屬射流，其射孔效能會顯著提高，最終會獲得射孔孔道既深又粗的大孔容射孔效果。
科學(xué)合理的金屬藥型罩設(shè)計也是提高射孔效能的重要環(huán)節(jié)。本實用新型在分析了大量的藥型罩設(shè)計結(jié)構(gòu)的利弊的基礎(chǔ)上，科學(xué)地采用了球面型與直錐型相結(jié)合的藥型罩9設(shè)計構(gòu)思，使射孔彈能夠射出粗而長的射孔孔道16，可獲得理想的射孔效果。
另外，集束射孔彈與普通射孔彈最大的區(qū)別在于射孔彈的口部設(shè)計裝配了“火藥燃?xì)饬靼l(fā)生體”10。該發(fā)生體由主裝藥11、可燃含能殼體12和副裝藥13組成?；鹚幦?xì)饬靼l(fā)生體與射孔彈同軸地裝配為一體。當(dāng)射孔彈中的炸藥裝藥起爆后，爆轟波的作用使金屬藥型罩9被壓垮而生成聚能金屬射流，對油井套管15，水泥環(huán)17和地層18進行射孔，形成了射孔孔道16。當(dāng)聚能金屬射流穿過火藥燃?xì)饬靼l(fā)生體10時，同時將發(fā)生體內(nèi)的火藥或推進劑裝藥點燃?；鹚幓蛲七M劑燃燒生成的高壓，高溫燃?xì)馔ㄟ^收斂與擴張的拉瓦爾效應(yīng)形成集束燃?xì)饬?，該燃?xì)饬髂芰考鴩姲l(fā)至射孔孔道16內(nèi)，可對射孔孔道16進行有效的擠壓、擴展和延伸。使得射孔孔道的孔道直徑加粗，射孔穿深大大增加。大大地提高了射孔作用效果。
本實用新型所用的集束壓裂裝藥5，是一種特殊設(shè)計和制作的推進劑組合裝藥。集束壓裂裝藥與集束射孔彈裝在彈架19內(nèi)。該裝藥采用穩(wěn)定燃燒的高燃速推進劑(21)和低燃速推進劑(22)間隔組合而成。裝藥呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，其外表面23和內(nèi)表面24都采用高分子阻燃材料進行包復(fù)處理。在裝藥體的兩端，設(shè)計有導(dǎo)流孔(20)(參見圖2)。集束壓裂裝藥燃燒產(chǎn)生的高壓高溫燃?xì)饨?jīng)過導(dǎo)流孔20后，匯聚成集束燃?xì)饬鳎蛏淇卓椎?6內(nèi)集束噴發(fā)。由于裝藥是高燃速推進劑和低燃速推進劑組合而成的，所以，當(dāng)推進劑在高燃速推進劑21區(qū)間燃燒時，燃?xì)猱a(chǎn)生速率較高，燃?xì)鈮毫^高。當(dāng)推進劑燃燒至低燃速推進劑22區(qū)間時，燃?xì)猱a(chǎn)生速率下降，燃?xì)鈮毫ο陆?。所以，隨著燃燒區(qū)域的變化，燃?xì)鈮毫Τ矢邏毫?低壓力-高壓力-低壓力的脈沖式變化。當(dāng)脈沖壓力對射孔孔道不斷進行脈沖壓力加載時，射孔孔道的擴展、延伸和加深過程不斷加強，最終會形成許多長的延伸裂縫，有效地改善地層的滲透性，提高油氣井產(chǎn)量。
由于本實用新型所用的集束壓裂裝藥體5的內(nèi)外表面都采用高分子阻燃材料進行了包復(fù)處理，所以，使得裝藥體只能在固定的燃燒面上穩(wěn)定地燃燒，避免了燃燒面突然增大而引起的補孔器內(nèi)壓力的突然急速增加，所以，補孔器的作用過程被限定在一定的許可的壓力范圍內(nèi)，這就有力地保證了補孔作業(yè)過程的安全施工。
由于老油井、舊油井的實際情況千差萬別。不完全一樣。所以，每口井的補孔作業(yè)要求不同。根據(jù)油田用戶的具體要求，集束補孔器內(nèi)的集束射孔彈的裝配數(shù)量可以根據(jù)補孔要求而變化。其裝配數(shù)量可以是2發(fā)/米～13發(fā)/米，但是，最佳裝配數(shù)量為7發(fā)/米～8發(fā)/米。
由于集束補孔器內(nèi)的集束射孔彈的裝配數(shù)量會發(fā)生變化，所以，集束補孔器內(nèi)集束射孔彈之間的空間距離是不斷變化的。為了適應(yīng)這種變化的要求，集束壓裂裝藥5設(shè)計制成了各種規(guī)格尺寸的系列化產(chǎn)品，可以根據(jù)補孔器內(nèi)裝藥空間的大小和裝藥要求選用合適的規(guī)格尺寸的裝藥體進行裝填。因為裝藥體是成型裝藥，所以，裝藥時十分方便。
本實用新型經(jīng)多次地面試驗檢測，證明其性能良好，結(jié)構(gòu)新穎，作用可靠，完全達(dá)到了設(shè)計要求。
實施例一西北某油區(qū)，H4285井，井深2785m，油層厚度6.2m，油層位置2458.3～2464.5m，巖性粉質(zhì)細(xì)砂巖。該井于1998年5月射孔后完井投產(chǎn)，射孔彈型號89型射孔彈，射孔孔密13孔/米。投產(chǎn)初期，日產(chǎn)液25M3/d，日產(chǎn)油5t/d。隨著采油生產(chǎn)時間的增加，產(chǎn)量逐年下降，作業(yè)前日產(chǎn)液12M3/d，日產(chǎn)油2t/d。產(chǎn)能降低，含水率上升。分析認(rèn)為該井射孔孔道可能堵塞，致使產(chǎn)量下降。2005年4月采用集束補孔器進行了補孔作業(yè)，補孔密度8孔/米。施工作業(yè)過程順利、安全。無任何異常施工事故。補孔投產(chǎn)后，產(chǎn)能大幅上升。日產(chǎn)液30M3/d。日產(chǎn)油9t/d。產(chǎn)油量顯著提高，含水量降低，獲得令人滿意的增產(chǎn)效果。
實施例2W1493井，井深2514米，油層厚度5.8米，油層位置1849.5～1855.3米。巖性灰質(zhì)細(xì)砂巖。該井于1996年9月射孔后完井投產(chǎn)。初期產(chǎn)量日產(chǎn)液19M3/d，日產(chǎn)油8.3t/d射孔彈型號YD89射孔彈，射孔孔密13孔/米。該井近年產(chǎn)量明顯下降，作業(yè)前日產(chǎn)液5M3/d，日產(chǎn)油2.2t/d。2005年5月采用集束補孔器進行補孔作業(yè)，施工過程順利、安全。補孔后投產(chǎn)，產(chǎn)能大幅度上升。日產(chǎn)液26M3/d，日產(chǎn)油12t/d，增產(chǎn)效果良好。
權(quán)利要求1.一種集束補孔器，其特征在于由起爆器(1)、傳爆序列(2)、集束補孔器殼體(3)、集束射孔彈(4)和集束壓裂裝藥(5)組成，集束補孔器殼體(3)內(nèi)設(shè)有集束射孔彈(4)、集束補孔器殼體(3)頂部設(shè)有起爆器(1)，集束射孔彈(4)之間設(shè)有集束壓裂裝藥(5)，集束壓裂裝藥(5)之間設(shè)有傳爆序列(2)。
2.按照權(quán)利要求1所述的集束補孔器，其特征在于所述的集束射孔彈(4)包括射孔彈彈體(6)、高能炸藥裝藥(7)、園環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體(8)和合金粉末藥罩型(9)，射孔彈彈體(6)與藥型罩(9)之間設(shè)有炸藥(7)，炸藥(7)中設(shè)有園環(huán)型起爆調(diào)節(jié)體(8)，在射孔彈的頂部位置，還同軸地設(shè)有燃?xì)饬靼l(fā)生體(10)，該發(fā)生體(10)由主裝藥(11)、含能可燃?xì)んw(12)和副裝藥(13)組成，殼體(12)內(nèi)設(shè)有主裝藥(11)和副裝藥(13)，主裝藥(11)和副裝藥(13)中間設(shè)有高速燃?xì)饬魍ǖ?10)。
3.按照權(quán)利要求1所述的集束補孔器，其特征在于集束射孔彈(4)在集束補孔器殼體(3)內(nèi)的裝配數(shù)量為2發(fā)/米～13發(fā)/米。
4.按照權(quán)利要求1所述的集束補孔器，其特征在于集束壓裂裝藥是一種圓筒型的成型裝藥，由高燃速推進劑(21)和低燃推進劑(22)間隔組合而成，在裝藥的兩端設(shè)有導(dǎo)流孔(20)。
5.按照權(quán)利要求1所述的集束補孔器，其特征在于集束壓裂裝藥體(5)的內(nèi)、外表面采用高分子阻燃材料進行了包復(fù)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于油氣井補射孔的集束補孔器。其由起爆器、傳爆序列、補孔器殼體、集束射孔彈和集束壓裂裝藥組成。本實用新型應(yīng)用集束射孔和集束壓裂的先進技術(shù)，獲得高能量密度的聚能金屬射流和高速集束燃?xì)饬?，對老的油氣井進行補射孔作業(yè)，得到大孔容射孔的補孔效果，顯著地改善油氣井井筒與油氣儲集地層的連通效果，增加油氣井產(chǎn)量，延長其采油生產(chǎn)周期，最終提高油氣井的原油采收率。本實用新型技術(shù)原理先進，設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎，使用安全，作業(yè)簡便，是適合老油氣井、舊油氣井實施補孔作業(yè)，提高產(chǎn)能的技術(shù)先進的產(chǎn)品。
文檔編號E21B43/116GK2858944SQ200520079270
公開日2007年1月17日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者田志波 申請人:西安奧星能源技術(shù)研究所