集束射孔器.pdf

本实用新型涉及一种集束射孔器，它由集束射孔弹、高速燃气流发生体、射孔弹架、射孔枪、传爆组件及隔爆部件组成，射孔枪内设有射孔弹弹架，射孔弹弹架内设有多枚集束射孔弹，集束射孔弹之间设有隔爆部件，集束射孔弹包括弹壳和药型罩，弹壳与药型罩之间设有炸药，弹壳和炸药中设有传爆组件，集束射孔弹顶部设有高速燃气流发生体。本实用新型采用独特的射孔弹设计结构和高速燃气流发生体结构，能够获得高能量密度的聚能金属射流和集束式高速燃气流，在油气井射孔中形成射孔穿深深度高，射孔孔道粗大，射孔孔道容积显著增大。本实用新型不仅能够显著地增加油气井的产油量，延长采油生产周期，提高原油采收率，而且施工安全，射孔孔道具有防砂效果。

1.  一种集束射孔器，包括集束射孔弹(1)、射孔弹弹架(3)、射孔枪(4)、和隔爆部件(6)，射孔枪(4)内设有射孔弹弹架(3)，射孔弹弹架(3)内设有多枚集束射孔弹(1)，集束射孔弹(1)之间设有隔爆部件(6)，其特征在于：集束射孔弹(1)包括弹壳(10、11)和药型罩(12)，弹壳(10、11)与药型罩(12)之间设有炸药(7、8)，弹壳(10)和炸药(7、8)中设有传爆组件(5)，集束射孔弹(1)顶部设有高速燃气流发生体(2)，高速燃气流发生体(2)包括可燃壳体(14)，壳体(14)内设有主装药(13)和副装药(15)，主装药(13)和副装药(15)中设有高速燃气流通道(18)。

2.  如权利要求1所述的集束射孔器，其特征在于：所述的传爆组件(5)由油井导爆索(16)、集束射孔弹起爆端头(17)及圆环型起爆调节体(9)组成，油井导爆索(16)连接集束射孔弹起爆端头(17)，圆环型起爆调节体(9)设于炸药(7、8)之中。

3.  如权利要求1所述的集束射孔器，其特征在于：所述的药型罩(12)母线形状为曲线与直锥相切连接的杯体形状，其底部曲线为球缺形或弓形，曲线部分高度为药型罩(12)高度的1/5～1/3，其直径为药型罩(12)口部直径的1/4～1/2。

4.  如权利要求1所述的集束射孔器，其特征在于：所述的集束射孔弹炸药(7、8)为整体式炸药，其中夹有圆环型起爆调节体(9)，或为包括主炸药(7)和副炸药(8)的分体式炸药，其中设有圆环型起爆调节体(9)。

5.  如权利要求1所述的集束射孔器，其特征在于：所述的高速燃气流发生体(2)内的主装药(13)为耐高温的高燃速推进剂或耐高温的高燃速火药，副装药(15)为耐高温的低燃速火药或低燃速推进剂。

6.  如权利要求1所述的集束射孔器，其特征在于：所述的隔爆部件(6)为多孔、低密度的非金属材料、橡胶材料、发泡的塑料材料或低密度的金属材料。

7.  如权利要求1所述的集束射孔器，其特征在于：所述的可燃壳体(14)为含能高分子材料。

集束射孔器
技术领域
本实用新型涉及一种石油射孔器，特别是一种射孔穿深深度较高，射孔孔道容积大的集束射孔器。
背景技术
众所周知，随着石油工业的快速发展，石油射孔技术也在不断发展。近年来，深穿透射孔、大孔径射孔、增效射孔等新技术不断涌现。深穿透射孔在国外已达到了射孔穿深深度1.3m的水平，国内厂家也在竞相研制射孔穿深为1m的高穿深射孔弹。但是，深穿透射孔射出的射孔孔道是细而长的孔道，在原油生产过程中，细而长的射孔孔道很容易被原油中的胶质、石蜡、沥青质堵塞，致使采油生产周期缩短、油气井产油量下降，因而作业效果不够理想。大孔径射孔技术主要应用于海洋油田的低渗透油层，稠油油层和常规射孔出砂较严重的油气井，它们射出的射孔孔道虽然入口直径大，但孔道很短，对于油层连通改造的效果也不够令人满意。增效射孔虽然采用了利用火药气体扩展和延伸射孔孔道的技术，但是，由于火药是装填在射孔枪里的射孔弹与射孔弹中间的空间内，所以，火药燃烧产生的燃气呈紊流形态而不能形成集束燃气流，它不能对准聚能金属射流射出的射孔孔道有效地做功，从而使火药能量利用率降低，实际上，对射孔孔道的扩展和延伸效能以及消除射孔压实带的效能都不明显。另外，在射孔枪内，由于火药迅速燃烧，燃气压力骤然升高，引起了射孔枪内的压力突升，很容易使射孔枪枪体胀裂、变形，从而引发由于枪体胀裂而卡井的施工作业事故。实际上，这几年国内各油田已经多次发生了在增效射孔作业中，因为射孔枪枪体发生胀裂变形而卡井的作业事故，这一技术引发的不安全事故使人们对增效射孔技术的普及应用心存疑虑，望而生畏。
实用新型内容
本实用新型的目的是消除油田现有的各种射孔器的技术缺陷和弊端，提供一种新型结构的集束射孔器，使石油射孔作业不仅安全，高效，作业成本低，而且射出的射孔孔道呈现出射孔穿深深度高，孔道粗大，孔道容积显著提高，孔道周围压实带明显得到消除的突出特点，对提高油气井产能，延长采油周期和提高采油率都具有明显的效果，同时，它还对防止油气井出砂具有一定的作用。
为了实现大孔容射孔的目的，本实用新型的技术解决方案是：一种集束射孔器，包括集束射孔弹、射孔弹弹架、射孔枪、和隔爆部件，射孔枪内设有射孔弹弹架，射孔弹架内设有多枚集束射孔弹，集束射孔弹之间设有隔爆部件，集束射孔弹包括弹壳、药型罩，弹壳与药型罩之间设有炸药，弹壳和炸药中设有传爆组件，集束射孔弹顶部设有高速燃气流发生体，高速燃气流发生体包括可燃壳体，壳体内设有主装药和副装药，主装药和副装药中设有高速燃气流通道。
所述的传爆组件由油井导爆索、集束射孔弹起爆端头及圆环型起爆调节体组成，油井导爆索连接集束射孔弹起爆端头，圆环型起爆调节体设于炸药之中。
所述的药型罩母线形状为曲线与直锥相切连接的杯体形状，其底部曲线为球缺形或弓形，曲线部分高度为药型罩高度的1/5～1/3，其直径为药型罩口部直径的1/4～1/2。
所述的射孔弹炸药为整体式炸药，其中夹有圆环型起爆调节体，或为包括主炸药和副炸药的分体式炸药，其中设有圆环型起爆调节体。
所述的高速燃气流发生体内的主装药为耐高温的高燃速推进剂或耐高温的高燃速火药，副装药为耐高温的低燃速火药或低燃速推进剂。
所述的隔爆部件为多孔、低密度的非金属材料、橡胶材料、发泡的塑料材料或低密度的金属材料。
所述的可燃壳体为含能高分子材料。
本实用新型能够获得高能量密度的聚能金属射流和集束式高速燃气流，在油气井射孔中形成射孔穿深深度较高，射孔孔道粗大，射孔孔道容积显著增大，而且能够明显消除孔道污染，消除孔道周围压实带的石油射孔效果。本实用新型的集束射孔器，不仅能够显著地增加油气井的产油量，延长采油周期，提高原油采收率，而且施工安全，射孔孔道具有防砂效果，也有利于降低地层破裂压力和对油气井进行水力压裂处理。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
图2是集束射孔弹结构示意图。
图3是本实用新型工作原理图。
具体实施方式
一种集束射孔器，包括集束射孔弹1、射孔弹弹架3、射孔枪4、和隔爆部件6，射孔枪4内设有射孔弹弹架3，射孔弹弹架3内设有多枚集束射孔弹1，集束射孔弹1之间设有隔爆部件6，所述的集束射孔弹1由副弹壳10、主弹壳11、药型罩12和炸药7、8组成，弹壳10、11与药型罩12之间设有炸药7、8，弹壳内设有传爆组件5，集束射孔弹1顶部设有高速燃气流发生体2，高速燃气流发生体2包括可燃壳体14，壳体内设有主装药13和副装药15，主装药13和副装药15中设有高速燃气流通道18。
为了实现大孔容射孔的目的，对集束射孔器中使用的集束射孔弹的设计结构进行了许多设计创新。
首先，在集束射孔弹的设计结构中首次设计采用了圆环型起爆调节体9的设计构件。所述的传爆组件5由油井导爆索16、射孔弹起爆端头17及圆环型起爆调节体9组成，油井导爆索16连接起爆端头17，圆环型起爆调节体9设于炸药7、8之中。所述的集束射孔弹炸药7、8可以为整体式炸药，其中夹有圆环型起爆调节体9，或为包括主炸药7和副炸药8的分体式炸药，其中设有圆环型起爆调节体9。本实用新型采用了新型的传爆组件结构，使射孔弹内炸药装药的起爆方式由单点起爆方式改变为环行多点起爆方式，因而使起爆方式发生了根本改变。当油井导爆索16传来的起爆讯号传至集束射孔弹的起爆端头17时，起爆端头炸药起爆产生的爆轰波传至圆环型起爆调节体9，经过圆环型起爆调节体9的调整，爆轰波转为环形放射状爆轰波，使炸药装药在以中心轴为对称的环形截面上多点瞬间同时起爆。爆轰波对称地、同时地将金属药型罩12压垮，形成完全聚焦的、高能量密度的金属射流，因而，药型罩压垮速度及爆轰波释放能量效率极大提高，射孔效能显著提升，最终可获得射孔孔道既深又粗的大孔容射孔效果。
其次，为了实现大孔容射孔，对药型罩12设计结构进行技术创新也是关键之举。本实用新型为了使射孔弹既有一定的穿深能力，同时又能使射孔孔道尽可能增大，大幅度地提高射孔孔道的容积，以利于提高油井的出油率，因此，对药型罩12的设计结构进行了创新设计。经过分析计算，所述的药型罩12母线形状为曲线与直锥相切连接的杯体形状，其底部曲线为球缺形或弓形，曲线部分高度为药型罩12高度的1/5～1/3，其直径为药型罩12口部直径的1/4～1/2。可使射孔弹射出的射流粗而大，提高炸药的能量利用率，获得大孔容射孔的理想效果。
另外，金属药型罩的制作材料-合金粉末的材料及配比对集束射孔弹的射孔性能也有一定的影响作用。本发明采用了铜-钨，铜-钨-镍或铜-铋-钨为主的合金粉材料制作药型罩。对获得大孔容射孔的效果有明显的作用。
此外，集束射孔器所用的集束射孔弹，其最重要的技术创新是在集束射孔弹的口部创新设计了“高速燃气流发生体”2的设计结构。高速燃气流发生体2由主装药13、可燃壳体14和副装药15组成。所述的高速燃气流发生体2内的主装药13为耐高温的高燃速推进剂或耐高温的高燃速火药，副装药15为耐高温的低燃速火药或低燃速推进剂。所述的可燃壳体14为含能高分子材料。
当集束射孔器中的集束射孔弹1引爆产生聚能高速金属射流进行射孔时，金属射流首先穿透射孔枪体4，油井套管19、水泥环20、油层污染带21，在油层中形成粗而长的射孔孔道22，紧随其后，高速燃气流发生体2中的高燃速推进剂燃烧产生了高压、高温、高速燃气，燃气通过收敛与扩张的拉瓦尔效应形成高速燃气流并且被加速到超音速状态，聚焦形成集束燃气流。该集束燃气流以高能量质点流状态喷射至射孔孔道内，对油层内的射孔孔道进行挤压、扩展和延伸。接着，高速燃气流发生体2中的低燃速推进剂燃烧产生的高温高压燃气流和可燃壳体14中的含能材料燃烧产生的高温高压燃气流又一波接一波地连续地对射孔孔道22进行动力作用，在这样反复不断的连续作用下，射孔孔道不断地被挤压、扩展、延伸，射孔孔道直径持续扩展，射孔孔道深度不断增加，射孔孔道周围的压实带在脉冲压力作用下被击裂，形成了许多支叉状裂缝23，与油层中的天然裂隙、裂缝24相互沟通、交互、连接；于是，就形成了非常有利于原油渗流而出的裂缝网络，显著地提高了原油的产量。
本实用新型的集束射孔器正是在以上三个方面显示了优于增效射孔器的突出特点，达到了技术创新的新水平，使施工作业非常安全、有效。
最后，本实用新型的集束射孔器为了有效地克服和消除射孔弹之间的弹间干扰问题，对射孔枪内的设计结构也进行了技术改进，特别研制设计了隔爆部件6。将隔爆部件安装在射孔枪内，装填于集束射孔弹与集束射孔弹之间的空间之中。这些隔爆部件可以是整体式的组件，也可以是分体式的装配组件。它们采用多孔、低密度的非金属材料、橡胶材料、发泡的塑料材料或低密度的金属材料制作，可以有效地吸收和缓冲集束射孔弹炸药爆炸引发的爆炸冲击作用，既可消除射孔弹之间的弹间干扰，又便于射孔弹的固定和装配。
本实用新型的集束射孔器在地面进行了性能检测试验，试验使用的是直径5米，高度为1.2米的环形混凝土靶。混凝土靶中心浇注有英寸的油井套管。套管中放置有1米长的集束射孔器，射孔孔密为13孔/米。试验时，用油井导爆索引爆集束射孔器，起爆率为100％，射孔孔眼直径达Φ20～Φ21mm。射孔穿深深度达530mm，射孔孔道粗而长，使半径2.5米的混凝土靶在射孔方向上完全劈裂开，完全达到了集束射孔器的设计目标。
实施例一：雁5168井，井深2768m，油层厚度6.8m，油层位置2012-2018.8m，岩性：粉质细砂岩。该井由于钻井泥浆污染，一直无产量。井中动液面位置251m，有油花。2004年7月采用集束射孔器射孔，孔密13孔/米，起爆率100％。射孔后，动液面位置125m，该油井产量：8t/日，产液量：18M³/日。增产效果显著。
实施例二：y7834井，井深3105m，油层厚度8.2m，油层位置2528m～2536.2m，岩性：砂岩，该井作业前产油量：3t/日，产液量：16M³/日。2004年8月采用集束射孔器进行射孔作业，孔密：13孔/米，起爆率100％。作业后，产液量达32M³/日，产油量9t/日，产量大幅度上升，含水下降，增产效果非常显著。