射孔壓裂方法及裝置的製作方法
2023-09-16 16:38:40 1
專利名稱：射孔壓裂方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種在一次施工中實現油氣井射孔和壓裂連續作業的方法和裝置。
背景技術：
世界上有相當一部分石油天然氣儲量存在於低滲透率的巖石中。用常規採收技術往往不能達到經濟的油氣流。因此，人們用很多辦法來提高低滲油氣田的單井產量。其中最經典最常用的辦法是水力酸化壓裂。它是在射孔後，用大型專用設備將酸化壓裂液並壓裂砂壓入地層，巖石在高壓液體作用下產生裂紋。水力壓裂的缺點在於1、大型專用設備成本較高；2、作業繁瑣，工期較長；3、既使分段作業，也不能保證均勻壓裂，一部分孔道壓開後，另一部分則很難再壓開；4、由於受管線、接頭、閥門強度的限制，水壓有一安全極限，對於高強度的地層，水力壓裂較困難；5、對於不適於大型車輛進入的沙漠、高山、沼澤等地區的油氣井，水力壓裂不能施工。
為了彌補水力壓裂的缺點，近二十年來發展了高能氣體壓裂和增效射孔。高能氣體壓裂是在射孔後向井筒內送入壓裂彈，點燃壓裂彈則有高壓氣體充滿井筒，當然對孔道有一定的衝刷作用。後來，把壓裂彈裝在槍串上，射孔完成後，壓裂彈的高壓氣體通過射孔槍的孔眼衝向孔道，實現對孔道的衝刷和壓裂。再後來，取消了壓裂彈，把推進劑固定在射孔彈周圍，稱為一體彈或增效射孔，射孔彈爆炸後，引燃推進劑，推進劑轉化為高壓氣體，實現對孔道的衝刷和壓裂。
實際上，高能氣體壓裂和增效射孔至今沒有廣泛推廣。這是因為1、所產生的高壓氣體首先作用在槍管或套管內，然後才進入孔道。受槍管和套管強度的限制，高壓氣體的峰值壓力不能過高，否則傷害套管，甚至造成事故，可是壓力過低又不足以對孔道產生壓裂作用，這說明原理上存在不可克服的矛盾。2、推進劑的燃燒是在接近封閉的狀態下進行的，燃燒的速度受壓力和溫度的影響，同時壓力和溫度又受燃燒速度的影響，這樣，峰值壓力就很難預測和控制，這是多年來炸井事故出現的主要原因。
發明內容
為了克服高能氣體壓裂和增效射孔的缺點，本發明找到一種將強還原劑送至套管外並在地層中產生多次爆炸的方法，並為此設計了一套可行的裝置。它所依據的原理是1射孔彈的射流持續時間為100-150ms，而孔道形成的時間是30-50μs，這說明並不是全部射流都有浸徹作用，可以利用沒有浸徹作用的部分射流把所需要的強還原劑送入孔道。2、由於送入孔道的是強還原劑，送入的過程是安全的，這是因為射孔彈射流是還原氣氛，再強的還原劑也不會發生化學反應。3、強還原劑在孔道中會與水接觸發生化學反應，如鹼金屬、鹼土金屬等會放出氫氣，電石會放出乙炔Na+H2O→1/2H2+NaOHCaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH)2
4、向孔道中壓入空氣或氧氣，氫氣或乙炔就會發生爆炸H2+1/2O2→H2OC2H2+5/2O2→2CO2+H2O本發明中，上述原理是這樣實現的射孔彈前方放置艙體，艙體內壁貼有撓性炸藥，經過封裝的強還原劑充滿剩餘空間，中軸線留出射流通道。射孔彈引爆後形成射流，同時引爆撓性炸藥，撓性炸藥爆炸的氣體把強還原劑推向中軸。射孔的過程較快，當強還原劑到達中軸時，射孔已經完成，強還原劑隨著沒有浸徹作用的射流衝向孔道，從孔道深處向外推積。實現上，把強還原劑做成顆粒狀，強還原劑與水的化學反應逐層進行，於是氫氣或乙炔逐漸釋放。孔道中壓入空氣後，氫氣或乙炔的濃度達到爆炸極限就會發生爆炸，所以爆炸一定是多次發生，這種多次發生的爆炸對巖石壓裂是有利的，它會使壓開的裂縫不斷延伸，其結果是擴大了油氣的滲流面積，提高了單井的油氣產量。
本發明的特點是顯見的，第一，是在一次施工時連續完成射孔和壓裂兩項作業，所需的設備與常規射孔相近，施工成本和設備材料成本較低。第二，在套管外發生的多次爆炸對巖石的壓裂造縫極為有利。第三，爆炸的衝擊作用在套管外部，爆炸的氣浪可以通過孔眼到達槍內，在槍內得到緩衝，套管的安全有保障。
圖1是常規射孔裝置及引爆前的狀態示意圖；圖2是常規射孔效果示意圖；
圖3是本發明裝置的結構示意圖；圖4是本發明實施過程圖；圖5是本發明實施結果圖。
圖中，1傳輸油管、2套管(略去固井水泥層)、3射孔槍(略去井液)、4射孔彈(略去彈架、導爆索)、5射流在地層中射出的孔道、6地層、7射孔彈彈殼、8射孔彈裝藥、9射孔彈藥型罩、10彈性圈、11定位環、12艙體、13撓性炸藥、14被封裝的強還原劑、15送入孔道的還原劑、16孔道和壓出的裂紋。
具體實施例方式
按圖3所示的結構，把射孔彈(由射孔彈彈殼7、射孔彈裝藥8、射孔彈藥型罩9組成)、彈性圈10、定位環11、艙體12、撓性炸藥13和強還原劑14組裝起來形成1個單元，把這樣的單元按所需相位排列起來，連上導爆索，裝入射孔槍3內。由這樣的射孔槍組成槍串，槍串最上部接壓力起爆器，下入油井套管2中。接有壓力起爆器的槍串用油管傳輸至預定位置。開動壓風機，當達到壓力起爆器的預定壓力時，起爆器起爆，爆轟波由導爆索傳至射孔彈，射孔彈起爆後，引爆撓性炸藥，推動強還原劑向中軸運動，強還原劑由射流送入孔道。此時連續向槍管內壓入空氣，直至發生多次爆炸後，消耗所有的強還原劑為止。
權利要求
1.一種射孔壓裂方法，其特徵在於，利用射孔彈的射流把強還原劑送入射孔孔道，強還原劑包括鹼金屬、鹼土金屬及其它遇水產生氫氣的物質，也包括遇水產生乙炔的電石，在產生氫氣或乙炔氣的同時，向孔道內壓入空氣或氧氣，使其在孔道內發生爆炸。
2.根據權利要求1所述的射孔壓裂方法的裝置，其特徵在於，射孔彈前方放置艙體，艙體內壁貼有撓性炸藥，經過封裝的強還原劑充滿剩餘空間，中軸線留出射流通道。
全文摘要
一種油氣井射孔和壓裂連續作業的方法和裝置。利用射孔彈爆炸產生的射流實現射孔，同時攜帶強還原劑進入孔道，強還原劑在孔道中與水發生化學反應產生氫氣或乙炔氣等易燃易爆氣體，此時壓入空氣或氧氣，孔道中就會發生多次爆炸，使巖石產生裂紋並得以延伸，從而擴大油氣滲流面積，提高油氣的單井產量。本發明為低滲油氣田提高產量提供一種經濟實用的途徑。
文檔編號E21B43/11GK1978864SQ20051012568
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月5日 優先權日2005年12月5日
發明者袁新 申請人:西安通源石油科技有限公司