一種油氣井射孔器地面打靶試驗裝置的製作方法

2023-10-24 18:16:42

本發明涉及油氣井射孔模擬測試領域，特別涉及一種油氣井射孔器地面打靶試驗裝置。

背景技術：

射孔作業是油氣勘探和開發中的一個非常重要的環節，其通過在套管內下入射孔器，射孔器沿徑向以一定相位角發射射孔彈，射孔彈射穿套管和水泥環並射入油井地層，使套管內部與油井地層連通，原油經射出的孔道流入套管內，且射入地層的射孔彈可改善地層的滲透率。為了確定使用某一射孔器進行射孔是否安全以及射孔效果是否能夠滿足油井開發的需求，在進行射孔作業之前，需對該射孔器進行檢測和評價。

目前常通過射孔器在地面上對混凝土靶進行打靶試驗來模擬射孔器射孔的過程，並依據打靶試驗的過程對射孔器的安全性進行評價，依據打靶試驗的結果對射孔器的射孔效果能否滿足油井開發的需求進行評價。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

由於井下通常為高溫高壓環境，且實際使用時射孔器上方通常覆有液柱，井下環境對射孔器的射孔過程和射孔結果所產生的影響較大，導致依據目前的打靶試驗對射孔器的安全性和射孔效果進行評價的可靠性較低。

技術實現要素：

為了解決依據目前的打靶試驗對射孔器的安全性和射孔效果進行評價的可靠性較低的問題，本發明實施例提供了一種油氣井射孔器地面打靶試驗裝置。所述技術方案如下：

一種油氣井射孔器地面打靶試驗裝置，所述油氣井射孔器地面打靶試驗裝置包括：混凝土靶、試驗套管、保壓管、活塞、剪切銷釘和防護鋼板；

所述試驗套管固定在所述混凝土靶內，射孔器設置在所述試驗套管內部，且所述試驗套管上設有傳感器出口，測試電纜的一端固定在試驗套管內部，另一端由所述傳感器出口伸出，且所述測試電纜與所述試驗套管密封連接；

所述保壓管的下端與所述試驗套管的下端密封固定，且所述保壓管上設有試壓接頭和點火線纜入口，所述試壓接頭處連接壓力進口管線，所述壓力進口管線與試壓泵連接，且所述壓力進口管線上設有保壓閘門，所述保壓閘門位於所述試壓泵與所述試壓接頭之間，通過所述試壓泵向所述試驗套管內泵送高溫高壓液體，以模擬井下的高溫高壓環境，點火線纜由點火線纜入口處伸入所述試驗套管內與所述射孔器連接，所述點火線纜與所述保壓管密封連接；

所述活塞設置在所述保壓管內部，且所述活塞與所述保壓管動密封連接，所述活塞位於所述試壓接頭上方；

所述剪切銷釘沿所述保壓管的徑向穿過所述保壓管並插入所述活塞內部，所述剪切銷釘的剪切應力大於所述射孔器上方的液柱對所述活塞產生的壓力，且小於或等於所述射孔器二次能量釋放對所述活塞產生的壓力；

所述防護鋼板蓋在所述保壓管的上端，用於防止所述活塞由所述保壓管內衝出。

進一步地，所述保壓管包括：套管接頭、第一連接管、第二連接管和壓帽；

所述套管接頭與所述試驗套管的上端固定連接，所述點火線纜入口設置在所述套管接頭上；

所述第一連接管與所述套管接頭的上端固定連接；

所述第二連接管固定套在所述第一連接管的上端外部，所述試壓接頭設置在所述第二連接管上，且所述活塞設置在所述第二連接管內部；

所述壓帽固定在所述第二連接管的上端外部，所述壓帽上沿所述保壓管的軸向設有第一卸壓孔。

具體地，所述套管接頭與所述試驗套管之間、所述第一連接管與所述套管接頭之間、所述第二連接管與所述第一連接管之間以及所述壓帽與所述第二連接管之間均通過螺紋連接。

進一步地，所述第二連接管上設有第二卸壓孔，所述第二卸壓孔用於在所述剪切銷釘剪斷後釋放所述保壓管內的壓力。

進一步地，所述油氣井射孔器地面打靶試驗裝置還包括防護鋼板支撐架，所述防護鋼板支撐架設置在所述保壓管外部，用於支撐所述防護鋼板。

具體地，所述防護鋼板支撐架由磚塊砌成。

具體對，所述活塞與所述保壓管之間通過O型密封圈動密封連接。

進一步地，所述防護鋼板上設有多個沙袋。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

本發明通過在試驗套管上方連接保壓管，在保壓管上設置試壓接頭，試壓接頭連接壓力進口管線，壓力進口管線與試壓泵連接，通過試壓泵向試驗套管內泵送高溫高壓液體以模擬井下的高溫高壓環境，且保壓管內設有活塞，剪切銷釘沿保壓管的徑向穿過保壓管並插入活塞內部，剪切銷釘的剪切應力大於射孔器上方的液柱對活塞產生的壓力，且小於射孔器二次能量釋放對活塞產生的壓力，利用剪切銷釘使保壓管內的壓力釋放相對於射孔器的二次能量釋放時間延遲，使得在射孔器進行二次能量釋放過程中試驗套管內依然能夠保持所模擬的井下高溫高壓狀態，從而模擬射孔器在井下環境下進行射孔的過程，保證依據該打靶試驗對射孔器的安全性和射孔效果進行評價的可靠性較高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的油氣井射孔器地面打靶試驗裝置的結構示意圖；

圖2是本發明實施例提供的保壓管的結構示意圖。

其中：

1混凝土靶，

2試驗套管，21傳感器出口，

3保壓管，31套管接頭，311點火線纜入口，32第一連接管，33第二連接管，331試壓接頭，332壓力進口管線，333試壓泵，334保壓閘門，335第一卸壓孔，336第二卸壓孔，34壓帽，

4活塞，

5剪切銷釘，

6防護鋼板，

7射孔器，

8測試電纜，

9點火線纜，

10防護鋼板支撐架，

11沙袋，

12 O型密封圈。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

如圖1所示，且結合圖2進行說明，本發明實施例提供了一種油氣井射孔器地面打靶試驗裝置，該油氣井射孔器地面打靶試驗裝置包括：混凝土靶1、試驗套管2、保壓管3、活塞4、剪切銷釘5和防護鋼板6；

試驗套管2固定在混凝土靶1內，射孔器7設置在試驗套管2內部，且試驗套管2上設有傳感器出口21，測試電纜8的一端固定在試驗套管2內部，另一端由傳感器出口21伸出，且測試電纜8與試驗套管2密封連接；

保壓管3的下端與試驗套管2的下端密封固定，且保壓管3上設有試壓接頭331和點火線纜入口311，試壓接頭331處連接壓力進口管線332，壓力進口管線332與試壓泵333連接，且壓力進口管線332上設有保壓閘門334，保壓閘門334位於試壓泵333與試壓接頭331之間，通過試壓泵333向試驗套管2內泵送高溫高壓液體，以模擬井下的高溫高壓環境，點火線纜9由點火線纜入口311處伸入試驗套管2內與射孔器7連接，點火線纜9與保壓管3密封連接；

活塞4設置在保壓管3內部，且活塞4與保壓管3動密封連接，活塞4位於試壓接頭331上方；

剪切銷釘5沿保壓管3的徑向穿過保壓管3並插入活塞4內部，剪切銷釘5的剪切應力大於射孔器7上方的液柱對活塞4產生的壓力，且小於或等於射孔器7二次能量釋放對活塞4產生的壓力；

防護鋼板6蓋在保壓管3的上端，用於防止活塞4由保壓管3內衝出。

在本發明實施例中，先在地面建混凝土靶1，並把試驗套管2固定在混凝土靶1內部，對混凝土靶1進行處理，保證試驗套管2底部的壓力等於井底地層壓力，而後將射孔器7固定安裝在試驗套管2內，測試電纜8與射孔器7連接後由傳感器出口21中伸出後與測試儀器連接。再將活塞4安裝在保壓管3內部，並將剪切銷釘5安裝在保壓管3上，試驗套管2的上端連接保壓管3，點火線纜9由保壓管3上的點火線纜入口311伸入試驗套管2內部並與射孔器7電連接，而後將壓力進口管線332連接在試壓接頭331上，壓力進口管線332上安裝保壓閘門334，壓力進口管線332的末端連接試壓泵333，將防護鋼板6蓋在保壓管3的上端，完成本發明實施例提供的油氣井射孔器地面打靶試驗裝置的組裝。

而後通過試壓泵333經壓力進口管線332和保壓管3向試驗套管2內泵入熱水、熱油或熱洗井液等高溫高壓液體，高溫高壓液體的溫度等於或近似等於油井井下的溫度，注入高溫高壓液體之後射孔器7上所附的液柱壓力等於將射孔器7置於油井套管內時其上所附液柱壓力，當試驗套管2內的壓力達到預設數值且穩定後，關閉保壓閘門334。人員隱蔽，通過點火線纜9向射孔器7點火，射孔器7的一次能量釋放，推動射孔彈射穿套管並射入混凝土靶1中，同時，射孔器7的一次能量釋放導致保壓管3內壓力迅速增大，活塞4產生上行趨勢，對剪切銷釘5產生剪切作用力，射孔器7一次能量釋放完之後迅速進行二次能量釋放和三次能量釋放，當三次能量釋放完成之後，剪切銷釘5被剪斷，活塞4上行，保壓管3和試驗套管2內部的壓力釋放。在射孔器7進行射孔的過程中，測試電纜8實時採集試驗套管2內的P-T數據，根據試驗套管2內的P-T數據及射孔彈的穿深，可對射孔器7的安全性和射孔效果做出評價。

在本發明實施例中，剪切銷釘5的剪切應力小於或等於射孔器7的二次能量釋放產生的壓力，活塞3作用在剪切銷釘5上的剪切作用力可在射孔器7的一次能量釋放或二次能量釋放的過程中達到剪切銷釘5的剪切應力。

本發明通過在試驗套管2上方連接保壓管3，在保壓管3上設置試壓接頭331，試壓接頭331連接壓力進口管線332，壓力進口管線332與試壓泵333連接，通過試壓泵333向試驗套管2內泵送高溫高壓液體以模擬井下的高溫高壓環境，且保壓管3內設有活塞4，剪切銷釘5沿保壓管3的徑向穿過保壓管3並插入活塞4內部，剪切銷釘5的剪切應力大於射孔器7上方的液柱對活塞4產生的壓力，且小於射孔器7二次能量和三次能量釋放對活塞4產生的壓力，利用剪切銷釘5使保壓管3內的壓力釋放相對於射孔器7的二次能量和三次能量的釋放時間延遲，使得在射孔器7進行二次能量釋放過程中試驗套管2內依然能夠保持所模擬的井下高溫高壓狀態，從而模擬射孔器在井下環境下進行射孔的過程，保證依據該打靶試驗對射孔器的安全性和射孔效果進行評價的可靠性較高。

在本發明實施例中，優選地，活塞4與保壓管3之間通過O型密封圈12動密封連接，結構簡單，便於安裝，且密封效果好。

如圖2所示，在本發明實施例中，保壓管3包括：套管接頭31、第一連接管32、第二連接管33和壓帽34；

套管接頭31與試驗套管2的上端固定連接，點火線纜入口311設置在套管接頭31上；

第一連接管32與套管接頭31的上端固定連接；

第二連接管33固定套在第一連接管32的上端外部，試壓接頭331設置在第二連接管33上，且活塞4設置在第二連接管33內部；

壓帽34固定在第二連接管33的上端外部，壓帽34上沿保壓管3的軸向設有第一卸壓孔335。

在本發明實施例中，當活塞4上行時，活塞4上方的空間內的壓力增大，為了保證本發明的安全性，可通過在壓帽34上設置第一卸壓孔335，保證剪切銷釘5剪斷後活塞4能順利上行。且本發明實施例通過套管接頭31、第一連接管32、第二連接管33和壓帽34構成保壓管3，結構穩固。其中，優選地，套管接頭31與試驗套管2之間、第一連接管32與套管接頭31之間、第二連接管33與第一連接管32之間以及壓帽34與第二連接管33之間均通過螺紋連接，便於拆卸和安裝。

如圖2所示，在本發明實施例中，第二連接管33上設有第二卸壓孔336，第二卸壓孔336用於在剪切銷釘5剪斷後釋放保壓管3內的壓力。

在本發明實施例中，第二卸壓孔336設置在第二連接管33上安裝剪切銷釘5的位置下方，在剪切銷釘5未剪斷時，活塞4封堵第二卸壓孔336，當剪切銷釘5剪斷後，活塞4上行，第二卸壓孔336露出，試驗套管2和保壓管3內的壓力通過第二卸壓孔336釋放。在本發明實施例中，第二卸壓孔336設有多個，多個第二卸壓孔336相對第二連接管33的軸線均勻分布。

如圖1所示，在本發明實施例中，油氣井射孔器地面打靶試驗裝置還包括防護鋼板支撐架10，防護鋼板支撐架10設置在保壓管3外部，用於支撐防護鋼板6。

在本發明實施例中，防護鋼板6蓋在壓帽34的上端，由於壓帽34的橫截面積較小而防護鋼板6的橫截面接較大，為了保證防護鋼板6的穩定性，在保壓管3外部設置防護鋼板支撐架10，以防止防護鋼板6掉落或偏轉。其中，優選地，防護鋼板支撐架10由磚塊砌成，能承擔的支撐力較大，且材料容易取得，成本較低。

且如圖1所示，在本發明實施例中，為了增強防護鋼板6的防護功能，防護鋼板6上設有多個沙袋11，防止活塞4由保壓管3內衝出。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。