用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法及其裝置的製作方法

2023-10-11 10:05:24 2

專利名稱：用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油勘探開發領域，是一種用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方 法及其裝置，特別適用於電纜或油管傳輸等工藝的複合射孔作業。
背景技術：
在油氣井勘探開發領域中，複合射孔作為油氣井射孔完井的一種有效的增產方 法，在油田勘探開發中得到了廣泛應用。複合射孔的技術原理是將按照一定孔密和相位規 則排列的射孔彈裝配在射孔槍中，並在槍內均勻分布裝填一定量的火藥柱。射孔時，首先 由射孔彈爆炸產生聚能射流先行穿透套管壁在地層與井筒之間形成孔道，然後由射孔彈爆 炸的衝擊能和熱能激發火藥柱燃燒產生動態高壓氣體，該高壓氣體通過射孔孔眼和槍身上 的洩壓孔首先進入井筒環空中，在井筒中建立起高壓並進入射孔孔道，對地層實施壓裂做 功。複合射孔可在近井地帶形成不受地應力影響的廣大的裂縫網絡，能夠消除鑽井、固井 和射孔對地層的汙染，改善井筒與油層的溝通狀態和地層的滲透效果，提高油井產能和壽 命。但是對於不同井況、地層狀況和不同的射孔工藝，複合射孔作業的效果是有差別的，比 如對於井深較淺的井，由於液柱低，井筒壓力小，複合射孔所產生的氣體壓力相對井筒壓力 壓差很大(比如1000米井，液柱壓力大約lOMPa，而複合射孔一般情況下氣體峰值壓力在 50 60MPa，壓力差達到40 50MPa)，大壓差會造成高壓氣體向阻力最小的井口或井底低 壓區軸向高速流動，能量的流失使射孔段氣體壓力快速下降，進入地層的能量減少，作用時 間短，壓裂效率降低。對於滲透率低、巖石緻密、地層壓力高的井，地層阻力大，氣體壓力不 能快速進入地層，使井筒壓力升高，壓差增大，能量也會向阻力小的井口和井底低壓區方向 高速釋放造成壓力損失，降低壓裂效率。對於不同的射孔工藝也會影響壓裂效率，比如對於 電纜傳輸，射孔段長一般最大不超過4米，通過井下ρ-Τ測試儀所得到的曲線可以知道4米 槍的有效壓力持續時間是1米槍的2 3倍，射孔段中心區離射孔槍槍頭和槍尾的距離越 短，射孔槍中心區壓力下降速度就越快，壓裂效果就越不好。截止目前，國內外未見到對這 些問題解決方法的報導。

發明內容
本發明所要解決的問題是提供一種用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法 及其裝置，該方法及裝置能夠把複合射孔產生的高能氣體封堵在射孔段內，延長有效壓力 作用時間，增加進入地層的氣體量，增強對地層壓裂的做功能力。本發明解決上述問題的思路是利用爆炸和燃燒所產生的高加載率爆燃氣體在射 孔段上下兩端建立起動態高壓區，從而抑制複合射孔的高壓氣體向阻力小的井口或井底低 壓區釋放。為解決上述問題，本發明提供的用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法是 複合射孔槍實施壓裂的同時，通過炸藥爆炸和火藥爆燃產生的氣體封堵複合射孔槍上端處 或者複合射孔槍上端處和下端處的井筒。
所述的通過炸藥爆炸和火藥爆燃產生的氣體封堵複合射孔槍上端處或者複合射 孔槍上端處和下端處的井筒可以這樣進行1)在複合射孔槍的上端，或者在複合射孔槍的上端和下端安裝動態封壓裝置，該 動態封壓裝置中裝有炸藥、一級火藥和二級火藥；2)複合射孔槍到達井下射孔位置，導爆索依次引爆動態封壓裝置裡的炸藥和複合 射孔槍裡的射孔彈；3)動態封壓裝置裡的炸藥爆炸引燃動態封壓裝置裡的一級火藥，一級火藥產生的 爆燃氣體充斥在動態封壓裝置附近井筒內；4)動態封壓裝置裡的一級火藥爆燃後引燃動態封壓裝置裡的二級火藥，二級火藥 燃燒產生的爆燃氣體持續充斥在動態封壓裝置附近井筒，維持動態封壓裝置附近井筒壓力 至壓裂完成。上述一級火藥產生的爆燃氣體壓力或/和二級火藥產生的爆燃氣體壓力最好不 小於複合射孔槍實施壓裂的壓力。當然，如果一級或/和二級火藥產生的爆燃氣體壓力小 於複合射孔槍實施壓裂的壓力，也能起到一定的封壓作用，譬如，略小於複合射孔槍實施壓 裂的壓力，其封壓作用也相當不錯。上述一級火藥引燃的時間最好與射孔彈火藥的引燃時間同步。最佳方案是控制二級火藥爆燃氣體向井筒釋放的速率，使一級火藥與二級火藥 產生的爆燃氣體作用時間之和不小於複合射孔產生的爆燃氣體的作用時間。本發明用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓裝置是具有一個管狀本體，該管 狀本體的端部通過接頭與複合射孔槍的端部連接，管狀本體上設有帶堵片的洩壓孔，管狀 本體內腔設有炸藥柱、一級火藥和二級火藥，其中一級火藥包在炸藥柱外面，一級火藥和炸 藥柱之間設有隔爆管，二級火藥與炸藥柱隔離，二級火藥與一級火藥之間設有帶篩孔的隔 爆板，導爆索插入炸藥柱內。上述的隔爆管最好採用金屬材料。上述帶篩孔的隔爆板的篩孔直徑為8 M毫米。用篩孔來控制或調整壓力補充 的速度和持續時間。複合射孔時，導爆索先引爆動態封壓裝置的炸藥柱，再引爆複合射孔槍的射孔彈。 炸藥柱爆炸後通過隔爆管引燃一級火藥，一級火藥產生的爆燃高壓氣體充斥在動態封壓裝 置附近井筒內，並通過帶篩孔的隔爆板引燃二級火藥，二級火藥爆燃後產生的高壓補充一 級火藥燃燒後井筒壓力的下降，使封壓裝置附近井筒環空持續處於高壓狀態，即對封壓裝 置附近井筒實施高壓氣體封堵，並將封堵時間延續到複合射孔結束，阻止複合射孔爆燃氣 體向井筒軸向擴散，從而提高複合射孔的壓裂效果。本發明由於採用高壓氣體來封堵複合射孔段端頭的井筒，阻止了複合射孔爆燃氣 體向井筒出口的擴散，不但大大減小了複合射孔的氣體能量損失，使複合射孔的氣體能量 集中作用於射孔段內，充分發揮複合射孔的潛能，而且操作簡單、便於實施，並且不會給後 續工序留下任何障礙。本發明提供的的動態氣體封壓裝置結構簡單，能夠與各種形式的復 合射孔器連接，也可以與電纜馬龍頭、投棒起爆器、壓力起爆器等起爆裝置連接。本發明不 僅能起到動態封壓作用，而且能對複合射孔能量進行補充，改善壓力波形，大幅度延長壓力 作用時間，達到更好的壓裂效果。


圖1是本發明的作用原理圖。圖2是本發明動態封壓裝置的結構圖。圖3是圖2中隔爆板的結構圖。
具體實施例方式根據施工要求，如果要在多個儲油層一次完成射孔，就需要將多個射孔槍連接起 來，組成射孔管串，每個射孔槍對準一個層段。本發明的動態封壓裝置可以連接在一個層段 複合射孔槍的上下兩端，也可以連接在具有多個層段一次射孔的每一個層段複合射孔槍的 上下兩端。圖1給出了本發明在一個層段的作用原理。射孔槍1的兩端各連接一個動態封壓 裝置2，複合射孔時將它們下放到井筒3的設定位置，對儲油層4實施複合射孔。射孔前射 孔槍1附近的井筒壓力為Pl (由射孔槍高度所產生的壓力差可忽略不計)，射孔槍射孔時所 產生的爆燃氣體壓力為P2，由於P2大於P1，如果不採取封堵措施，複合射孔爆燃氣體會向 井筒軸向擴散，導致複合射孔爆燃氣體的能量損失。本發明的動態封壓裝置2內裝有炸藥 柱和火藥，它們在複合射孔的同時被引爆，產生的高加載率爆燃氣體在射孔槍兩端附近的 井筒形成壓力為P3的高壓，P3不小於P2，這樣，不但阻止了複合射孔的爆燃氣體向井筒軸 向擴散，而且能對複合射孔能量進行補充，達到更好的壓裂效果。動態封壓裝置2產生的爆 燃氣體的作用時間最好不小於複合射孔產生的爆燃氣體的作用時間。圖2給出了本發明動態封壓裝置的一個具體結構。動態封壓裝置具有一個管狀本 體21，管狀本體21的端部通過下接頭2 或上接頭22b可與複合射孔槍的上端部或下端 部連接。管狀本體21的內腔分為上半段和下半段，帶篩孔23d的隔爆板23設在管狀本體 21內腔的上半段和下半段之間，炸藥柱M和一級火藥25裝在管狀本體21內腔的下半段， 二級火藥沈裝在管狀本體21內腔的上半段，帶堵片的洩壓孔27設在管狀本體21的下半 段。洩壓孔27的數量和大小可根據設定的封堵壓力和加載率決定。一級火藥25包在炸藥 柱M外面，兩者之間設有隔爆管觀，導爆索四從二級火藥沈中心的阻爆管30穿過，然後 插入炸藥柱24。位於射孔槍上端部的動態封壓裝置，其導爆索還要繼續延伸到射孔槍。隔爆板23的結構如圖3所示隔爆板23包括用於導爆索穿越的中心孔23a、位於 中心孔23a外的實心隔離區域2 和位於實心隔離區域外的篩孔區域23c，其中實心隔離區 域2 將炸藥柱M和二級火藥沈隔離，篩孔區域23c位於炸藥柱M和一級火藥25之間。複合射孔時，導爆索觀先引爆炸藥柱24，炸藥柱M爆炸後是通過隔爆管觀弓丨燃 一級火藥25，一級火藥25的爆燃氣體將洩壓孔27中的堵片衝開，由洩壓孔27進入附近井 筒環空，形成一個高壓區。隔爆管觀起著延緩引爆的作用，使封堵壓力的上升速度與複合 射孔的壓力上升速度保持同步。一級火藥的爆燃通過隔爆板的篩孔23d引燃二級火藥26， 其爆燃氣體通過隔爆板23的篩孔23d和洩壓孔27進入附近井筒環空。隔爆板的篩孔23d 起著控制爆燃氣體釋放速率的作用，使二級火藥爆燃氣體持續作用在封壓裝置附近的井筒 環空，並補充一級火藥燃燒後井筒壓力的快速下降，保證動態封壓裝置附近井筒環空壓力 的持續時間比複合射孔有效壓力的作用時間長。另外，二級火藥產生的高壓氣體還能對複合射孔能量進行補充，達到更好的壓裂效果。
權利要求
1.用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法，其特徵是複合射孔槍實施壓裂的同 時，通過炸藥爆炸和火藥爆燃產生的氣體封堵複合射孔槍射孔段上端處或者複合射孔槍射 孔段上端處和下端處的井筒。
2.根據權利要求1所述的用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法，其特徵是所述 的通過炸藥爆炸和火藥爆燃產生的氣體封堵複合射孔槍射孔段上端處或者複合射孔槍射 孔段上端處和下端處的井筒是這樣進行的1)在複合射孔槍射孔段的上端，或者在複合射孔槍射孔段的上端和下端安裝動態封壓 裝置，該動態封壓裝置中裝有炸藥、一級火藥和二級火藥；2)複合射孔槍到達井下射孔位置，導爆索依次引爆動態封壓裝置裡的炸藥和複合射孔 槍裡的射孔彈；3)動態封壓裝置裡的炸藥爆炸引燃動態封壓裝置裡的一級火藥，一級火藥產生的爆燃 氣體充斥在動態封壓裝置附近井筒內；4)動態封壓裝置裡的一級火藥爆燃後引燃動態封壓裝置裡的二級火藥，二級火藥燃燒 產生的爆燃氣體持續充斥在動態封壓裝置附近井筒，維持動態封壓裝置附近井筒壓力至壓 裂完成。
3.根據權利要求2所述的用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法，其特徵是一級 火藥產生的爆燃氣體壓力或/和二級火藥產生的爆燃氣體壓力不小於複合射孔槍實施壓 裂的壓力。
4.根據權利要求2或3所述的用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法，其特徵是 控制二級火藥爆燃氣體向井筒釋放的速率，使一級火藥與二級火藥產生的爆燃氣體作用時 間之和不小於複合射孔產生的爆燃氣體的作用時間。
5.根據權利要求2所述的用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法，其特徵是一級 火藥引燃的時間與射孔彈火藥的引燃時間同步。
6.實施權利要求1所述方法的動態封壓裝置，其特徵是具有一個管狀本體(21)，該管 狀本體的端部通過接頭與複合射孔槍的端部連接，管狀本體上設有帶堵片的洩壓孔07)， 管狀本體內腔設有炸藥柱(M)、一級火藥0 和二級火藥06)，其中一級火藥0 包在 炸藥柱04)外面，一級火藥和炸藥柱之間設有隔爆管( )，二級火藥06)與炸藥柱04) 隔離，二級火藥06)與一級火藥0 之間設有帶篩孔的隔爆板(23)，導爆索09)插入炸 藥柱(24)內。
7.根據權利要求6所述的封壓裝置，其特徵是管狀本體的內腔分為上半段和下 半段，帶篩孔(23d)的隔爆板設在管狀本體內腔的上半段和下半段之間，炸藥柱 (24)和一級火藥0 裝在管狀本體內腔的下半段，二級火藥06)裝在管狀本體內腔的上 半段，帶堵片的洩壓孔(XT)設在管狀本體的下半段。
8.根據權利要求6所述的封壓裝置，其特徵是隔爆板的篩孔(23d)直徑為8 24毫米。
9.根據權利要求7或8所述的封壓裝置，其特徵是隔爆板包括用於導爆索穿越的 中心孔(23a)、位於中心孔(23a)外的實心隔離區域(23b)和位於實心隔離區域外的篩孔區 域03c)，其中實心隔離區域(23b)將炸藥柱04)和二級火藥06)隔離，篩孔區域(23c) 位於炸藥柱04)和一級火藥0 之間。
全文摘要
本發明涉及石油開發中的一種用於提高複合射孔壓裂效果的動態封壓方法及其裝置，能夠把複合射孔產生的高能氣體封堵在射孔段內，延長有效壓力作用時間，增強對地層壓裂的做功能力。本動態封壓方法是在複合射孔槍實施壓裂的同時，通過炸藥爆炸和火藥爆燃產生的氣體封堵複合射孔槍射孔段上、下端的井筒。動態封壓裝置包括一個與射孔槍端部連接的管狀本體，管狀本體上設有帶堵片的洩壓孔，管狀本體內腔設有炸藥柱、一級火藥和二級火藥，其中一級火藥包在炸藥柱外面，二級火藥與炸藥柱隔離，二級火藥與一級火藥之間設有帶篩孔的隔爆板。炸藥柱爆炸後引燃一級火藥，一級火藥再引燃二級火藥，所產生的高壓氣體充斥在動態封壓裝置附近的井筒環空。
文檔編號E21B43/116GK102052066SQ20091021890
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月11日 優先權日2009年11月11日
發明者張國桉, 成建龍 申請人:西安通源石油科技股份有限公司