专利名称：油井用高孔密射孔压裂控砂装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及油田使用的一种完井装置，具体地说是一种油井用高孔密射孔 压裂控砂装置。
二背景技术：
在松散岩层的完井过程中，必须考虑油井作业中可能出现的砂子问题。岩 层中的细砂迁移可以用防砂方法加以控制，而所有这些方法都是建立一个隔砂 区。岩层液体流入井筒前，必须通过隔砂区。隔砂区可用机械方法(如衬套、 滤网、砾石滤层)提供，也可以通过注入树脂以及塑料固结来实现。然而，前 者工艺繁琐，投资大，而且寿命很短，维持费用较高；后者又需要复杂的"射 孔——注入"具有完备高超的塑料固结工艺技术，而这些在我国都很落后。
上世纪九十年代，人们开始研究将射孔和防砂两项作业结合一起的复合射 孔防砂技术。该技术通过炸药爆炸驱动金属射流穿透油管、水泥层、并在周围 含油岩层中射出足够深的孔道，然后在利用炸药爆轰和火药燃烧产生的高压将 多孔材料推入这个孔道并留在那里，形成永久的流砂过滤塞。这样可以使射孔 和防砂两项作业一次完成，与传统的射孔和防砂作业相比，省去了复杂的防砂 作业工序，不仅可以节省大量的人力、物力和资金，而且作用持久，无需中途 更换，降低了维持费用。
然而由于缺乏实践经验，以往的设计还存在着一些明显的缺陷首先是单 位长度上的孔眼密度偏低， 一般都为IO孔沐，满足不了油田高产的需要(一般 要求〉13 L/米)。其次是一个层面上只能射一个孔，如果孔眼容量大，防砂材 料可能不够，造成防砂塞体积过小，封不住孔道口部，导致防砂作业失败；如果岩层致密硬度大，孔眼容积小，则可能造成防砂材料的浪费……等等，这些 不足和缺陷不仅影响了复合射孔一防砂技术作业效果，而且给该技术的大面积 推广带来了困难。
发明内容
本发明内容就是针对以上问题，提供一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，
使射孔密度提高30%以上，达到13 18 L/米甚至更高，这不仅增加了井筒到 油层的有效通道，提高了油气产量，而且使防砂材料的装填和推进更加科学合 理，提高了防砂作业的效果。
本发明的目的是这样实现的， 一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，它包 括含有2—4个射孔器组成的射孔单元和能完成防砂作业的后效作用部分，其结 构特征是将2~-4个射孔器固定在一起以组成一个射孔单元，将这个射孔单元置 于本装置的中部，上下两侧装有压裂装药，压裂装药外侧充添可使岩液通过， 又能挡住流砂的多孔防砂材料和将多孔防砂材料送入孔道的轴向驱动含能材 料，四周罩着盛装它们的助推仓。助推仓外表面为圆柱型，内表面为易于多孔 材料喷出的流线或折线型，整体为轴对称中空旋转体，与射孔器轴线垂直，在 其中部与射孔器相对的位置上留有固定射孔器的圆孔，在中部圆孔两侧助推仓 内对称放置压裂装药、多孔防砂材料、主驱动含能药块和高感度点火药块。助 推仓可为金属、塑料以及其它固体材料制成。
在助推仓的中部装填射孔单元。这个射孔单元由2—4个射孔器组成，每个 射孔器尾部向内，与导爆索相接；口部向外，相邻射孔器的轴线水平成120°或 180°角，射孔器轴线与射孔枪主轴线成90°角。
射孔器上下两侧充填压裂装药，压裂装药由火药、炸药、推进剂或它们的 混合物组成，为固体块状；它可以做成圆饼放在射孔单元两侧，也可以做成
环套在射孔器外表面。压裂装药外侧充填可让岩液通过并挡住流砂的多孔防砂 材料，这种多孔材料由不锈钢丝球和起支撑作用的高强度惰性颗粒组成，多孔 材料两侧装有轴向驱动含能材料。轴向驱动含能材料分两部分主驱动药块和 点火药块。多孔材料与主驱动块相接、主驱动药块外侧为点火药块，主驱动药 块为耐热推进剂，火药以及它们的混合物，为块状圆柱型固体，点火药块为多 孔或增面燃烧火药或它们的混合物组成，含能材料的作用是产生一个轴向推力， 加快多孔材料向中心运动，最后从助推仓中部圆孔中喷出。
由于采用了上述方案，本发明油井用高孔密射孔压裂控砂装置，可通过在 射孔器周围充添多孔材料来实现射孔器起爆后，冲击波在装药中高速传播， 压垮药型罩，形成金属射流在岩层中射孔；射孔器爆轰产物点燃了射孔器外侧 的压裂装药，压裂装药点火燃烧产生高能气体对油层孔道清堵压裂，为多孔防 砂材料的推进打开了通道。同时导爆索中的装药也以7000米/秒的速度向前传 播，点燃导爆索外侧的高感度点火药块，高感度点火药块点火后产生瞬间高温 高压，使主驱动含能药块在这个高温高压作用下点火。含能药块点火后，迅速 膨胀，产生巨大压力，将多孔材料从助推仓中推出，充添在射流打出的孔道内， 并留在那里，形成永久的多孔过滤塞，它只通过岩液，挡住了砂。 四
图1是石油勘探和采油时油井射孔作业示意图。
图2是普通石油射孔器结构示意图。
图3是本发明采用的含有三个聚能射孔器的高孔密射孔单元示意图。 图4是本发明油井用高孔密射孔压裂控砂装置(I)示意图。 图5是本发明采用的含有四个聚能射孔器的高孔密射孔单元示意图。 图6是本发明油并用高孔密射孔压裂控砂装置(II)示意图。
图7是本发明油井用高孔密射孔压裂控砂装置(III)示意图。 五具体实施例方式
图1是石油勘探和采油时油井射孔作业示意图。在石油采油时，要对油田 钻井后下套管1，再把套管1与地层5之间用水泥加固，然后把射孔器3装入射 孔枪2内，下插入套管1内适当深度。当深度校准之后，就可以进行射孔作业了。
图3为本发明采用的含有三个射孔器(3)的石油射孔单元3'，其特点是在 通常放置普通射孔器的位置上放上三个射孔器3，三者背向放置，呈120°角， 导爆索4从三个射孔器3的起爆孔中间通过，并与起爆孔相接。
图4为本发明实施例(I )，其结构特点是在射孔器3的周围，增加了后效作 用部分。后效作用部分由助推仓9，导爆索4，压裂装药6多孔材料即防砂材料 7，高感度点火药块10及轴向驱动含能材料即主驱动药块(8)组成。助推仓9 外表面为圆柱型，内表面为折线或流线型旋转曲面，整体为中空轴对称转体， 内腔中部开三个圆孔，用以固定射孔单元3'，三个圆孔平行，三个圆孔轴线间 的夹角为120。，圆孔直径大于射孔器3外径，射孔单元3'与助推仓垂直90。。 助推仓9的内部，中心部分装有射孔单元3'，射孔单元3'外侧装填压裂装药 6，压裂装药6为火药、炸药、推进剂及它们的混合物组成，为固体块状，它可 以做成块状圆饼放在射孔单元3'两侧，也可以做成药环套在射孔器外表面。压 裂装药6外侧充填多孔防砂材料7。防砂作用由多孔防砂材料7完成，多孔防砂 材料7由不锈钢丝球和起支撑作用的高强度惰性颗粒组成，外表为折线型或流 线旋转曲面。导爆索4在压裂装药6、轴向主驱动药块8，高感度点火药块IO 多孔材料7及射孔单元3'中间穿过，与助推仓9轴线同轴。点火药块10由高感度多孔 火药、增面燃烧火药或它们的混合物组成，为低密度块状环形固体，位于整个 装置的最外侧，套在导爆索4上。点火药块10的内侧表面与主驱动药块8相靠， 主驱动药块8由耐热推进剂、火药或它们的混合物组成，为高密度块状环形固 体，套在导爆索4上，主驱动药块8内侧与多孔材料7相邻。
图5为本发明采用的含有四个射孔器3的石油射孔单元3'，其特点是将两 个射孔器3背向放置组成一个组合射孔器，将这样两组射孔器组成一个射孔单 元3'。这样两组射孔器分上下两层，平行放置，共含四个射孔器3，其轴线之 间的夹角为90。。两轴都与助推仓9的主轴线成90。角。导爆索4从两组射孔 器的起爆孔外表面通过，并与四个射孔器3的起爆孔相接。
图6为本发明实施例(II )，其特点是将两个射孔器3组成一个组合射孔器， 将两组这样的组合射孔器组成一个射孔单元3'，将这个射孔单元3'放在射孔 控砂装置的中部，周围增加了后效作用(即控砂作业)部分，后效作用部分由 助推仓9，导爆索4、压裂装药6、多孔材料7、点火药块10及主驱动药块8组 成。助推仓9外表面为圆柱型，内表面为折线或流线型旋转曲面，整体为中空 轴对称旋转体，中部对称开4个圆孔，以固定射孔单元3'。两组射孔器3即射 孔单元3'平行放置，分上下两层紧靠在一起，轴线交叉成90。。射孔器3与 助推仓9的轴线垂直成90°角。射孔单元3'的外侧放置压裂装药6，压裂装药 6为火药、炸药、推进剂及它们的混合物组成，为固体块状，它可以做成块状圆 饼放在射孔单元3'两侧，也可以做成药环套在射孔器外表面。压裂装药6外侧 充填多孔防砂材料7，防砂多孔材料7由不锈钢丝球和起支撑作用的高强度惰性 颗粒组成，外表面同助推仓9的内表面，为折线或流线型旋转曲面。多孔防砂 材料7的外侧是主驱动药块8，主驱动药块8由耐热推进剂、火药或它们的混合
物组成，为高密度块状环形固体，主驱动药块8的外侧与点火药块10贴靠在一 起，点火药块10由高感度多孔火药、增面燃烧火药或它们的混合物组成，为低 密度块状环形固体，位于整个装置的最外侧，导爆索4在点火药块10、主驱动 药块8，多孔防砂材料7及射孔器3中间穿过，与助推仓9同轴。
图7为本发明实施例(III),其特点是射孔单元3'含有两个射孔器3，两 个射孔器3同轴背向放置，射孔单元3'与助推仓9轴线垂直，放在助推仓9的 中部，其它部分的材料与装配方式都与实施例(I ) (II)相同。
由于采用了以上方案，本发明油井用高孔密射孔压裂控砂装置可通过在射 孔器两侧充填防砂材料和助推含能材料来实现起爆器起爆后，导爆索4将爆 轰逐级传播。在引爆射孔单元3'，使其在套管l，及油层3中射孔同时装药爆 轰产物点燃其两侧的压裂装药6，压裂装药6点火后产生大量高能气体，对油层 孔道清堵压裂为防砂材料的推进打通道路。另一方面导爆索4在传爆过程中， 将缠在其上的高感度点火药块10点燃。高感度点火药块10点火后，在助推仓 中产生高温高压，进而点燃轴向驱动含能材料即主驱动药块8。侧向驱动含能材 料8点火反应后，迅速膨胀，产生巨大压力，推动多孔防砂材料7向轴心运动， 最后从助推仓9中部的圆孔喷出。防砂材料自射孔枪中喷出后，以几百米/秒的 速度进入射孔孔道，深入油层。由于孔道容积有限，前边的防砂材料进入孔道 后即刻撞在孔道顶端被阻。这样后边的依次被减速、停止运动。于是大量的防 砂材料相互碰撞，彼此穿插，就在孔道中形成了一个立体的防砂塞，这个防砂 塞可以让岩液流过，同时可以挡住流砂，这就是高孔密射孔压裂控砂装置的工 作原理。
权利要求
1、一种油井用高孔密防砂射孔压裂控砂装置，包括装有2-4个射孔器的组合射孔单元(3′)、压裂装药(6)、多孔防砂材料(7)、导爆索(4)、高感度点火药块(10)，主驱动含能药块(8)以及助推仓(9)，其特征是助推仓(9)外表面为圆柱型，内表面为折线或流线旋转曲面，整体为中空轴对称旋转体，内腔中部留有24个圆孔，用以装填组合射孔单元(3′)，助推仓(9)与射孔单元(3′)轴线垂直成90°角，助推仓(9)内装有射孔单元(3′)，压裂装药(6)、多孔防砂材料(7)，主驱动含能药块(8)，高感度点火药块(10)以及导爆索(4)，其排列顺序为射孔单元(3′)居中，两侧依次是压裂装药(6)、多孔防砂材料(7)，主驱动含能药块(8)和高感度点火药块(10)，导爆索(4)和助推仓(9)同轴，在点火药块(10)主驱动药块(8)、防砂多孔材料(7)、压裂装药(6)、和组合射孔单元(3′)中部穿过。
2、 根据权利要求l所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔采用具 有三个射孔器的组合射孔单元(3')，三个射孔器背向平行放置，轴线成120° 角，导爆索(4)从射孔单元(3')中间的起爆孔穿过。
3、 根据权利要求l所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔采用四 个射孔器组成的射孔单元(3')，每两个射孔器同轴背向水平放置，呈180°角 组成一个组合射孔器，将两组这样的组合器分上下两层平行放置组成一个射孔 单元(3')，两者轴线夹角为90。，导爆索(4)在两组射孔器中心起爆孔穿过。
4、 根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔采用具 有两个射孔器的射孔单元(3'),两个射孔器同轴背向水平放置，射孔单元(3') 与助推仓(9)轴线垂直，导爆索(4)在射孔单元(3')起爆孔外表面穿过。
5、 根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是射孔单元 (3')外侧装有压裂装药(6)，压裂装药(6)由火药、炸药、推进剂或它们的混合物组成，为固体块状；它可以做成圆饼放在射孔单元(3')两侧，也可 以做成药环套在射孔器外表面。
6、 根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是多孔防砂材 料(7)置于压裂装药(6)外侧，它由不锈钢丝球及起支撑作用的高强度惰性 颗粒组成，外表面为直线、折线型或流线型旋转曲面。
7、 根据权利要求1所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是在助推仓(9) 内多孔防砂材料(7)两侧装有主驱动含能药块(8)，主驱动含能药块(8)可 以是火药、炸药、推进剂以及它们的混合物，为块状环形固体，套在导爆索(4) 上。
8、 根据权利要求l所述的高孔密射孔压裂控砂装置，其特征是在主驱动含 能药块(8)的外侧，装有高感度点火药块(10),高感度点火药块(10)，可以 是多孔火药、增面燃烧火药以及它们的混合物，为块状环形固体，高感度点火 药块(10)套在导爆索(4)上。
全文摘要
一种油井用高孔密射孔压裂控砂装置，它包括含有2-4个射孔器的射孔单元和装有多孔防砂材料及助推火药的后效作用部分，其结构特点是射孔单元和后效作用部分全部装在圆柱型的助推仓内，助推仓内表面为折线或流线型旋转曲面，内腔中部留有2-4个圆孔，用以固定射孔单元。射孔单元外侧放置压裂装药，防砂多孔材料置于压裂装药两侧，多孔材料外放置助推火药。本装置的工作原理是在射孔器射孔的同时，利用射孔器装药爆轰产物点燃压裂装药将油层压开；利用助推火药燃烧产生的高能气体将多孔防砂材料推入射流打出的孔道中，并留在那里，在油层中形成永久的阻砂过滤塞。这个过滤塞可以让油气通过，但能挡住流砂。本发明可以使射孔、压裂、防砂多项作业一次完成，还能提高射孔防砂的作业效果，增加油气产量。
文档编号E21B43/117GK101169034SQ20061015065
公开日2008年4月30日 申请日期2006年10月23日 优先权日2006年10月23日
发明者史慧生 申请人:营口市石光石油机械有限责任公司