专利名称：油井用串联式复合射孔-控砂装置的制作方法
油井用串联式复合射孔-控砂装置技术领域：
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串联式复合射 孔--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主要是防砂材 料为分散的颗粒状材料，靠充满孔道来完成防砂作业。如果孔眼容量大，防砂材料可能 不够，封不住孔道口部，导致防砂作业失败；其次是这种孔道充填式防砂技术受地层参 数影响较大，成功率较低……等等，这些不足和缺陷不仅影响了复合射孔-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。三、发明内容
本发明内容就是针对以上问题，提供一种油井用串联式复合射孔一控砂装置， 使射孔后整体防砂塞直接封在了射孔孔道口部，这不仅节省了大量防砂材料，降低了作 业成本，而且使防砂材料的装填和推进更加科学合理，提高了防砂作业的成功率。
本发明的目的是这样实现的，一种油井用串联式复合射孔一控砂装置，它包 括射孔器，导爆索，整体防砂塞，助推药饼和复合弹仓五部分，其结构特征是复合弹仓 放在最外部，做为装填其它四个部件的容器。复合弹仓的内部从里向外依次放置助推药 饼、整体防砂塞、导爆索，最前面放置射孔器。除导爆索外，射孔器、整体防砂塞、助 推药饼和复合弹仓都是轴对称旋转体，且四者同轴。
由于采用了上述方案，本发明油井用串联式复合射孔一控砂装置，可通过在射 孔器后面装添整体整体防砂塞和助推火药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；射孔器爆轰产物以极高的速度和能量 向外扩散，点燃了射孔器后面的助推药饼。助推药饼点火燃烧，导致弹仓内部的压力急剧增高，于是将整体防砂塞以很高的速度从复合弹仓中推出，进入射孔器在油井套管中 打出的孔道。由于整体防砂塞的直径大于套管上的射孔孔径，高速运动的整体防砂塞进 入套管孔道口后突然受阻，速度瞬间降为零。这样由于惯性的作用，整体防砂塞牢牢的 镶在了套管上的孔道口，形成了一个结实的立体防砂塞。这样地层中的岩液流过它时， 这个防砂塞就可以让原油通过，而挡住流砂，进而起到防砂控砂的作用。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是本发明油井用串联式复合射孔一控砂装置⑴结构图。
图4是本发明油井用串联式复合射孔一控砂装置(II)结构图。
图5是本发明油井用串联式复合射孔一控砂装置(II)结构图。
图6是本发明油井用串联式复合射孔一控砂装置(III)作业示意图
图7是本发明油井用串联式复合射孔一控砂装置作业后井筒与油层孔道状态示 意图。五具体实施方式
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，要对油层5钻 井后下套管3，再把套管3与油层5之间用水泥加固，形成水泥环4。然后把射孔器1装 入射孔枪2内，下插入套管3内适当深度。当深度校准之后，就可以进行射孔作业了。
图3为本发明的实施例(I)，本发明油井用串联式复合射孔-控砂装置共有五部 分组成，即射孔器101、导爆索102、整体防砂塞103、助推药饼104和复合弹仓105。具 体结构是弹仓105在最外侧，是整个装置的外壳。在弹仓105的内侧，由内向外依次 为助推药饼104、整体防砂塞103、导爆索102和射孔器101。导爆索102在弹仓105前 部穿过，两者轴线垂直，在弹仓105的轴线上相交。助推药饼104、整体防砂塞103射 孔器101和弹仓105均为轴对称旋转体，且四者同轴。弹仓105装在本装置的最外侧， 是金属、塑料或其它有一定强度的固体材料加工而成，外侧为轴对称圆柱体，内侧为中 空轴对称旋转体，一端开放，一端封闭，封闭层厚度4-8mm。圆柱直径为6 9cm，圆 柱高度为8 12cm。复合弹仓105内表面为折线或流线型旋转曲面，开口部直径为5 7cm，中间部分为圆柱形，直径较小为2.0-4.0cm。最里边(与整体防砂塞103相接触部 分)直径逐步扩大(呈内喇叭型)，增加到2.5-5.0cm。在复合弹仓105前半部分(靠近 射孔器101的尾部)横向打一个Φ5.5-7.0ιηιη的通孔。通孔的轴线与弹仓105的轴线相 交，同时两轴线垂直。在弹仓105的内部，助推药饼104放在最里边，紧贴封闭端。助 推药饼104为圆柱型，直径为2.5 5.0cm，高度为1.0 3.0cm，它由发射药、推进剂或 其它具有推进作用的化学材料组成，重量不大于50克。助推药饼104的外侧装有整体 防砂塞103。整体防砂塞103为圆锥型或类似圆锥型对称旋转体，圆锥底部直径大于复 合弹仓105内部中央圆柱部分的直径，为2.5 5.0cm，属过盈配合圆锥高度为2.0 5.0cm,它由不锈钢丝加工而成，密度1.5 4.0克/厘米3，总重量30 60克。导爆索 102为普通油井用导爆索，直径5-7mm，装药密度18-25克/米；它在整体防砂塞103的5外侧，复合弹仓105前部中心孔穿过，两者轴线相交而且垂直。射孔器101置于弹仓105 的口部，射孔器101为普通油井用大孔径射孔器，弹口部直径5-7cm，装药量为25-40克 /发弹。射孔器101的尾部在复合弹仓105的轴线部分与导爆索102相接。
图4为本发明的实施例(II)，这是一种油井用串联式复合射孔-控砂装置。同 实施例⑴相比，本发明只是在复合弹仓105的侧壁上左右对称开了两个点火孔，点火孔 一端连接助推药饼104，另一端连接导爆索102，点火孔直径4-10毫米。点火孔内充满 点火药109，点火药109可以是火药、炸药或者推进剂。其它部件及结构同本发明的实施 例⑴。
图5为本发明的实施例(III)，这是一种油井用无枪身串联式复合射孔-控砂 装置。同实施例⑴相比，本发明只是复合弹仓105有所变化，同时增加了弹仓前盖 106。具体结构是在复合弹仓105中部两侧横向对称加工一大一小两个突出的圆台，两 圆台同轴，高度1.0-2.0cm;大圆台上加工出一个圆柱形圆孔，圆孔内侧加工出内螺纹。 小圆台外侧加工外螺纹，小圆台的外螺纹和大圆台圆孔的内螺纹相配。大小圆台内加工 Φ 5.5-6.5·的通孔，通孔横向穿过弹仓105，在复合弹仓105内腔中通孔轴线与复合弹 仓105轴线相交，且两者垂直，导爆索102自通孔中穿过。大圆台圆孔底部放一密封垫 108，密封垫为橡胶、塑料及其它密封材料制成。在弹仓105的前部加工一道凹槽，内装 密封圈107。在密封槽的前方，加工外螺纹，外螺纹宽度为5 10mm。在弹仓105的 前方装有弹仓前盖106。弹仓前盖106为金属或其它有一定强度的非金属材料制成。弹 仓前盖106外表面前部为球缺，侧面为圆柱形，弹仓前盖106内外表面形状相似。内侧 面加工有内螺纹，弹仓前盖106的内螺纹与弹仓105前方开口处的外螺纹相配。
图6为本发明油井用串联式复合射孔-控砂装置(III)施工作业示意图。这是一 个无枪身射孔作业。作业时无需射孔枪102，只是把本发明串联式复合射孔-控砂装置 (II)多个联在一起，将上一发装置的小圆台，装入下一发装置的大圆台中，固定拧牢， 以下依次操作……注意每发装置轴线旋转一定角度(一般为90° )，直到全部油层布满， 最后将整套装置下到套管3内的合适位置，即可起爆点火完成作业。
由于采用了以上方案，本发明油井用串联式复合射孔一控砂装置可通过在射孔 器后充填整体防砂塞和助推药饼来实现起爆器起爆后，导爆索2将爆轰逐级传播。在 引爆射孔器101，使其在套管3及油层5中射孔的同时，射孔器101装药爆轰产物以极高 的速度和能量向外扩散，点燃后面的助推药饼104。助推药饼104点火后产生大量高能气 体，使得复合弹仓105内的压力急剧升高，驱动整体防砂塞103以很高的速度从复合弹仓 105及射孔枪2中射出，进入射孔器在油井套管中打出的孔道。由于整体防砂塞103的直 径大于套管3上的射孔孔径，高速运动的整体防砂塞103进入套管孔道口后突然受阻，速 度瞬间降为零。这样由于惯性的作用，整体防砂塞103牢牢的镶在了套管上的孔道口， 形成了一个结实的立体防砂塞。这样地层中的岩液流过它时，这个防砂塞就可以让原油 通过，而挡住流砂，进而起到防砂控砂的作用，这就是油井用串联式复合射孔一控砂装 置的工作原理。
权利要求
1.一种油井用串联式复合射孔-控砂装置⑴，包括射孔器(101)、导爆索(102)、 整体防砂塞(103)、助推药饼(104)和复合弹仓(105)五部分，其结构特点是复合弹仓 (105)是盛装本装置的壳体，其内腔由内向外依次排列助推药饼(104)、整体防砂塞 (103)、导爆索(102)、射孔器(101)。
2.根据权利要求1所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(I)，复合弹仓(105)为轴 对称中空旋转体，外表面为圆柱型。内表面为折线或流线型旋转曲面；复合弹仓(105) 一端开口，开口直径5 7cm，开口部呈折线，并逐步向内收缩，中间部分为圆柱形，直 径较小为2.0-4.0cm。最里边(与整体防砂塞(103)相接触部分)直径逐步扩大(呈内喇 叭型)，增加到2.5-5.0cm，底部不通，不通部分厚4 8mm。复合弹仓(105)总长度为 8 12cm ；在复合弹仓(105)侧向贴近射孔器(101)的尾部，开一横向通孔，通孔直径 5.5 7。Omm,通孔轴线与复合弹仓(105)轴线相交，且两者垂直；复合弹仓(105)为 金属或其它有一定强度的非金属固体材料制成。
3.根据权利要求1所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(I)，助推药饼(104)放 在复合弹仓(105)内腔的最里边，其外表面与整体防砂塞(103)相邻，助推药饼(104)由 固体火药或推进剂制成，为柱状轴对称旋转体，直径2.5 5.0cm，高度1.0 3.0cm，重 量不大于50克。
4.根据权利要求1所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(I)，整体防砂塞(103) 位于助推药饼(104)的外侧，整体防砂塞(103)由不锈钢丝加工而成，为锥形或类似锥 形轴对称旋转体，圆锥底部直径大于复合弹仓(105)内部中央圆柱部分的直径，为2.5 5.0cm，属过盈配合其高度3 5cm，密度1.5 4.0克/厘米3，总重量30 60克。
5.根据权利要求1所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(I)，导爆索(102)位于 整体防砂塞(103)的外侧，导爆索(102)为普通油井用导爆索，直径5 7mm，装药密 度18 25克/米。
6.根据权利要求1所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(I)，射孔器(101)位于复 合弹仓(105)的口部，射孔器(101)为普通油井用大孔径射孔器，弹口部直径5 7cm， 装药量为25 40克/发弹。
7.—种油井用串联式复合射孔-控砂装置(II)，包括射孔器(101)、导爆索(102)、整 体防砂塞(103)、助推药饼(104)、点火药(109)和复合弹仓(105)六部分，其结构特点 是复合弹仓(105)的侧壁上左右对称开了两个点火孔，点火孔一端连接助推药饼(104)， 另一端连接导爆索(102)，点火孔直径4-10毫米。点火孔内充满点火药(109)，点火药 (109)可以是火药、炸药或者推进剂。
8.根据权利要求7所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(II)，射孔器(101)、导 爆索(102)、整体防砂塞(103)、助推药饼(104)的结构特征和技术参数同实施例⑴中 相对应的相同部件相同，相应的权利要求同权利要求2，3，4，5，6各条款。
9.一种油井用串联式复合射孔-控砂装置(III)，包括射孔器(101)、导爆索(102)、 整体防砂塞(103)、助推药饼(104)、复合弹仓(105)和弹仓前盖(106)六部分，其结构 特点是在复合弹仓(105)的口部装一弹仓前盖(106)，复合弹仓(105)的内部由内向外依 次排列助推药饼(104)、整体防砂塞(103)、导爆索(102)和射孔器(101)；复合弹仓 (105)和弹仓前盖(106)间衔接部分装有密封圈(107)。
10.根据权利要求7所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(III)，复合弹仓(105) 前口部外侧加工一外螺纹，与弹仓前盖(106)相配，另外加工一道密封槽，密封槽内装 填密封圈(107)；在复合弹仓(105)中部两侧横向对称加工一大一小两个突出的圆台，两 圆台同轴，高度1.0-2.0cm;大圆台上加工出一个圆柱形圆孔，孔内侧加工内螺纹。小 圆台外侧加工外螺纹，小圆台外螺纹和大圆台内螺纹相配，大小圆台中心加工一个直径 5.5 6.5mm的通孔，通孔横向穿过复合弹仓(105)，在复合弹仓(105)内腔中通孔轴线 与复合弹仓(105)轴线相交，且两者垂直；大圆台柱形圆孔底部放置一个密封垫(108)。
11.根据权利要求7所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(III)，复合弹仓(105) 的口部装有弹仓前盖(106)，弹仓前盖(106)外表面前部为一球缺，侧面为圆柱形，内外 表面形状相似，口部内侧加工有内螺纹，弹仓前盖(106)的内螺纹与复合弹仓(105) 口部 的外螺纹相配，弹仓前盖(106)为金属或其它有一定强度的非金属固体材料料制成。
12.根据权利要求9所述的油井用串联式复合射孔-控砂装置(III)，射孔器(101)、 导爆索(102)、整体防砂塞(103)、助推药饼(104)的结构特征和技术参数同实施例⑴中 相对应的相同部件相同，相应的权利要求同权利要求3，4，5，6各条款。
全文摘要
一种油井用串联式复合射孔-控砂装置，它包括射孔器，导爆索，整体防砂塞，助推药饼及复合弹仓等五部分，其结构特点是复合弹仓是整个装置的外壳，其外形为轴对称圆柱体，内腔一端开口，一端封闭，在封闭端从内到外依次排列助推药饼，整体防砂塞，导爆索和射孔器。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助推药饼；利用助推药饼燃烧产生的高能气体将整体防砂塞推入射流打出的孔道中，并留在套管上的孔道口部，在油层孔道口部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、防砂两项作业一次完成，极大地简化了施工工艺，降低了作业成本，还能提高射孔防砂的作业效果，增加油气产量。
文档编号E21B43/02GK102022100SQ200910169940
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者史慧生, 张万忠 申请人:营口市石光石油机械有限责任公司