专利名称：射孔压裂方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种在一次施工中实现油气井射孔和压裂连续作业的方法和装置。
背景技术：
世界上有相当一部分石油天然气储量存在于低渗透率的岩石中。用常规采收技术往往不能达到经济的油气流。因此，人们用很多办法来提高低渗油气田的单井产量。其中最经典最常用的办法是水力酸化压裂。它是在射孔后，用大型专用设备将酸化压裂液并压裂砂压入地层，岩石在高压液体作用下产生裂纹。水力压裂的缺点在于1、大型专用设备成本较高；2、作业繁琐，工期较长；3、既使分段作业，也不能保证均匀压裂，一部分孔道压开后，另一部分则很难再压开；4、由于受管线、接头、阀门强度的限制，水压有一安全极限，对于高强度的地层，水力压裂较困难；5、对于不适于大型车辆进入的沙漠、高山、沼泽等地区的油气井，水力压裂不能施工。
为了弥补水力压裂的缺点，近二十年来发展了高能气体压裂和增效射孔。高能气体压裂是在射孔后向井筒内送入压裂弹，点燃压裂弹则有高压气体充满井筒，当然对孔道有一定的冲刷作用。后来，把压裂弹装在枪串上，射孔完成后，压裂弹的高压气体通过射孔枪的孔眼冲向孔道，实现对孔道的冲刷和压裂。再后来，取消了压裂弹，把推进剂固定在射孔弹周围，称为一体弹或增效射孔，射孔弹爆炸后，引燃推进剂，推进剂转化为高压气体，实现对孔道的冲刷和压裂。
实际上，高能气体压裂和增效射孔至今没有广泛推广。这是因为1、所产生的高压气体首先作用在枪管或套管内，然后才进入孔道。受枪管和套管强度的限制，高压气体的峰值压力不能过高，否则伤害套管，甚至造成事故，可是压力过低又不足以对孔道产生压裂作用，这说明原理上存在不可克服的矛盾。2、推进剂的燃烧是在接近封闭的状态下进行的，燃烧的速度受压力和温度的影响，同时压力和温度又受燃烧速度的影响，这样，峰值压力就很难预测和控制，这是多年来炸井事故出现的主要原因。
发明内容
为了克服高能气体压裂和增效射孔的缺点，本发明找到一种将强还原剂送至套管外并在地层中产生多次爆炸的方法，并为此设计了一套可行的装置。它所依据的原理是1射孔弹的射流持续时间为100-150ms，而孔道形成的时间是30-50μs，这说明并不是全部射流都有浸彻作用，可以利用没有浸彻作用的部分射流把所需要的强还原剂送入孔道。2、由于送入孔道的是强还原剂，送入的过程是安全的，这是因为射孔弹射流是还原气氛，再强的还原剂也不会发生化学反应。3、强还原剂在孔道中会与水接触发生化学反应，如碱金属、碱土金属等会放出氢气，电石会放出乙炔Na+H2O→1/2H2+NaOHCaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH)2
4、向孔道中压入空气或氧气，氢气或乙炔就会发生爆炸H2+1/2O2→H2OC2H2+5/2O2→2CO2+H2O本发明中，上述原理是这样实现的射孔弹前方放置舱体，舱体内壁贴有挠性炸药，经过封装的强还原剂充满剩余空间，中轴线留出射流通道。射孔弹引爆后形成射流，同时引爆挠性炸药，挠性炸药爆炸的气体把强还原剂推向中轴。射孔的过程较快，当强还原剂到达中轴时，射孔已经完成，强还原剂随着没有浸彻作用的射流冲向孔道，从孔道深处向外推积。实现上，把强还原剂做成颗粒状，强还原剂与水的化学反应逐层进行，于是氢气或乙炔逐渐释放。孔道中压入空气后，氢气或乙炔的浓度达到爆炸极限就会发生爆炸，所以爆炸一定是多次发生，这种多次发生的爆炸对岩石压裂是有利的，它会使压开的裂缝不断延伸，其结果是扩大了油气的渗流面积，提高了单井的油气产量。
本发明的特点是显见的，第一，是在一次施工时连续完成射孔和压裂两项作业，所需的设备与常规射孔相近，施工成本和设备材料成本较低。第二，在套管外发生的多次爆炸对岩石的压裂造缝极为有利。第三，爆炸的冲击作用在套管外部，爆炸的气浪可以通过孔眼到达枪内，在枪内得到缓冲，套管的安全有保障。
图1是常规射孔装置及引爆前的状态示意图；图2是常规射孔效果示意图；
图3是本发明装置的结构示意图；图4是本发明实施过程图；图5是本发明实施结果图。
图中，1传输油管、2套管(略去固井水泥层)、3射孔枪(略去井液)、4射孔弹(略去弹架、导爆索)、5射流在地层中射出的孔道、6地层、7射孔弹弹壳、8射孔弹装药、9射孔弹药型罩、10弹性圈、11定位环、12舱体、13挠性炸药、14被封装的强还原剂、15送入孔道的还原剂、16孔道和压出的裂纹。
具体实施例方式
按图3所示的结构，把射孔弹(由射孔弹弹壳7、射孔弹装药8、射孔弹药型罩9组成)、弹性圈10、定位环11、舱体12、挠性炸药13和强还原剂14组装起来形成1个单元，把这样的单元按所需相位排列起来，连上导爆索，装入射孔枪3内。由这样的射孔枪组成枪串，枪串最上部接压力起爆器，下入油井套管2中。接有压力起爆器的枪串用油管传输至预定位置。开动压风机，当达到压力起爆器的预定压力时，起爆器起爆，爆轰波由导爆索传至射孔弹，射孔弹起爆后，引爆挠性炸药，推动强还原剂向中轴运动，强还原剂由射流送入孔道。此时连续向枪管内压入空气，直至发生多次爆炸后，消耗所有的强还原剂为止。
权利要求
1.一种射孔压裂方法，其特征在于，利用射孔弹的射流把强还原剂送入射孔孔道，强还原剂包括碱金属、碱土金属及其它遇水产生氢气的物质，也包括遇水产生乙炔的电石，在产生氢气或乙炔气的同时，向孔道内压入空气或氧气，使其在孔道内发生爆炸。
2.根据权利要求1所述的射孔压裂方法的装置，其特征在于，射孔弹前方放置舱体，舱体内壁贴有挠性炸药，经过封装的强还原剂充满剩余空间，中轴线留出射流通道。
全文摘要
一种油气井射孔和压裂连续作业的方法和装置。利用射孔弹爆炸产生的射流实现射孔，同时携带强还原剂进入孔道，强还原剂在孔道中与水发生化学反应产生氢气或乙炔气等易燃易爆气体，此时压入空气或氧气，孔道中就会发生多次爆炸，使岩石产生裂纹并得以延伸，从而扩大油气渗流面积，提高油气的单井产量。本发明为低渗油气田提高产量提供一种经济实用的途径。
文档编号E21B43/11GK1978864SQ20051012568
公开日2007年6月13日 申请日期2005年12月5日 优先权日2005年12月5日
发明者袁新 申请人:西安通源石油科技有限公司