本发明属于油气开采射孔压裂技术领域，具体涉及一种油气井射孔压裂用超能装药及制备方法。
背景技术
射孔完井作为油气开采最常用的完井方式，也是完井的重要环节，射孔压裂的质量对油气采收效率有重要影响。为了得到更好的射孔压裂作用效果，在常规聚能射流穿孔的基础上，人们不断探索新的射孔工艺技术。上世纪七十年代，复合射孔压裂技术开始在美国油气开采过程中推广，取得了较好的增产增注效果。复合射孔压裂是把固体推进剂火药装药引入到射孔装置中，聚能射孔弹金属射流穿孔的同时，固体推进剂火药被点燃产生高温高压燃气沿射孔孔道对地层进行压裂造缝，产生多条微裂缝，改善近井带导流能力，达到增产目的。通过近五十年的发展，已经形成了“内置式”、“分体式”、“外置式”等不同火药装药结构的复合射孔压裂装置，在国内、外各大油田得到广泛应用。
虽然复合射孔压裂的装药结构多种多样，但其使用的火药，本质上都是固体推进剂。固体推进剂在射孔枪和井筒中燃烧产生气体，井筒内形成局部高压，随后，一部分气体通过射孔枪和套管上的孔眼，进入到地层中的射孔孔道中对地层压裂造缝；同时，另一部分不能进入孔道的气体，在井筒中与井液和井下管柱产生相互作用。射孔枪、套管上的孔眼和射孔孔道容积大小，决定着进入孔道对地层直接作用的燃气数量，直接影响复合射孔压裂作用效果。聚能射孔弹利用金属射流穿孔，无法兼顾穿孔孔径和深度，传统固体推进剂只能在燃烧后产生气体，不能提升射孔枪、套管上的孔眼尺寸和地层射孔孔道容积，这导致常规复合射孔压裂施工时，通过孔眼进入孔道的气体数量有限，大部分气体不能进入孔道，通过与压挡液和管柱相互作用消耗能量。射孔孔眼和孔道容积，限制进入地层产生有效作用的气体数量，这是导致复合射孔压裂技术施工作用效果有限的主要原因。同时，不能进入孔道的气体与压挡液和管柱相互作用，不但消耗能量，降低复合射孔压裂施工作用效率，也使胀枪、卡枪、套管损坏等事故的风险也大大提高。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种油气井射孔压裂用超能装药及制备方法，克服现有射孔技术气体利用率不高、射孔压裂效果不显著的缺陷。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种油气井射孔压裂用超能装药，以重量百分数计，由以下原料制成：粘结剂20％～50％，活性燃烧剂40％～70％，引发剂1％～5％，稀释剂0.5％～2.5％，工艺添加剂1％～3％，重量百分数之和为100％。
可选地，所述粘结剂为环氧树脂f44。
可选地，所述活性燃烧剂以重量份数计，由以下原料组成：铝粉1份、氧化铜2～4份、硝酸铵1～3份、苯甲酸铜0.01～0.5份。
可选地，所述引发剂为n，n-二乙基乙胺。
可选地，所述稀释剂为环氧丙烷丁基醚或邻甲苯基缩水甘油醚。
可选地，所述工艺添加剂为炭黑、镁粉、镍粉、钛粉中的一种或一种以上混合物。
本发明还提供了一种油气井射孔压裂用超能装药的制备方法，该方法采用液态物料预混、固-液混合、浇注、固化工序，即首先将粘结剂、引发剂、稀释剂充分混合得到预混物，然后将活性燃烧剂、工艺添加剂加入预混物中进行固-液混合得到均匀药浆，再将药浆浇注到模具中固化成型得到产品。
可选地，该方法具体包括以下步骤：
步骤一，按配方比例将粘结剂、引发剂、稀释剂加入混合锅内预混15分钟，得到预混物；
步骤二，向混合锅内加入活性燃烧剂、工艺添加剂，混合30-50分钟，得到均匀药浆；
步骤三，将药浆浇注到模具中；
步骤四，将模具放入具有紫外光光源的固化设备中，光谱波长350nm～450nm，固化150s～200s，退模或不退模得到产品。
可选地，所述的固化的方式为光固化。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(ⅰ)本发明在不影响射孔弹基本穿孔性能和高压气体压裂造缝的前提下，通过超能装药中的能量材料在爆轰波冲击作用下除了生成大量气体外，还能发生放热反应，形成高温固体热点粒子，通过高温热粒子对射孔孔眼和射孔孔道产生烧蚀作用，增大孔眼和孔道尺寸，有效增大射孔孔容，使更多的气体通过孔眼进入孔道，对地层有效压裂造缝，降低作业风险，提高射孔压裂作用效果。该技术在射孔装置中，去除了只能产生气体单一有限作用效果的固体推进剂火药，采用全新配方设计的高能装药，实现了对射孔孔眼、孔道和地层的有效协同作用，提高射孔压裂作用效果和施工安全性。
(ⅱ)本发明所提供的油气井射孔压裂用超能装药中粘结剂的加入，起到产生气体和释放热量的作用，可以对地层实施射孔压裂作用，同时促进和维持活性燃烧剂燃烧反应，生成高温固体粒子对射孔孔眼和孔道作用。
(ⅲ)本发明所提供的油气井射孔压裂用超能装药活性燃烧剂中金属氧化剂的加入，起到了通过反应释放大量热量，生成高温固体热粒子流；非金属氧化剂的加入，起到了通过反应生成大量气体的作用。高温固体粒子随冲击波对射孔孔眼和孔道产生烧蚀，增大孔眼直径和孔道容积，使更多的气体能进入孔道对地层作用，提高射孔压裂效果的作用。
(ⅳ)本发明所提供的油气井射孔压裂用超能装药活性燃烧剂中非金属氧化剂的加入，还起到了助燃剂的作用，提供粘结剂燃烧需要的氧，保证生成足够量气体保持对地层射孔压裂作用及对高温热粒子的搅拌和推进作用。
(ⅴ)本发明所提供的光固化工艺，缩短固化周期，提高了生产效率，提高了产品品质，降低了生产成本，绿色友好对环境无污染。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
需要说明的是，本发明使用的粘结剂为环氧树脂f44，环氧值0.41～0.47，黏度6～10pa.s(25℃)，聚合度0.1～0.28，相对分子量438～462。f44在本发明中还有产气作用，f44在射孔弹射流和爆轰波冲击作用下发生反应，生成大量气体，通过射孔孔眼和孔道进入地层，产生压裂作用；同时，还能释放大量热量，引发和维持活性燃烧剂燃烧反应。
本发明使用的活性燃烧剂为铝粉、氧化铜、硝酸铵、苯甲酸铜组成，在反应(1)所释放的热量引发作用下，活性燃烧剂所含的铝粉与氧化铜发生反应释放大量热量，生成高温固体颗粒；硝酸铵发生分解反应生成大量气体。苯甲酸铜为燃烧调节剂，控制燃烧反应速度，确保燃烧稳定。
2al+3cuo→3cu+al2o3+q(2)
4nh4no3→3n2+2n2o+8h2o(3)
上述反应(1)、反应(2)释放出大量的热量，使燃烧生成的固体颗粒温度大幅提高，可达3000℃以上。反应(1)、反应(3)生成大量气体对反应(2)生成的高温热粒子有搅拌作用，并将高温热粒子推进至射孔孔眼和孔道，对射孔孔眼和孔道产生烧蚀作用，增大射孔孔径和孔道容积，促使更多数量的气体能对地层产生压裂作用。
为了验证本实施例的油气井射孔压裂用超能装药的射孔压裂效果，将常规102射孔弹装配本实施例制得的超能装药进行地面试验，通过地面钢靶测试射孔性能，具体参照《油气井聚能射孔器材性能试验方法》(gb/t20488-2006)；通过峰值压力和有效作用时间测试射孔压裂性能，具体参照《油气井用复合射孔器通用技术条件及检测方法》(sy/t6824-2011)。
实施例1：
本实施例给出一种油气井射孔压裂用超能装药，以重量百分数计，由以下原料制成：粘结剂37％，活性燃烧剂58％，引发剂2％，稀释剂2％，工艺添加剂1％。其中，粘结剂为环氧树脂f44；活性燃烧剂以重量份数计，由以下原料组成：铝粉1份、氧化铜3.5份、硝酸铵2份、苯甲酸铜0.1份；引发剂为n，n-二乙基乙胺；稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚；工艺添加剂为炭黑、镁粉和钛粉且其重量比为1:1:1。
上述油气井射孔压裂用超能装药的制备方法包括以下步骤：
步骤一：使用立式混料机，按上述质量百分比加入粘结剂环氧树脂f44、引发剂n，n-二乙基乙胺、稀释剂邻甲苯基缩水甘油醚，预混15分钟，得到预混物；
步骤二：向预混物中加入上述活性燃烧剂和工艺添加剂，混合50分钟，得到均匀药浆；
步骤三：将均匀药浆浇注到准备好的模具中；
步骤四：将带有药浆的模具放入具有紫外光固化设备中，光谱波长350nm～450nm，固化200s，得到产品。本实施例的性能测试结果如表1所示。
实施例2：
本实施例给出一种油气井射孔压裂用超能装药，以重量百分数计，由以下原料制成：粘结剂34％，活性燃烧剂61％，引发剂1.8％，稀释剂2.5％，工艺添加剂0.7％。其中，粘结剂为环氧树脂f44；活性燃烧剂以重量份数计，由以下原料组成：铝粉1份、氧化铜4份、硝酸铵1.5份、苯甲酸铜0.2份；引发剂为n，n-二乙基乙胺；稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚；工艺添加剂为镁粉、镍粉和钛粉且其重量比为1:1:1。
上述油气井射孔压裂用超能装药的制备方法包括以下步骤：
步骤一：使用立式混料机，按上述质量百分比加入粘结剂环氧树脂f44、引发剂n，n-二乙基乙胺、稀释剂邻甲苯基缩水甘油醚，预混15分钟，得到预混物；
步骤二：向预混物中加入上述活性燃烧剂和工艺添加剂，混合50分钟，得到均匀药浆；
步骤三：将均匀药浆浇注到准备好的模具中；
步骤四：将带有药浆的模具放入具有紫外光固化设备中，光谱波长350nm～450nm，固化180s，退模得到产品。本实施例的性能测试过程与实施例1基本相同，本实施例的性能测试结果如表1所示。
实施例3：
本实施例给出一种油气井射孔压裂用超能装药，以重量百分数计，由以下原料制成：粘结剂31％，活性燃烧剂63％，引发剂2.5％，稀释剂2.5％，工艺添加剂1％。其中，粘结剂为环氧树脂f44；活性燃烧剂以重量份数计，由以下原料组成：铝粉1份、氧化铜4份、硝酸铵1.5份、苯甲酸铜0.2份；引发剂为n，n-二乙基乙胺；稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚；工艺添加剂为镁粉、炭黑、和钛粉且其重量比为1:1:1。
上述油气井射孔压裂用超能装药的制备方法包括以下步骤：
步骤一：使用立式混料机，按上述质量百分比加入粘结剂环氧树脂f44、引发剂n，n-二乙基乙胺、稀释剂邻甲苯基缩水甘油醚，预混15分钟，得到预混物；
步骤二：向预混物中加入上述活性燃烧剂和工艺添加剂，混合50分钟，得到均匀药浆；
步骤三：将均匀药浆浇注到准备好的模具中；
步骤四：将带有药浆的模具放入具有紫外光固化设备中，光谱波长350nm～450nm，固化180s，退模得到产品。本实施例的性能测试过程与实施例1基本相同，本实施例的性能测试结果如表1所示。
实施例4：
本实施例给出一种油气井射孔压裂用超能装药，以重量百分数计，由以下原料制成：粘结剂20％，活性燃烧剂70％，引发剂5％，稀释剂2％，工艺添加剂3％。其中，粘结剂为环氧树脂f44；活性燃烧剂以重量份数计，由以下原料组成：铝粉1份、氧化铜2份、硝酸铵1份、苯甲酸铜0.01份；引发剂为n，n-二乙基乙胺；稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚；工艺添加剂为炭黑、镁粉和钛粉且其重量比为1:1:1。
上述油气井射孔压裂用超能装药的制备方法包括以下步骤：
步骤一：使用立式混料机，按上述质量百分比加入粘结剂环氧树脂f44、引发剂n，n-二乙基乙胺、稀释剂邻甲苯基缩水甘油醚，预混15分钟，得到预混物；
步骤二：向预混物中加入上述活性燃烧剂和工艺添加剂，混合50分钟，得到均匀药浆；
步骤三：将均匀药浆浇注到准备好的模具中；
步骤四：将带有药浆的模具放入具有紫外光固化设备中，光谱波长350nm～450nm，固化200s，得到产品。本实施例的性能测试结果如表1所示。
实施例5：
本实施例给出一种油气井射孔压裂用超能装药，以重量百分数计，由以下原料制成：粘结剂50％，活性燃烧剂46％，引发剂1％，稀释剂0.5％，工艺添加剂2.5％。其中，粘结剂为环氧树脂f44；活性燃烧剂以重量份数计，由以下原料组成：铝粉1份、氧化铜4份、硝酸铵3份、苯甲酸铜0.5份；引发剂为n，n-二乙基乙胺；稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚；工艺添加剂为炭黑、镁粉和钛粉且其重量比为1:1:1。
上述油气井射孔压裂用超能装药的制备方法包括以下步骤：
步骤一：使用立式混料机，按上述质量百分比加入粘结剂环氧树脂f44、引发剂n，n-二乙基乙胺、稀释剂邻甲苯基缩水甘油醚，预混15分钟，得到预混物；
步骤二：向预混物中加入上述活性燃烧剂和工艺添加剂，混合50分钟，得到均匀药浆；
步骤三：将均匀药浆浇注到准备好的模具中；
步骤四：将带有药浆的模具放入具有紫外光固化设备中，光谱波长350nm～450nm，固化200s，得到产品。本实施例的性能测试结果如表1所示。
实施例6：
本实施例给出一种油气井射孔压裂用超能装药，以重量百分数计，由以下原料制成：粘结剂50％，活性燃烧剂40％，引发剂5％，稀释剂2％，工艺添加剂3％。其中，粘结剂为环氧树脂f44；活性燃烧剂以重量份数计，由以下原料组成：铝粉1份、氧化铜4份、硝酸铵3份、苯甲酸铜0.5份；引发剂为n，n-二乙基乙胺；稀释剂为邻甲苯基缩水甘油醚；工艺添加剂为炭黑、镁粉和钛粉且其重量比为1:1:1。
上述油气井射孔压裂用超能装药的制备方法包括以下步骤：
步骤一：使用立式混料机，按上述质量百分比加入粘结剂环氧树脂f44、引发剂n，n-二乙基乙胺、稀释剂邻甲苯基缩水甘油醚，预混15分钟，得到预混物；
步骤二：向预混物中加入上述活性燃烧剂和工艺添加剂，混合50分钟，得到均匀药浆；
步骤三：将均匀药浆浇注到准备好的模具中；
步骤四：将带有药浆的模具放入具有紫外光固化设备中，光谱波长350nm～450nm，固化200s，得到产品。本实施例的性能测试结果如表1所示。
对比例1：
本对比例给出一种油气井射孔压裂用装药，该材料与实施例1区别仅仅在于，活性燃烧剂中不加入硝酸铵，其组分含量全部由氧化铜替代，其余原材料的种类和用量要求与实施例1相同。本对比例的油气井射孔压裂用装药制备方法与实施例1相同。本对比例的性能测试过程与实施例1基本相同，本对比例性能测试结果如表1所示。
对比例2：
本对比例给出一种油气井射孔压裂用装药，该材料与实施例1区别仅仅在于，活性燃烧剂中不加入氧化铜，其组分含量全部由硝酸铵替代，其余原材料的种类和用量要求与实施例1相同。本对比例的油气井射孔压裂用装药制备方法与实施例1相同。本对比例的性能测试过程与实施例1基本相同，本对比例性能测试结果如表1所示。
对比例3：
本对比例给出一种油气井射孔压裂用装药，该材料与实施例1基本相同，区别仅仅在于，使用聚丁异烯替代环氧树脂作为粘结剂，其余原材料的种类和用量要求与实施例1相同。本对比例的油气井射孔压裂用装药制备方法与实施例1相同。本对比例的性能测试过程与实施例1基本相同，本对比例性能测试结果如表1所示。
表1装药性能测试表
由表1可知：
实施例1～6对比可知：常规102射孔弹装配实施例1～6的超能装药后，地面钢靶试验穿孔孔径、穿孔深度、峰值压力、有效作用时间指标均远高于标准要求，表明实施例1～6的超能装药具有良好的射孔压裂效果，其中实施例1综合性能最佳。
实施例1与对比例1对比可知：在其他条件相同的情况下，常规102射孔弹装配只加入只加氧化铜一种氧化物的装药，其峰值压力和有效作用时间均显著降低。表明只加入氧化铜获得的装药，不能提高射孔压裂性能。
实施例1与对比例2对比可知：在其他条件相同的情况下，常规102射孔弹装配只加入只加硝酸铵一种氧化物的装药，其穿孔孔径显著下降，峰值压力和有效作用时间均降低。表明只加入硝酸铵获得的装药，不能提高射孔压裂性能。
实施例1与对比例3对比可知：在其他条件相同的情况下，常规102射孔弹装配选用环氧树脂作为粘结剂的装药比选用聚丁异烯做为粘结剂的装药，其峰值压力和有效作用时间显著提升。这是由于与聚丁异烯对比，环氧树脂含有氧元素，在射孔枪内无氧条件下能发生燃烧生成气体，具有产气能力。表明，具有产气能力的粘结剂能提高装药的射孔压裂性能。