專利名稱：可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃?xì)獍l(fā)生裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型高能氣體壓裂用可控多脈沖燃 氣發(fā)生裝置，可用于油田開發(fā)，提高原油采收率。
背景技術(shù)：
高能氣體壓裂技術(shù)作為一種油田開發(fā)增產(chǎn)措施，具有施工簡單、成本低、見效快等 優(yōu)點。高能氣體通常用復(fù)合固體推進(jìn)劑或雙基藥燃燒后生成，由于復(fù)合固體推進(jìn)劑具有更 好的耐溫性和更高的能量，所以是實施該措施的首選。當(dāng)?shù)刭|(zhì)狀況適用該措施時，一定量的 復(fù)合固體推進(jìn)劑在油井或注水井的作業(yè)部位點燃后產(chǎn)生的高溫高壓氣體做功形成多條徑 向裂縫，由此達(dá)到增產(chǎn)目的。為了形成更長的裂縫，希望能使用更多的藥量來產(chǎn)生更高的能 量。但是，大量能量集中釋放時有可能對井的套管甚至水泥環(huán)帶來破壞；能量不足或爆燃過 程簡單時，可能無法造縫或造縫短、少，并且壓力復(fù)原后所形成的裂縫又容易閉合。所以，怎 樣使更高的能量以安全有效的方式在井下釋放，又不對井產(chǎn)生破壞，同時形成較長且不易 閉合的裂縫，是高能氣體壓裂亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對在油田作業(yè)施工中，高能氣體壓裂亟待解決 的使更高的能量以安全有效的方式在井下釋放，形成較長且不易閉合的裂縫，而不對井體 設(shè)施產(chǎn)生破壞的難題，通過采用高、中、低不同燃速的高鋁高氯推進(jìn)劑、不同燃速和爆熱的 點火推進(jìn)劑連接次序和放置位置的搭配，實現(xiàn)爆燃壓裂過程中峰值壓強控制在安全范圍 內(nèi)，本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是提供可控的多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置，該裝置由點火 器、中心管、A段推進(jìn)劑藥柱、B段推進(jìn)劑藥柱、封堵接頭和扶正器構(gòu)成，A段推進(jìn)劑藥柱從上 到下的裝藥順序為低燃速推進(jìn)劑藥柱、中燃速推進(jìn)劑藥柱、高燃速推進(jìn)劑藥柱，B段推進(jìn)劑 藥柱從上到下的裝藥順序為高燃速推進(jìn)劑藥柱、中燃速推進(jìn)劑藥柱、低燃速推進(jìn)劑藥柱，在 中心管的A段內(nèi)分別放置高燃速點火推進(jìn)劑和高爆熱點火推進(jìn)劑，通過A、B段設(shè)置不同順 序的高、中、低燃速推進(jìn)劑藥柱與中心管兩種點火推進(jìn)劑用量的控制搭配，來實現(xiàn)推進(jìn)劑藥 柱在同一時間段內(nèi)燃燒量的控制，即對峰值壓力的控制；所述封堵接頭用以阻止A段中心 管點火推進(jìn)劑燃燒后的高溫高壓氣流不會泄露到B段藥柱中心管內(nèi)，保證A段推進(jìn)劑藥柱 先燃燒，扶正器用以保證裝置下井過程中藥柱外殼不受套管壁摩擦的損傷。本發(fā)明的A段和B段推進(jìn)劑藥柱采用高鋁高氯復(fù)合固體推進(jìn)劑，其燃燒后產(chǎn)生約 25%左右的三氧化二鋁及3%左右的氯化氫，通過A段高氯高鋁推進(jìn)劑的分級內(nèi)型面燃燒 與B段分級端面燃燒的結(jié)合形成多級壓力脈沖，形成更加有效的造縫效果，達(dá)到更有效的 增產(chǎn)增注本發(fā)明裝置的外徑84mm，長度6m，高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱外殼為普通紙筒，中心管 為帶凹槽的鋁合金管，凹槽處中心管厚度最薄，點火推進(jìn)劑燃燒后的高溫高壓氣體首先從凹槽處外泄并點燃此位置的高氯高鋁推進(jìn)劑藥柱，從而控制各藥柱的燃燒次序。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有的有益效果是(1)通過在中心連接管內(nèi)不同位置放置不同點火推進(jìn)劑以及對點火推進(jìn)劑用量的 控制來實現(xiàn)高氯高鋁推進(jìn)劑藥柱在同一時間段內(nèi)燃燒量的控制；通過裝置A、B段設(shè)置不同 順序的高、中、低燃速推進(jìn)劑藥柱與中心管藥柱的搭配，控制實現(xiàn)施工過程中的多次脈沖； 使推進(jìn)劑產(chǎn)生的高的能量以安全有效的方式在井下釋放，不對井產(chǎn)生破壞。(2)采用高鋁高氯復(fù)合固體推進(jìn)劑產(chǎn)生高能壓裂氣體，推進(jìn)劑燃燒后產(chǎn)生三氧化 二鋁高強度固體顆粒，對新生裂縫頂端形成有效支撐。同時生成的氯化氫酸液對裂縫中的 碳酸鹽顆粒進(jìn)行溶蝕，使裂縫面形成“不整合”，推遲裂縫閉合時間，形成較長且不易閉合的 裂縫，有利于施工進(jìn)展。


圖1可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置結(jié)構(gòu)圖
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明裝置由點火器1、A段高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱、B段高鋁高氯推進(jìn) 劑藥柱、封堵接頭3、扶正器5組成。A、B段高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱各為Φ84X3000mm，封堵 接頭3用以保證A段中心管4點火推進(jìn)劑燃燒后的高溫高壓氣流不會泄露到B段藥柱中心 管4內(nèi)，保證A段高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱先燃燒，B段高燃速推進(jìn)劑藥柱后燃燒，以形成更多 次壓力脈沖即脈沖次數(shù)的可控。扶正器5用以保證整個裝置下井過程中藥柱外殼不受套管 壁摩擦的損傷Φ 86 X 50mm。本裝置外徑84mm，長度6m，外殼為普通紙筒2，中心管4帶凹槽，為Φ 25 X Φ 20鋁 合金管，點火器1及扶正器5為外購標(biāo)準(zhǔn)件。圖1中，A、B段高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱分為高燃速推進(jìn)劑藥柱、中燃速推進(jìn)劑藥柱、 低燃速推進(jìn)劑藥柱、各藥柱尺寸均為Φ84Χ 1000mm。A段高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱的裝藥順序 從上到下(以點火器1位置為上)的為低燃速推進(jìn)劑藥柱、中燃速推進(jìn)劑藥柱、高燃速推 進(jìn)劑藥柱；B段高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱的裝藥順序從上到下為高燃速推進(jìn)劑藥柱、中燃速推 進(jìn)劑藥柱、低燃速推進(jìn)劑藥柱，通過高、中、低不同燃速的高鋁高氯推進(jìn)劑與帶凹槽中心管4 的不同燃速和爆熱的點火推進(jìn)劑連接次序和放置位置的搭配，實現(xiàn)爆燃壓裂過程中峰值壓 強控制在安全范圍內(nèi)；通過A段高氯高鋁推進(jìn)劑的分級內(nèi)型面燃燒與B段分級端面燃燒的 結(jié)合形成多級壓力脈沖，形成更加有效的造縫效果，達(dá)到更有效的增產(chǎn)增注。本裝置的工作過程是在施工過程中用油管將本裝置傳輸?shù)绞┕ぴO(shè)計目的層射孔 段。點火時自油管投入撞針，首先引發(fā)點火器1，噴射出約0. 5米長的火焰，接著點燃中心連 接管內(nèi)的高燃速點火推進(jìn)劑(只在A段裝填，見圖1)，高燃速點火推進(jìn)劑迅速燃燒引燃高 爆熱點火推進(jìn)劑，在裝置A段先點燃高燃速推進(jìn)劑藥柱形成第一次壓力峰即首次脈沖 ’然 后依次向裝置兩端分級引燃A段中燃速推進(jìn)劑藥柱、B段高燃速推進(jìn)劑藥柱，形成第二次脈 沖；進(jìn)一步引燃A段低燃速推進(jìn)劑藥柱、B段中燃速推進(jìn)劑藥柱形成第三次脈沖；最后引燃 B段低燃速推進(jìn)劑藥柱形成第四次脈沖。由于裝置中應(yīng)用特殊的封堵接頭3(M20X 1.5的實 心鋁制連接件)阻止A段中心管4內(nèi)點火推進(jìn)劑燃燒后的高溫高壓燃?xì)庀駼段中心管4的傳遞，從而保證A段高燃速推進(jìn)劑藥柱首先燃燒，B段高燃速推進(jìn)劑藥柱后燃燒，以形成更 多次壓力脈沖即脈沖次數(shù)的可控。再由于中心管4凹槽處厚度最薄，點火推進(jìn)劑燃燒后的 高溫高壓氣體首先從凹槽處外泄并點燃此位置的高氯高鋁推進(jìn)劑藥柱，通過調(diào)整凹槽中心 管4A段上部、中部和底部點火推進(jìn)劑實現(xiàn)控制各藥柱的燃燒次序的可控。通過高燃速點火 推進(jìn)劑的用量控制(高燃速點火推進(jìn)劑/高爆熱點火推進(jìn)劑=3/1 - 5/1，即30-80g/米 藥柱)實現(xiàn)在同一時間段內(nèi)推進(jìn)劑藥柱燃燒量的控制，燃燒量越大壓力峰值越高，反之則 低。即通過點火推進(jìn)劑的用量搭配來實現(xiàn)峰值壓力(30-80MPa)的可控。
本發(fā)明的裝置燃燒后對近井帶地層首先形成可控多次壓力脈沖，在不損傷油套管 的壓力條件下在地層中形成多條不受地應(yīng)力約束的隨機裂縫。通過多次脈沖使新生裂縫漸 進(jìn)式延伸，達(dá)到高能氣體壓裂造縫的長度極限。同時，本裝置所用藥柱為高鋁高氯復(fù)合固體 推進(jìn)劑，燃燒后產(chǎn)生約25%左右的三氧化二鋁及3%左右的氯化氫。三氧化二鋁經(jīng)氣態(tài)遇 冷后形成高強度固體顆粒，由高溫高壓流體攜帶進(jìn)入新生裂縫并在頂端形成有效支撐。同 時生成的氯化氫氣體溶于水形成酸液對裂縫中的碳酸鹽顆粒進(jìn)行溶蝕，進(jìn)一步使裂縫面形 成“不整合”，推遲裂縫閉合時間。最大限度地延長了施工有效期。
權(quán)利要求
1 一種可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于該裝置由點火器(1)、中心管G)、A段 推進(jìn)劑藥柱、B段推進(jìn)劑藥柱、封堵接頭C3)和扶正器( 構(gòu)成，A段推進(jìn)劑藥柱從上到下 的裝藥順序為低燃速推進(jìn)劑藥柱、中燃速推進(jìn)劑藥柱、高燃速推進(jìn)劑藥柱，B段推進(jìn)劑藥柱 從上到下的裝藥順序為高燃速推進(jìn)劑藥柱、中燃速推進(jìn)劑藥柱、低燃速推進(jìn)劑藥柱，在中心 管⑷的A段內(nèi)分別放置高燃速點火推進(jìn)劑和高爆熱點火推進(jìn)劑，通過A、B段設(shè)置不同順 序的高、中、低燃速推進(jìn)劑藥柱與中心管(4)兩種點火推進(jìn)劑用量的控制搭配，來實現(xiàn)推進(jìn) 劑藥柱在同一時間段內(nèi)燃燒量的控制，即對峰值壓力的控制；所述封堵接頭C3)用以阻止A 段中心管點火推進(jìn)劑燃燒后的高溫高壓氣流不會泄露到B段藥柱中心管內(nèi)，保證 A段推進(jìn)劑藥柱先燃燒，扶正器( 保證裝置在施工中藥柱外殼不受套管壁摩擦的損傷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于所述A段和B段推 進(jìn)劑藥柱采用高鋁高氯復(fù)合固體推進(jìn)劑，其燃燒后產(chǎn)生約25%左右的三氧化二鋁及3%左 右的氯化氫，形成有效的造縫效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于高燃速推進(jìn)劑藥柱、 中燃速推進(jìn)劑藥柱、低燃速推進(jìn)劑藥柱的尺寸均為Φ84Χ 1000mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于裝置外徑84mm， 長度6m，高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱外殼為普通紙筒，中心管(4)為帶凹槽的鋁合金管，凹槽處中 心管厚度最薄，點火推進(jìn)劑燃燒后的高溫高壓氣體首先從凹槽處外泄并點燃此位置的高氯 高鋁推進(jìn)劑藥柱，從而控制各藥柱的燃燒次序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置，其特征在于中心管內(nèi)高燃 速點火推進(jìn)劑與高爆熱點火推進(jìn)劑用量的控制搭配為3 1-5 1。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可控多脈沖燃?xì)獍l(fā)生裝置，用于提高原油采收率。該裝置由點火器、中心管、A段推進(jìn)劑藥柱、B段推進(jìn)劑藥柱、封堵接頭和扶正器構(gòu)成，在中心管的A段內(nèi)分別放置高燃速點火推進(jìn)劑和高爆熱點火推進(jìn)劑，通過在A、B段設(shè)置不同順序的高、中、低燃速推進(jìn)劑藥柱與中心管藥柱的搭配，控制實現(xiàn)施工過程中的多次脈沖；所述封堵接頭用以阻止A段中心管點火推進(jìn)劑燃燒后的高溫高壓氣流不會泄露到B段藥柱中心管內(nèi)，保證A段高鋁高氯推進(jìn)劑藥柱先燃燒，扶正器保證裝置施工藥柱外殼不受套管壁摩擦的損傷。本發(fā)明實現(xiàn)推進(jìn)劑產(chǎn)生的高能量安全有效在井下釋放，不對井產(chǎn)生破壞。同時形成較長且不易閉合的裂縫，有利于施工進(jìn)展。
文檔編號E21B43/27GK102080528SQ20101061421
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者張海珠, 李偉翰, 李林遠(yuǎn), 杜建宏 申請人:西安航天化學(xué)動力廠