專利名稱：無殼壓裂彈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油田油水井增產(chǎn)增注方法，具體的說涉及一種無殼壓裂彈。
背景技術(shù)：
高能氣體壓裂是利用能量火藥在油井井筒內(nèi)燃燒，生成的高溫高壓氣體作用于目的油層，形成多條不受地應(yīng)力影響的徑向裂縫，有效改善油層近井地帶滲流環(huán)境，達(dá)到油氣井增產(chǎn)、注水井增注的目的。高能氣體壓裂可用于油井油層改造，提高油層滲透率，增加油井產(chǎn)量；它也可用來提高油層吸水能力，改善吸水剖面，擴(kuò)大水驅(qū)波及體積、影響范圍和波及效率，改善注水井注水驅(qū)油效果，提高油田采收率。壓裂彈是高能氣體壓裂的能量源，有無殼彈、有殼彈和液體藥3種裝藥方式，目前較成熟和常用的是無殼壓裂彈技術(shù)。高能氣體壓裂技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)是壓力上升速度、壓力作用時間和峰值壓力，與能量火藥的燃燒速度密切相關(guān)，因此壓裂彈燃燒的控制是該技術(shù) 的關(guān)鍵，目的在保證油井套管安全的前提下，針對不同油井、油層特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)針對化、精細(xì)化施工，以取得較好的壓裂增產(chǎn)增注效果。目前使用的無殼彈高能氣體壓裂技術(shù)是將火藥成型為一定長度和直徑、帶有中孔的圓柱狀，中孔內(nèi)裝配起支撐、連接、密封作用的中心管，形成內(nèi)腔密封、點(diǎn)火、傳火結(jié)構(gòu)的無殼彈；每節(jié)壓裂彈為一單元，通過連接裝置可將多個壓裂彈單元相互連接，滿足不同裝藥量的需求；無殼壓裂彈上部配以點(diǎn)火裝置，下部配以尾堵成為壓裂彈總成。現(xiàn)有控制無殼壓裂彈燃燒方法主要是從能量藥配方和壓裂彈外形方面入手如使用緩燃藥和速燃藥兩種壓裂彈交替組合實(shí)現(xiàn)脈沖燃燒控制，控制手段比較單一，無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計；再如改變藥的灌鑄形狀，制成單孔管狀及圓孔多孔或網(wǎng)格孔多孔狀，目的是改變?nèi)紵娣e，控制燃燒能量釋放，缺點(diǎn)是受到井下溫度壓力條件的作用，常常會擠壓變形而無法達(dá)到目的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種無殼壓裂彈，以解決現(xiàn)有無殼壓裂彈無法滿足與油井油層特性匹配的壓力加載問題。本實(shí)用新型技術(shù)方案如下一種無殼壓裂彈，包括點(diǎn)火藥中心管、火藥柱，所述火藥柱為中空圓筒狀，所述中心管設(shè)置于所述火藥柱內(nèi)部的空腔內(nèi)，所述中心管的外周壁與所述火藥柱的內(nèi)周壁貼合；所述中心管呈中空筒狀，所述中心管內(nèi)裝有所述點(diǎn)火藥；它還包括泄壓部，所述泄壓部對稱置于所述火藥柱的兩端，所述泄壓部的外側(cè)與所述火藥柱的內(nèi)周壁貼合，所述泄壓部的內(nèi)側(cè)與所述中心管的外周壁貼合；所述中心管側(cè)壁設(shè)有設(shè)有至少I組點(diǎn)火孔，每組點(diǎn)火孔位于垂直于所述中心管軸向的同一平面上，每組點(diǎn)火孔為3-6個。本實(shí)用新型無殼壓裂彈的燃速控制方法是根據(jù)無殼壓裂彈所需燃速，確定點(diǎn)火孔的組數(shù)量，根據(jù)點(diǎn)火孔的組數(shù)量設(shè)置中心管側(cè)壁上點(diǎn)火孔的位置，一組點(diǎn)火孔等于一個點(diǎn)火點(diǎn)。本實(shí)用新型通過改變壓裂彈點(diǎn)火點(diǎn)的數(shù)量和位置，可以控制壓裂彈的燃燒，以控制壓力上升速度、壓力作用時間和峰值壓力參數(shù)，從而控制火藥能量的釋放，形成一系列燃速的壓裂彈，滿足不同井況和地質(zhì)條件下的壓力加載條件，改善壓裂增產(chǎn)增注效果，并且有利于油井井筒的保護(hù)。此外，為了滿足不同地層參數(shù)和設(shè)計的需要，可能需要實(shí)現(xiàn)不同的壓力加載過程，此時可以通過使用本實(shí)用新型所提供的無殼壓裂彈，對各個壓裂彈的燃速進(jìn)行控制，從而通過不同燃速的壓裂彈的搭配，實(shí)現(xiàn)上述目的。更進(jìn)一步，在進(jìn)行井下作業(yè)時，通過使用本實(shí)用新型提供無殼壓裂彈，還能夠有效地提高單井裝藥量，延長壓力作用時間，改善壓裂效果。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖I是本實(shí)用新型無殼壓裂彈第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型無殼壓裂彈第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型無殼壓裂彈第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型無殼壓裂彈第四種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是無殼彈燃燒速度及點(diǎn)火點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
一種無殼壓裂彈，包括點(diǎn)火藥I、中心管2、火藥柱4，火藥柱4為中空圓筒狀，中心管2設(shè)置于火藥柱4內(nèi)部的空腔內(nèi)，中心管2的外周壁與火藥柱4的內(nèi)周壁貼合；中心管2呈中空筒狀，中心管2內(nèi)裝有點(diǎn)火藥I ;它還包括泄壓部5，泄壓部5對稱置于火藥柱4的兩端，泄壓部5的外側(cè)與火藥柱4的內(nèi)周壁貼合，泄壓部5的內(nèi)側(cè)與中心管2的外周壁貼合；中心管2側(cè)壁設(shè)有至少I組點(diǎn)火孔31，每組點(diǎn)火孔31數(shù)量為3-6個，每組點(diǎn)火孔31均布在垂直于中心管2軸向的同一平面上。點(diǎn)火孔31按照中心管2的長度每米設(shè)有1-30組。本實(shí)用新型無殼壓裂彈的燃速控制方法是根據(jù)無殼壓裂彈所需燃速，確定點(diǎn)火孔的組數(shù)量，根據(jù)點(diǎn)火孔的組數(shù)量設(shè)置中心管2側(cè)壁上點(diǎn)火孔31的位置，一組點(diǎn)火孔等于一個點(diǎn)火點(diǎn)。中心管側(cè)壁設(shè)有3 30組點(diǎn)火孔，每組的點(diǎn)火孔之間的間隔相等或者每組的點(diǎn)火孔之間的間隔不相等。如圖1-4所示，在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式中，點(diǎn)火孔31由4個組成一組，四組點(diǎn)火孔31在垂直于中心管2軸向方向的同一平面上均勻排列，此處，四組點(diǎn)火孔31在垂直于中心管2的軸向方向的同一平面上均勻排列的含義為，在垂直于中心管2的軸向方向的同一平面上，相鄰的兩組點(diǎn)火孔31之間相對于中心管2的軸線形成90°夾角。通過這樣的構(gòu)造，能夠很好地控制點(diǎn)火點(diǎn)在各個方向上的燃速，從而更好地控制整個壓裂彈的燃速。但是本實(shí)用新型并不僅限于此，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計和使用需要，任意選擇組成每個點(diǎn)火點(diǎn)3的點(diǎn)火孔31的數(shù)量，以及組成一個點(diǎn)火點(diǎn)的多個點(diǎn)火孔的位置關(guān)系。例如，可以選擇三個點(diǎn)火孔組成一個點(diǎn)火點(diǎn)，或者選擇六個點(diǎn)火孔組成一個點(diǎn)火點(diǎn)。并且相鄰的兩個點(diǎn)火孔相對于中心管2的軸線的夾角可以不彼此相同。只要能夠?qū)崿F(xiàn)控制整個壓裂彈的燃速的目的即可。圖I示出了本實(shí)用新型第一種實(shí)施方式，中心管2側(cè)壁設(shè)有一組點(diǎn)火孔31，該一組點(diǎn)火孔31位于中心管2的一端，通過點(diǎn)火裝置點(diǎn)火，先引燃中心管2內(nèi)部的點(diǎn)火藥1，通過中心管2側(cè)壁上的點(diǎn)火孔31引燃火藥柱4。在這種情況下，由于位于火藥柱4 一端的火藥先被點(diǎn)燃，火藥柱4類似于端面燃燒，是無殼壓裂彈的最慢燃速。圖2示出了本實(shí)用新 型第二種實(shí)施方式，中心管2側(cè)壁設(shè)有一組點(diǎn)火孔31，該組點(diǎn)火孔31位于中心管2的中部，通過點(diǎn)火裝置未說明點(diǎn)火，引燃中心管2內(nèi)部的火藥1，通過中心管2側(cè)壁上的點(diǎn)火孔31引燃火藥柱4。在這種情況下，與一組點(diǎn)火孔31位于中心管2的一端的情況相比，整個無殼壓裂彈的燃速提高一倍。當(dāng)中心管2僅僅設(shè)置一組點(diǎn)火孔31時，通過改變該點(diǎn)火孔31在中心管2的軸向上的位置，無殼壓裂彈的燃速在上述兩種燃速即一個點(diǎn)火孔31設(shè)置在中心管2的一端部，以及一個點(diǎn)火孔31位于中心管2的軸向的中部之間變化。在本實(shí)用新型中點(diǎn)火孔31為兩組及以上時，可以調(diào)整每組點(diǎn)火孔31的位置，例如，使得相鄰的兩組點(diǎn)火孔31之間的間隔各不相同，或者使得一部分組的點(diǎn)火孔31之間的間隔相同，另一部分組的點(diǎn)火孔31之間的間隔不同均可以。圖3示出了本實(shí)用新型第三種實(shí)施方式，中心管2側(cè)壁按照中心管2的長度每米設(shè)有30組點(diǎn)火孔31，每組的點(diǎn)火孔31之間的間隔相等，在這種情況下，火藥柱4近似從內(nèi)向外的層面燃燒，整個無殼壓裂彈的燃速是最快的，再增加點(diǎn)火孔的組數(shù)燃速也不再增加。圖4示出了本實(shí)用新型第四種實(shí)施方式，中心管2側(cè)壁設(shè)有10組點(diǎn)火孔31，每組的點(diǎn)火孔31之間的間隔不相等，通過此種方法布置點(diǎn)火孔，可以微調(diào)無殼壓裂彈的燃速。效果實(shí)驗(yàn)點(diǎn)火孔31的數(shù)量和位置變化時，單位時間內(nèi)的火藥柱4燃燒量不同，從而無殼壓裂彈的燃速也不同。實(shí)驗(yàn)取材壓裂彈外徑75mm、內(nèi)徑20mm、長度1000mm、重量6. 33公斤。實(shí)施例I :無殼壓裂彈包括兩個組點(diǎn)火孔31，該兩組點(diǎn)火孔31都位于中心管2的一端時，兩組點(diǎn)火孔31之間的間距M等于5mm，且位于端部的那組點(diǎn)火孔到中心管2的近端泄壓部5距離T與點(diǎn)火孔間距相等，無殼壓裂彈的燃燒時間為114. 31s，燃速為0. 06kg/s。實(shí)施例2 無殼壓裂彈包括兩組點(diǎn)火孔31，兩組點(diǎn)火孔31位于中心管2的軸向均勻分布，且兩組點(diǎn)火孔31之間的距離是位于端部的那組點(diǎn)火孔到中心管2的近端泄壓部5距離的2倍時，無殼壓裂彈的燃燒時間為26. 31s，燃速為0. 25kg/s ;當(dāng)該兩組點(diǎn)火孔31的位置沿著中心管2的軸向變化時，無殼壓裂彈的燃速在0. 06kg/s -0. 25kg/s之間變化。實(shí)施例3 無殼壓裂彈包括三組點(diǎn)火孔31，當(dāng)該三組點(diǎn)火孔31位于中心管2的一端時，點(diǎn)火孔31之間的間距等于5mm，且位于端部的那組點(diǎn)火孔到中心管2的近端泄壓部5距離與點(diǎn)火孔間距相等，且無殼壓裂彈的燃燒時間為72. 07s，燃速為0. 09kg/s ；實(shí)施例4 [0039]無殼壓裂彈包括三組點(diǎn)火孔31，當(dāng)該三組點(diǎn)火孔31在中心管2上均勻分布，且每組點(diǎn)火孔31之間的距離是端部點(diǎn)火孔到中心管2的近端泄壓部5距離的2倍時，無殼壓裂彈的燃燒時間為17. 97s，燃速為0. 37kg/s ;當(dāng)該三組點(diǎn)火孔31的位置沿著中心管2的軸向變化時，無殼壓裂彈的燃速在0. 09kg/s -0. 37kg/s之間變化。實(shí)施例5 無殼壓裂彈包括十組點(diǎn)火孔31，該十組點(diǎn)火孔31在中心管2的軸向上以等間隔排列，此時無殼壓裂彈的燃燒時間為4. 59s，燃速為I. 44kg/s。實(shí)施例6 無殼壓裂彈包括二十組點(diǎn)火孔31，該二十組點(diǎn)火孔31在中心管2的軸向上以等間隔排列，此時無殼壓裂彈的燃燒時間為3. 72s，燃速為I. 78kg/s。實(shí)施例I 無殼壓裂彈包括三十組點(diǎn)火孔31，該三十組點(diǎn)火孔31在中心管2的軸向上以等間隔排列，此時無殼壓裂彈的燃燒時間為3. 69s,燃速為I. 80kg/s。圖5顯示本實(shí)用新型中無殼彈燃燒速度及點(diǎn)火點(diǎn)數(shù)量的關(guān)系圖，橫坐標(biāo)為點(diǎn)火點(diǎn)的數(shù)量，縱坐標(biāo)為燃燒速度；當(dāng)達(dá)到點(diǎn)火孔數(shù)量按照中心管的長度為每米30組以上時，無殼彈燃燒速度不再增加，保持恒定。以上所述的僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，用于更清楚地說明本實(shí)用新型的實(shí)用新型構(gòu)思，并非對本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地在上述的范圍內(nèi)對本實(shí)用新型進(jìn)行變更及修改，以及構(gòu)想出其它實(shí)施方式，這些變更和修改包含在本實(shí)用新型后附的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無殼壓裂彈，包括點(diǎn)火藥(I)、中心管(2)、火藥柱(4)，所述火藥柱(4)為中空圓筒狀，所述中心管(2)設(shè)置于所述火藥柱(4)內(nèi)部的空腔內(nèi)，所述中心管(2)的外周壁與所述火藥柱(4)的內(nèi)周壁貼合；所述中心管(2)呈中空筒狀，所述中心管(2)內(nèi)裝有所述點(diǎn)火藥(I);其特征在于它還包括泄壓部(5)，所述泄壓部(5)對稱置于所述火藥柱(4)的兩端，所述泄壓部(5)的外側(cè)與所述火藥柱(4)的內(nèi)周壁貼合，所述泄壓部(5)的內(nèi)側(cè)與所述中心管(2)的外周壁貼合；所述中心管(2)側(cè)壁設(shè)有至少I組點(diǎn)火孔(31)，每組點(diǎn)火孔(31)位于垂直于所述中心管(2)軸向的同一平面上，每組點(diǎn)火孔(31)為3-6個。
2.如權(quán)利要求I所述的無殼壓裂彈，其特征在于所述點(diǎn)火孔(31)按照中心管(2)的長度每米設(shè)有1-30組。
3.如權(quán)利要求2所述的無殼壓裂彈，其特征在于所述中心管(2)側(cè)壁設(shè)有3 30組點(diǎn)火孔(31)。
4.如權(quán)利要求3所述的無殼壓裂彈，其特征在于每組的點(diǎn)火孔(31)之間的間隔相等。
5.如權(quán)利要求3所述的無殼壓裂彈，其特征在于每組的點(diǎn)火孔(31)之間的間隔不相等。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無殼壓裂彈，以解決現(xiàn)有無殼壓裂彈無法滿足與油井油層特性匹配的壓力加載問題。本實(shí)用新型無殼壓裂彈，包括點(diǎn)火藥、中心管、火藥柱、泄壓部，所述泄壓部對稱置于所述火藥柱的兩端，所述中心管側(cè)壁設(shè)有至少1組點(diǎn)火孔，每組點(diǎn)火孔位于垂直于所述中心管軸向的同一平面上，每組點(diǎn)火孔為3-6個。本實(shí)用新型可滿足不同井況和地質(zhì)條件下的壓力加載條件，改善壓裂增產(chǎn)增注效果，并且有利于油井井筒的保護(hù)。
文檔編號E21B43/263GK202483545SQ201220108229
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者傅仁軍, 劉春峰, 司洛霖, 張彤, 李建科, 潘祖躍, 耿俊杰, 陳東明, 馬寶成, 高潔 申請人:甘肅蘭金民用爆炸高新技術(shù)公司, 甘肅省化工研究院