專利名稱：一種水平井脈沖壓裂加砂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油開采技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣體壓裂裝置，特別是一種水 平井脈沖壓裂加砂裝置。
背景技術(shù)：
目前針對(duì)低滲透低孔隙度水平井的增產(chǎn)改造措施主要是實(shí)施水力壓裂 和酸化，但水力壓裂和酸化動(dòng)用設(shè)備多、作業(yè)周期長(zhǎng)、成本高、對(duì)地層容易 造成二次污染，只能形成一至數(shù)條雙翼裂縫，對(duì)高致密地層而言因壓力偏低， 難以壓開地層。水敏地層、強(qiáng)親水地層、致密砂巖低滲儲(chǔ)層等油氣藏以及篩 管完井的水平井也不適用水力壓裂。酸化需要大量酸液，費(fèi)用昂貴，而且對(duì) 管柱腐蝕污染嚴(yán)重。高能氣體壓裂在國(guó)內(nèi)外已有近四十年的發(fā)展歷史，鋼殼式、無(wú)殼式、模 塊式等多種壓裂彈產(chǎn)品或技術(shù)在油田垂直井或斜井的主產(chǎn)層得到廣泛使用， 取得了較好的增產(chǎn)增注效果，但都存在增產(chǎn)時(shí)間偏短的問(wèn)題，其主要原因是 氣體裂縫沒(méi)有引入支撐劑，僅靠裂縫面的剪切位移及碎屑支撐難以阻擋裂縫的自動(dòng)閉合趨勢(shì)。為改變這一現(xiàn)狀，中國(guó)專利CN2467793在成縫器(配合 射孔的壓裂彈的一種形式)上安裝高硬度金屬球，嘗試將支撐劑鑲嵌在氣體 裂縫里；美國(guó)Marathon oil公司在氮?dú)獬龎荷淇坠に囈惨肓俗蚤_孔式的 陶粒釋放器，用氮?dú)怛?qū)動(dòng)陶粒進(jìn)入地層。中國(guó)專利ZL93108854.2提出了一 種無(wú)殼結(jié)構(gòu)的壓裂彈，適用于垂直井或斜井，壓裂增產(chǎn)增注效果顯著，但由 于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局P艮，無(wú)法一次連接成數(shù)十米以上的壓裂彈組，并且壓裂彈組 由于彈體強(qiáng)度低無(wú)法輸送至水平井需要處理的層位，此外還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)加砂支 撐裂縫的作用。中國(guó)專利CN101358519A提出了一種電纜傳輸?shù)膸в袏A層段壓裂彈組，適用于垂直井，解決了電纜燒蝕問(wèn)題，由于傳輸工藝的限制和 主裝藥沒(méi)有特定保護(hù)，不適應(yīng)水平井長(zhǎng)產(chǎn)層的增產(chǎn)處理。綜上所述，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有氣體壓裂技術(shù)或產(chǎn)品存在不足或是由于壓裂彈 結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)不適應(yīng)水平井特殊的井身結(jié)構(gòu)，或者沒(méi)有實(shí)現(xiàn)加砂支撐裂縫 的作用效果。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供了 一種適用于水平井 的具備長(zhǎng)井段脈沖壓裂和加砂支撐的增產(chǎn)裝置，不但能夠產(chǎn)生裂縫，又加入 支撐劑使裂縫不易閉合，提高裂縫穩(wěn)定性，延長(zhǎng)增產(chǎn)時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案一種水平井脈沖壓裂加砂裝置，包括點(diǎn)火器、槍尾，其特征在于，還包 括有由壓裂槍組件、加砂槍組件、夾層槍組件和中間接頭組成的槍身；所述的壓裂槍組件、加砂槍組件和夾層槍組件均包括有形狀、直徑相同 的篩管，該篩管上有均勻分布的通孔；篩管的軸向兩端設(shè)有和與中間接頭相 連接的內(nèi)螺紋，篩管中心裝有線性點(diǎn)火具；其中壓裂槍組件的篩管內(nèi)部還設(shè)置有壓裂火藥，壓裂火藥套裝在線性點(diǎn)火具上；在加砂槍組件的篩管內(nèi)部還裝有驅(qū)砂火藥和集砂筒，驅(qū)砂火藥和集砂筒 套裝在線性點(diǎn)火具上；壓裂槍組件、加砂槍組件、夾層槍組件由中間接頭根據(jù)需要組合，壓裂 槍組件通過(guò)中間接頭與點(diǎn)火器連接，槍尾通過(guò)中間接頭與夾層槍組件連接， 構(gòu)成不同長(zhǎng)度的脈沖壓裂加砂裝置。本發(fā)明的水平井脈沖壓裂加砂裝置，根據(jù)產(chǎn)層和夾層的分布適當(dāng)組合壓 裂槍、加砂槍、夾層槍等組件，將多級(jí)脈沖氣體壓裂造縫和加砂支撐工藝復(fù) 合用于水平井的增產(chǎn)，對(duì)地層沒(méi)有任何污染，有效提高了火藥的利用率，提高了裂縫的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了增產(chǎn)時(shí)間，且各組件的槍身和中間接頭等部件可 重復(fù)使用，具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，增產(chǎn)效果明顯，使用安全可靠的特點(diǎn)， 適用于不同完井方式的水平井、垂直井或斜井，如套管井、篩管井或裸眼井。


附圖1是水平井脈沖壓裂加砂裝置結(jié)構(gòu)示意屈； 附圖2是壓裂槍組件結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是加砂槍組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4是線性點(diǎn)火具的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5是附圖3的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見附圖l，本發(fā)明的水平井脈沖壓裂加砂裝置，由點(diǎn)火器l、壓裂槍 組件2、加砂槍組件3、夾層槍組件4、中間接頭5和槍尾6依次連接而成； 其中，壓裂槍組件2、加砂槍組件3、夾層槍組件4和中間接頭5按需要組 合成不同長(zhǎng)度的槍身，壓裂槍組件2通過(guò)中間接頭5與點(diǎn)火器1連接，槍尾 6通過(guò)中間接頭5與夾層槍組件4連接，構(gòu)成不同長(zhǎng)度的脈沖壓裂加砂裝置。壓裂槍組件2、加砂槍組件3和夾層槍組件4均包括有形狀、直徑相同 的篩管23，該篩管23上有均勻分布的通孔；通孔便于火藥氣體或支撐劑釋 放到地層，篩管23的軸向兩端設(shè)有和與中間接頭5相連接的內(nèi)螺紋，篩管 23中心裝有線性點(diǎn)火具22。參見附圖2、附圖3和附圖4。壓裂槍組件2的篩管23內(nèi)部設(shè)置有壓裂火藥21，壓裂火藥21套裝在 線性點(diǎn)火具22上；壓裂火藥21由快燃速火藥和慢燃速火藥交替組裝；加砂槍組件3內(nèi)設(shè)置有驅(qū)砂火藥31和集砂筒32，驅(qū)砂火藥31和集砂 筒32上下交替相接套裝在線性點(diǎn)火具22外部，該集砂筒32內(nèi)裝填支撐齊l] 321，集砂筒32筒體內(nèi)、外表面有1 6條預(yù)裂槽，預(yù)裂槽能使筒體在線'性點(diǎn)火具22激發(fā)下能按預(yù)裂方式快速破碎，釋放出支撐劑，該集砂筒32采用 開放設(shè)計(jì)，使筒體內(nèi)外壓力能在井下達(dá)到平衡。參見圖3、圖5。夾層槍組件4內(nèi)部只安裝線性點(diǎn)火具22。線性點(diǎn)火具22包括中心管 221、導(dǎo)爆索222、引火藥塊223和傳爆管224，導(dǎo)爆索222兩端安裝有傳爆 管224，引火藥塊223套裝在導(dǎo)爆索222和傳爆管224外部，中心管221套 裝在最外層，該中心管221的外表面有1 6條預(yù)裂槽，兩端有密封面，該 中心管221通過(guò)0形密封圈與中間接頭5連接構(gòu)成自密封體系，線性點(diǎn)火具 22的作用是給壓裂火藥21、驅(qū)砂火藥31實(shí)現(xiàn)傳爆和傳火，采用的火工材料 要求與井液隔絕，以保證傳爆和傳火的安全可靠性。參見圖4、圖5。篩管23上均勻分布的通孔為喇叭形口或圓形口，通孔在篩管23上線密 度為20孔/m 40孔/m,通孔的直徑為10mm 40mm。組成槍身的壓裂槍組件2、加砂槍組件3和夾層強(qiáng)組件4均采用32CrMo 或35CrMo或40Cr或N80等鋼管材加工，使得連接后不同長(zhǎng)度的水平井脈 沖壓裂加砂裝置具有足夠的強(qiáng)度能順利地輸送到需要處理的水平產(chǎn)層，并且 為壓裂火藥21、驅(qū)砂火藥31的火藥藥柱，集砂筒等脆弱部件提供可靠的保 護(hù)；能保證壓裂槍組件2、加砂槍組件3、夾層槍組件4和中間接頭5組成 的槍身在傳輸過(guò)程中所有部件不因摩擦碰撞發(fā)生損傷或意外點(diǎn)火，也能保證 各篩管在通過(guò)造斜段時(shí)能具有足夠的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。篩管23和中間接頭5能實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，降低了成本。線性點(diǎn)火具22的長(zhǎng)度規(guī)格分別與壓裂槍組件2、加砂槍組件3、夾層槍 組件4的長(zhǎng)度規(guī)格相匹配。中心管221的材質(zhì)是不銹鋼、鋁、鋼、尼龍或ABS塑料，要求其能承受 60MPa以下的井液壓強(qiáng)而不變形。壓裂火藥21和驅(qū)砂火藥31的主要功能分別是壓裂地層和驅(qū)動(dòng)支撐齊U進(jìn) 入地層裂縫，各種火藥的燃燒速度經(jīng)特別設(shè)計(jì)相互匹配，能將支撐劑50%理產(chǎn)層厚度、夾層 厚度、地層參數(shù)及井筒參數(shù)(套管規(guī)格、鋼級(jí)、射孔孔密、孔徑等)靈活進(jìn) 行壓裂槍組件2、加砂槍組件3、夾層槍組件4等單元組合；壓裂槍組件2、加砂槍組件3的材料選用32CrMo、 35CrMo、 40Cr、 N80, 但不限于此；壓裂槍組件2、加砂槍組件3、夾層槍組件4的組成的槍身， 可以采用不同直徑(68mm、 73mm、 89mm、 102mm、 127mm)的鋼管加工而成， 兩端加工有T型絲扣，篩管壁厚6mm llmm，最佳壁厚9mm，篩管長(zhǎng)度lm、 1.5m、 2m、 2. 5m、 3m、 3. 5m、 4m、 4. 5m、 5m、 5. 5m或6m。篩管上加工均勻 分布的通孔，用于排氣或噴砂，通孔的直徑①20mm ①40mm，孔密20孑L/ m2 40 L/m2。使用過(guò)程中，可以根據(jù)需要選擇合理的壓裂槍組件、加砂槍組件和夾層 槍組件的直徑，組成不同長(zhǎng)度的脈沖壓裂加砂裝置的規(guī)格(直徑可以是①68、 073、①89、①102、①127)，長(zhǎng)度在lm 500m之間。集砂筒32材料選用鋁或耐熱工程塑料；導(dǎo)爆索224為塑料導(dǎo)爆索或鉛 皮導(dǎo)爆索?；鹚幍倪x擇本發(fā)明所提供的壓裂火藥21，驅(qū)砂火藥31均和井液直接 接觸，要求這些火藥均有耐油水介質(zhì)的性質(zhì)，并且在井下介質(zhì)和壓力溫度環(huán) 境下組分不發(fā)生任何變化。在井溫10(TC以下時(shí)，可直接選擇雙基、三基火 藥藥柱；在井溫IO(TC以上，可選擇復(fù)合火藥，其耐溫耐壓有效期48小時(shí) 以上，復(fù)合火藥選擇耐水包覆型無(wú)殼藥柱，包覆材料優(yōu)先選擇環(huán)氧樹S旨或聚 氨酯，其耐水性好，且燃燒后無(wú)殘?jiān)?，?duì)地層無(wú)污染，但包覆材料不限于lt匕。壓裂火藥21由快燃速火藥和慢燃速火藥交替組裝，驅(qū)砂火藥31為最慢 燃速火藥，三種火藥可以是復(fù)合推進(jìn)劑，也可以是雙基推進(jìn)劑或三基推進(jìn)劑。 其燃速范圍如表1所示。表l:壓裂火藥和驅(qū)砂火藥的燃速范圍火藥種類燃速Cmm/s)測(cè)試條件快燃速火藥8 1210MPa， 25 °C慢燃速火藥4~810MPa， 25 °C驅(qū)砂火藥3~510MPa， 25 °C火藥為管狀結(jié)構(gòu)，雙基或三基推進(jìn)劑采用螺壓工藝生產(chǎn)，復(fù)合推進(jìn)劑采用澆注、包覆工藝生產(chǎn)；火藥的裝藥量(2kg/m~4kg/m)。引火藥塊223采用模具一壓機(jī)工藝制備。引火藥塊223的主要組分配比 為3#小粒黑97% 99%，氟橡膠FPM2603: 1% 3%。支撐劑的選擇爆燃?jí)毫蚜芽p寬度范圍0.1mm 1.0mm，候選品種有壓 裂砂、覆膜砂或陶粒，或它們的混合物，較小粒度的支撐劑更容易導(dǎo)入爆燃 裂縫，適宜爆燃加砂的粒徑范圍為30目 50目。在爆燃快速加砂的過(guò)程中， 高強(qiáng)度高密度的陶粒能沖擊磨蝕裂縫面，形成更多的巖屑以支撐更寬更穩(wěn)、定 的裂縫，導(dǎo)流能力比石英砂更大，此外陶粒更適應(yīng)地層的高閉合壓力，不宜 破碎。支撐劑用量理論上越大越好，但受槍內(nèi)空間的限制，加砂濃度控制在 2dm /m 9 dm /m。在篩管井應(yīng)用中要視篩管割縫寬度是否滿足加砂工藝要求，割縫寬度小 于3mm的篩管只進(jìn)行脈沖壓裂而不加砂。水平井脈沖壓裂加砂裝置施工時(shí)，采用油管傳輸方式將脈沖壓裂加砂、裝 置送入井下目的層段，用電纜車校深定位后，水平井用加壓起爆，垂直井或 斜井用投棒起爆，通過(guò)點(diǎn)火器1點(diǎn)火，引燃線性點(diǎn)火具22中的導(dǎo)爆索222， 引火藥塊223接收導(dǎo)爆索222爆轟能量發(fā)生爆燃，點(diǎn)燃?jí)毫鸦鹚?1和驅(qū)^>火藥31，壓裂火藥燃燒產(chǎn)生多級(jí)脈沖氣體作用到地層產(chǎn)生裂縫，驅(qū)砂火藥 滯后燃燒產(chǎn)生高壓氣體驅(qū)動(dòng)井液攜帶支撐劑通過(guò)射孔孔道進(jìn)入新生裂縫完 成支撐作用。現(xiàn)場(chǎng)組裝、操作程序如下1) 線性點(diǎn)火具的組裝現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，首先根據(jù)壓裂槍組件2及加砂槍 組件3的數(shù)量裝配好相應(yīng)數(shù)量的線性點(diǎn)火具22，線性點(diǎn)火具22裝配時(shí)，先 根據(jù)壓裂槍組件2或加砂槍組件3的長(zhǎng)度裁定導(dǎo)爆索222的長(zhǎng)度，然后裝引 火藥塊223并固定，最后在導(dǎo)爆索222兩端安裝傳爆管224，完成后裝入中 心管，組成線性點(diǎn)火具222;2) 集砂筒的組裝將選好的支撐劑321注滿集砂筒32，并封裝待用。 按地層條件選用不同粒度的石英砂、覆膜砂或陶粒；3) 壓裂槍組件(加砂槍組件)組裝將線性點(diǎn)火具22—端插入中間接 頭5中并和壓裂槍組件2 (或加砂槍組件3)相連接。在壓裂槍組件2內(nèi)沿 線性點(diǎn)火具22中心管221套裝快慢燃速相交替的壓裂火藥21。在加砂槍組 件3內(nèi)的中心管221上依次套入驅(qū)砂火藥31和集砂筒32，依次交替裝滿；4) 夾層槍組件組裝夾層槍組件4中只安裝線性點(diǎn)火具22。視地質(zhì)夾 層的長(zhǎng)度準(zhǔn)備夾層槍組件4的長(zhǎng)度和數(shù)量；5) 井口聯(lián)槍依據(jù)處理地層長(zhǎng)度和夾層要求現(xiàn)場(chǎng)組裝各組件，壓裂槍 組件2、加砂槍組件3和夾層槍組件4依照施工設(shè)計(jì)組合連接。并在壓裂槍 組件2通過(guò)中間接頭5連接點(diǎn)火器1，夾層槍組件4通過(guò)中間接頭5連接槍 尾6，組裝成水平井脈沖壓裂加砂裝置；6) 傳輸與點(diǎn)火方式采用油管傳輸方式將本發(fā)明的脈沖壓裂加砂裝置送入井下目的層段，用電纜車校深定位后，水平井加壓起爆，垂直井或余斗井 投棒起爆。為保證大多數(shù)支撐劑能進(jìn)入地層，壓裂期間井口防噴器的開度應(yīng)在0~50%;7)點(diǎn)火后lmin 10min，為水平井脈沖壓裂加砂裝置能量釋放時(shí)間，通 過(guò)井口管線釋放井壓，10min后關(guān)閉井口， 30min后在井口觀測(cè)管線壓力表， 顯示為OMPa時(shí)，可起出壓裂裝置下泵投產(chǎn)，回收壓裂槍組件2、加砂槍組 件3及夾層槍組件4的篩管和中間接頭5等可重復(fù)使用部件。當(dāng)壓力表顯示 大于OMPa時(shí)則不起管柱直接投產(chǎn)。
權(quán)利要求
1、一種水平井脈沖壓裂加砂裝置，包括點(diǎn)火器(1)、槍尾(6)，其特征在于，還包括有由壓裂槍組件(2)、加砂槍組件(3)、夾層槍組件(4)和中間接頭(5)組成的槍身；所述的壓裂槍組件(2)、加砂槍組件(3)和夾層槍組件(4)均包括有形狀、直徑相同的篩管(23)，該篩管(23)上有均勻分布的通孔；篩管(23)的軸向兩端設(shè)有和與中間接頭(5)相連接的內(nèi)螺紋，篩管(23)中心裝有線性點(diǎn)火具(22)；其中壓裂槍組件(2)的篩管(23)內(nèi)部還設(shè)置有壓裂火藥(21)，壓裂火藥(21)套裝在線性點(diǎn)火具(22)上；在加砂槍組件(3)的篩管(23)內(nèi)部還裝有驅(qū)砂火藥(31)和集砂筒(32)，驅(qū)砂火藥(31)和集砂筒(32)套裝在線性點(diǎn)火具(22)上；壓裂槍組件(2)、加砂槍組件(3)、夾層槍組件(4)由中間接頭(5)根據(jù)需要組合，壓裂槍組件(2)通過(guò)中間接頭(5)與點(diǎn)火器(1)連接，槍尾(6)通過(guò)中間接頭(5)與夾層槍組件(4)連接，構(gòu)成不同長(zhǎng)度的脈沖壓裂加砂裝置。
2、 如權(quán)利要求1所述的水平井脈沖壓裂加砂裝置，所述的壓裂火藥(21)由快燃速火藥和慢燃速火藥交替組裝。
3、 如權(quán)利要求1所述的水平井脈沖壓裂加砂裝置，所述的驅(qū)砂火藥(31) 和集砂筒(32)上下交替相接套裝在線性點(diǎn)火具(22)外部，該集砂筒(32)內(nèi)裝 填支撐劑(321)，集砂筒(32)的筒體內(nèi)、外表面有1 6條預(yù)裂槽。
4、 如權(quán)利要求1所述的水平井脈沖壓裂加砂裝置，所述的線性點(diǎn)火具 (22)包括中心管(221)、導(dǎo)爆索(222)、引火藥塊(223)和傳爆管(224)，導(dǎo)爆 索(222)兩端安裝有傳爆管(224)，弓I火藥塊(223)套裝在導(dǎo)爆索(222)和傳爆 管(224)外部，中心管(221)套裝在最外層，該中心管(221)的外表面有1 6條預(yù)裂槽，中心管(221)的軸向兩端有密封軸面；中心管(221)通 過(guò)O形密封圈與中間接頭(5)連接構(gòu)成自密封體系。
5、 如權(quán)利要求1所述的水平井脈沖壓裂加砂裝置，其特征在于，所述 的篩管(23)上均勻分布的通孔為喇叭形口或圓形口，通孔的線密度為20 孑L/m 40孑L/m，通孔的直徑為10mm 40mm。
6、 如權(quán)利要求4所述的水平井脈沖壓裂加砂裝置，其特征在于，所述 的中心管(221)的材質(zhì)是不銹鋼、鋁、鋼、尼龍或ABS塑料。
7、 如權(quán)利要求1所述的水平井脈沖壓裂加砂裝置，其特征在于，所述 的引火藥塊(223)為黑火藥或復(fù)合火藥。
8、 如權(quán)利要求3所述的水平井脈沖壓裂加砂裝置，其特征在于，所述 的支撐劑(321)選擇粒徑為30目~50目的石英砂、覆膜砂或陶粒，或它們的 混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水平井脈沖壓裂加砂裝置，由壓裂槍組件、加砂槍組件、夾層槍組件通過(guò)中間接頭連接組成。壓裂槍組件內(nèi)裝有不同燃速的壓裂火藥；夾層槍組件用于不產(chǎn)油氣的夾層，起傳火作用；加砂槍組件內(nèi)裝有集砂筒和驅(qū)砂火藥，用于向地層裂縫中輸送支撐劑，根據(jù)產(chǎn)層和夾層的分布適當(dāng)組合上述組件，形成數(shù)十米至數(shù)百米長(zhǎng)的水平井壓裂加砂裝置。該壓裂加砂裝置將支撐劑引入高能氣體壓裂工藝，提高了裂縫的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了增產(chǎn)時(shí)間，具有成本低，增產(chǎn)效果明顯，工藝簡(jiǎn)單，使用安全可靠的特點(diǎn)。適用于不同完井方式的水平井、垂直井或斜井，如套管井、篩管井或裸眼井。
文檔編號(hào)E21B43/25GK101619654SQ200910023430
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者馮國(guó)富, 姚元文, 汪長(zhǎng)栓 申請(qǐng)人:西安近代化學(xué)研究所