專利名稱：多級脈沖射孔壓裂復合裝置的制作方法
技術領域：
涉及領域本實用新型涉及一種深穿透復合射孔技術和袖套式射孔壓裂復合技術集以一體的新型復合射孔技術，具體地說，是多級脈沖射孔壓裂復合裝置。
背景技術：
目前國內外新型射孔壓裂復合技術大體有兩種。
一種是深穿透復合射孔技術，系在射孔彈架兩個射孔彈中間裝填發射藥團或藥片，射孔彈射孔時，引燃射孔彈架間的發射藥團(藥片)。發射藥團(藥片)在槍身內燃燒，形成高溫高壓氣體，順射孔孔眼從槍身內射出高速氣流，對射孔孔眼通道沖刷，清除射孔孔道巖石碎屑，加深加寬射孔孔道，并在射孔孔徑前沿形成多條裂縫。
該技術的不足之處是裝藥量少由于是在槍內燃燒，裝藥量大，容易使槍身產生賬槍、炸槍事故。使槍身卡在作業井套管內，發生災難性事故。該技術目前國內的裝藥是0.8-1kg/m，由于裝藥量少，對地層壓裂效果有限，影響了該技術的使用效果。
另一種技術是袖套式射孔壓裂復合技術，該技術系在槍內外套一個火藥藥套，射孔彈射孔時射流引燃槍身外的藥套，藥套燃燒形成高溫、高壓氣體，作用于油層，在地層形成多條裂縫。
由于該技術是在射孔后引起藥套燃燒，燃燒氣體是在套管空間里，甚至是在溝通的油層環境里，藥室容積的增大容許裝填更多的藥量。該技術的裝藥量每米可達3-5kg。由于藥量的增大，對地層壓裂效果比深穿透復合射孔要好一些。
單純的袖套式射孔壓裂復合技術，又少了液氣流對地層孔眼的沖刷作用。根據烏克蘭基輔地球物理研究所米哈依留克在西安石油學院講學時披露，當槍身壓力達到150MPa時，射流速度可達2000m/s，可使孔深加長1-5m。
技術內容本實用新型的目的在于提供一種兼得深穿透復合射孔和袖套式射孔壓裂復合技術兩種技術的優點而聚于一體的多級脈沖射孔壓裂復合裝置。
本實用新型是這樣實現的包括起爆器1、上檔板2、慢速火藥3、快速火藥4、槍身內裝火藥5、彈架6、射孔彈7、導爆索8、射孔槍管9、尾堵10、下檔板11、測壓器12，，射孔槍管9內置有彈架7，在射孔槍管9上分別置有慢速火藥3、快速火藥4，在彈架6上分別裝有射孔彈7、槍身內裝火藥5。
本實用新型還采用如下技術方案該裝置的上、下分別設有上擋板2、下擋板11。
在裝置的底部有測壓器12。
在裝置的上部有起爆器1。
本實用新型的優點在于多級脈沖射孔壓裂復合技術的特色，就是利用優質鋼作為射孔槍的槍身，使其有足夠的耐壓能力。在彈架內裝填發射藥團(藥片)，同時在槍身外包復兩種以上燃速的袖套藥筒。在射孔彈射孔時，引燃槍身內的藥團(藥片)，槍身內藥團(藥片)的燃燒，形成高溫、高壓的氣流，沖刷射孔孔眼，對地層實施一定的壓裂。同時射孔彈射流和槍身火藥燃燒氣流，引燃槍身外的袖套藥筒，槍身外袖套藥筒有兩級燃速不同的火藥，快燃速火藥迅速燃燒，形成對地層二級壓裂，爾后是燃燒槍身外燃速較慢火藥，形成對地層的三級壓裂，這樣集對地層沖刷，多級壓裂的效果必然更大范圍地溝通地層，更好地增加油氣產量。
圖1為本實用新型結構示意圖。
起爆器1引爆導爆索8，導爆索8引爆射孔7，射孔彈7被引爆后射穿射孔槍管9，同時引燃槍身內火藥5，射孔彈7射流和槍內火藥燃燒產生高溫氣流引燃槍身外包復的慢速火藥3和快速火藥4，快速火藥4燃燒形成一級壓力脈沖，緊接著慢速火藥3燃燒形成二級壓力脈沖。彈架6系裝填射孔彈7的支架，尾堵10系射孔槍下密封器，測壓器12系測試系統整個過程的壓力一時間曲線。上檔板2和下檔板11系保護槍身外包復火藥在下井過程中避免和油氣井套管碰撞，使火藥損壞之保護器。
它的結構是在槍身內裝填藥團和藥片，射孔彈射流引燃槍身內裝藥，形成高速氣流沖刷地層，同時在槍身外包復兩種燃速的火藥袖套，射孔彈射流同時引燃槍身外兩種袖套裝藥，形成兩次壓力峰作用于地層，這樣在射孔同時形成三級壓力脈沖沖擊地層。
射流速度與槍力內壓力多級脈沖射孔壓裂復合裝置，由于火藥在槍身內形成高壓、其壓力越大，火藥燃燒氣體對地層射流的速度越大，對地層的刺激越強裂。
其噴射速度取決于槍身內的壓力和射流的質量，其關系如下v=2gPρ]]>式中v為射流速度，g為重力加速度，P為槍身內壓力，ρ為射流質量表1不同壓力下水流噴射速度
射流速度越大，需要槍身強度越強根據薄壁圓筒的耐壓公式pmax=σsr12-r22r12+r22]]>
式中σs為管子屈服強度，r1為管子的外半徑，r2為管子的內半徑。從式中可以看出，在內、外半徑一定的情況下，σs越大，管子的耐壓強度越強。
地面強度破壞試驗證明89槍身，壁厚為9.92mm厚的管子，只有N80，P110材質，才能適應多級脈沖射孔壓裂槍身強度的需要。
槍身內裝藥品號選擇根據計算火箭發動機燃燒室內壓力計算原理，可以把射孔槍的槍身看做一個火箭發動機藥室，射孔彈在槍身內射開的孔眼面積總和看做是發動機的噴喉。那么根據計算火箭發動機燃燒室內壓力公式pmax=(ρc*u1ss1)11-r]]>式中ρ為槍身內裝藥的密度，c*裝藥的特征速度，s為槍身內裝藥的總表面面積，s1為槍身射孔孔眼的總面積和，r為裝藥的壓力指數，u1裝藥燃燒速度系數，p為壓力，r為燃速壓力指數。
經理論計算與現場實驗表明內裝特制復合藥和單基藥。經2#氟橡膠包復均符合使用要求，但每米裝藥不得大于0.9kg。
外包復高燃速裝藥選擇槍身外包復高燃速火藥，應選擇易點燃，燃速相對快的火藥，經計算和實驗室試驗選擇下列性能的火藥能量系示性數(計算值)
化學安定性①106.5℃維也里安定性，普通法試驗時間不少于7小時。
②106.5℃ 維也里安定性加速或正常重復法十次試驗時間不少于60小時。
燃燒生成氣體為CO、CO2、N2、H2O等對地層無傷害的氣體。
槍身外包復低燃速火藥選擇燃速相對慢的火藥，其性能如下
該火藥配方不是國內已有的單基藥、雙基藥、三基藥等傳統的軍用火藥和推進劑配方，而是用可燃粘結劑、氧化劑和其它添料按一定比例組配的新配方，用模具固定在槍身上，同時把槍身外包復的高燃速火藥牢牢的粘結固定在槍身上，外表涂復一層防水漆。
該配方的最大特點是燃燒速度慢，燃燒持續時間長。如國內已有的傳統的軍用火藥和推進劑，在20MPa壓力條件下，燃燒只需500ms左右，而該配方可達1分鐘以上。
該技術是有深穿透復合射孔和袖套式復合射孔的雙重特征，由于槍身強度好，槍身內射孔彈架內裝藥，燃燒對地層具有強烈的沖擊作用，射流速度可達500~1000m/s，順著射孔孔眼射入地層內，加大加深射孔孔眼，并在射孔孔眼前沿形成多條徑向裂縫。
該技術也有袖套式復合射孔技術的特征，由于射孔槍身外的火藥是在射孔彈射孔后燃燒，其整個燃燒室可以考慮為整個套管空間，與深穿透復合射孔技術在槍身內燃燒相比，其燃燒空間大。根據公式
式中P為火藥燃燒壓力，f為火藥力，為火藥燃燒的質量， 為火藥燃燒時的藥室容積。假如在 套管燃燒，套管內徑為124mm，深穿透復合射孔槍身(89槍)內徑為70mm，假如射孔段L一定，那么套管內容積是槍身內容積的3倍以上，按理論推算袖套式射孔壓裂復合裝置裝藥量是深穿透復合射孔的3倍以上，另外，由于袖套式復合射孔的火藥燃燒是在整個井筒中，卻套管與地層已溝通，火藥在套管中燃燒還可以向地層和井的上層擴展，壓力可把井中液柱托起，因此裝藥量還可以增大。
多級脈沖射孔壓裂復合技術，其火藥燃燒形成的高溫高壓氣體，側面直向射孔井段，通過射孔孔道，直接施壓于地層，同時通過液壓傳遞，對下層射孔段施加壓力，由于火藥分級燃燒，形成迭加施壓效果，對地層的壓裂效果會更好。
權利要求1.多級脈沖射孔壓裂復合裝置，包括起爆器(1)、上檔板(2)、慢速火藥(3)、快速火藥(4)、槍身內裝火藥(5)、彈架(6)、射孔彈(7)、導爆索(8)、射孔槍管(9)、尾堵(10)、下檔板(11)、測壓器(12)，其特征在于射孔槍管(9)內置有彈架(7)，在射孔槍管(9)上分別置有慢速火藥(3)、快速火藥(4)，在彈架(6)上分別裝有射孔彈(7)、槍身內裝火藥(5)。
2.根據權利要求1所述的多級脈沖射孔壓裂復合裝置，其特征在于該裝置的上、下分別設有上擋板(2)、下擋板(11)。
3.根據權利要求1所述的多級脈沖射孔壓裂復合裝置，其特征在于在裝置的底部有測壓器(12)。
4.根據權利要求1所述的多級脈沖射孔壓裂復合裝置，其特征在于在裝置的上部有起爆器(1)。
專利摘要一種深穿透復合射孔技術和袖套式射孔壓裂復合技術集以一體的多級脈沖射孔壓裂復合裝置，包括起爆器1、上擋板2、慢速火藥3、快速火藥4、槍身內裝火藥5、彈架6、射孔彈7、導爆索8、射孔槍管9、尾堵10、下擋板11、測壓器12，射孔槍管9內置有彈架7，在射孔槍管9上分別置有慢速火藥3、快速火藥4，在彈架6上分別裝有射孔彈7、槍身內裝火藥5，有足夠的耐壓能力，形成高溫、高壓的氣流，沖刷射孔孔眼，對地層實施一定的壓裂，繼而形成對地層二級壓裂、三級壓裂，這樣集對地層沖刷，多級壓裂的效果必然更大范圍地溝通地層，更好地增加油氣產量。
文檔編號E21B43/25GK2630493SQ0326453
公開日2004年8月4日 申請日期2003年6月18日 優先權日2003年6月18日
發明者王安仕 申請人:王安仕