[实用新型]套管井高能压裂弹

说明书

本实用新型是属于压裂地下岩层的高能压裂装置，它是用于油田套管井的油层改造和石油开发的套管井高能压裂弹，包括了弹壳、火药、点火具等。

在石油开采中，提高低渗透油田石油产量的有效措施是实施压裂，改善油层的渗透性，降低油流阻力，从而增加油井的石油产量。

目前在石油开采中普遍使用的压裂方法是水力压裂。实施水力压裂需要很多大型压裂设备，还需要大量的压裂液和支撑剂，施工费用十分昂贵。除此之外，水力压裂只产生一条裂缝，因而导流能力的改善有一定的局限性。并且水力压裂还受水源、地形和道路条件的限制。它不适用于水敏性地层。

另一种压裂方法是爆炸压裂，爆炸压裂虽然也可以用于地下岩层的压裂，但是缺陷很多，首先，爆炸压裂容易使油井的套管造成破坏，使油井无法正常生产，甚至使油井报废。其次，爆炸压裂很不安全，炸药在运输和使用过程中容易受撞击而发生爆炸。

近年来，世界上发展了一种高能气体压裂方法（简称高能压裂）。这种方法的最好描述是美国桑迪亚实验室CUd.J.F的“高能气体压裂”一文，也可见美国专利U.S.P570396（1985）。高能气体压裂采用了控制高能气体产生速率的方法，解决了对井筒破坏的问题。中国专利87215505，对压裂弹作了进一步的改进，使地下岩层压开的裂缝长而宽，并能够产生多层次多部位的裂缝。但是，上述专利技术由于压裂弹的壳体采用的是聚氯乙烯塑料，压裂弹壳体不耐压不耐热，因此，只能在裸眼井的浅井中使用。在较深的油井中，这种结构的压裂弹承受不了环境温度和压力的作用，因此不适用深井。同时，这种压裂弹的壳体属于破碎型，燃烧后壳体破碎成大小不一的无数块碎片，这给清井带来一定困难。

本实用新型的目的就是为了克服现有技术所存在的问题，设计了一种能够耐压、耐温、防水、防油，便于封堵，便于点火，便于起下管柱的适用于不同井深的压裂弹，这种压裂弹不损伤油井套管，在油井中不留大块碎片，压裂作用的时间长，形成的裂缝较长，壳体可重复使用。

本实用新型为了使火药燃烧产生的气体有控制地从压裂弹内向外喷出，在壳体上设计了卸压孔。为了增长压裂作用的时间，设计了两个不同的火药燃烧区，它们能有效地延长所形成的裂缝。采用了弹体结构和装药结构不同的速燃弹和缓燃弹。

本实用新型由速燃弹和缓燃弹组成。速燃弹（2）由点火器（1），中心点火具（3），速燃火药（4），弹壳（5），卸压孔（6）构成。缓燃弹（10）由端部点火具（9），缓燃火药（11），弹壳（5），卸压孔（6）构成。速燃弹和缓燃弹通过连接件（8）连接。

速燃火药（4）是粒状火药或多孔火药，燃烧迅速。峰值压力较高，使井筒周围的油层产生多条裂缝。

缓燃火药（11）是柱状火药，燃烧方式为端面燃烧，气体持续产生，压裂时间增长，裂缝向前延伸。

弹壳（5）由钢、合金铝或其它硬质金属材料制成。速燃弹壳上有卸压孔30～60个，孔径φ30～40。缓燃弹弹壳上有卸压孔10～40个，孔径φ20～30。装药种类，装药结构，传火结构，燃烧方式和射孔面积与套管的保护和压裂效果有函数关系。

连接件（8）有螺纹式和卡口式，在连接件内装有传火装置（7）通过传火药的燃烧，实现防水和传火作用。

密封塞（图2）：在火药燃烧之前保持良好的密封性能，火药燃烧之后又使火药气体通畅地向外喷出，要求密封塞承受压力介于油井的井下压力和燃烧的气体压力之间，密封塞的形状与卸压孔匹配。

本实用新型的制造：首先加工好速燃弹（2）和缓燃弹（10），其外径均为90mm，内径均为80mm，长度为1.2m通过连接件（8）构成。一个速燃弹和1～10个缓燃弹构成一级，整个的套管井高能压裂弹由1～5级联成，其弹的级数是由油层的厚度决定。速燃弹内装有粒状的速燃火药（4）和中心点火具（3），缓燃弹内装有柱状的缓燃火药（11）和端部点火具（9）。速燃弹（2）有30～60个孔径为30～40mm的卸压孔，缓燃弹（10）上有10～40个孔径为20～30mm的卸压孔，用铜或铝塞密封，使用时再装上点火器就构成了完整的套管井高能压裂弹。

本实用新型速燃弹（2）和缓燃弹（10）的卸压孔最佳结构为：速燃弹弹壳上有卸压孔45个，孔径为30mm，缓燃弹弹壳上有卸压孔30个，孔径为20mm，都均匀分布在弹壳（5）上。一个速燃弹和6个缓燃弹通过6个连接件（8）连接而成。