[发明专利]破碎燃烧无壳压裂弹

说明书

本发明是属于压裂地下岩石的高能压裂装置，是一种用于油田井下油层改造和石油开发的破碎燃烧无壳压裂弹，该弹由弹头、弹身和弹尾组成。

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1-2条裂缝，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，但缺陷很多。首先，爆炸压裂容易使油井的套管造成破裂，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，国内外发展了一种高能气体压裂弹，其结构采用了钢制弹壳，存在着装药量少，使用不方便，压力波动大，最大恒定压力持续时间短，容易发生掉弹和卡弹等事故。为了克服金属壳体存在的问题，苏联在七十年代生产了一种AC型无壳高能气体压裂弹，其特点在药柱的侧表面对称地布置有纵向沟槽，以便嵌入钢丝绳，并利用钢丝绳把药柱串在一起，后来又发展了一种在AC型药柱侧面缠有浸过树脂的棉丝带。美国专利U.S.P4.823,876(1989.5.25)报导无壳气体发生器结构与上述的基本一致，不同的是增加了一种抗加速装置。国外的无壳高能气体压裂弹共同存在结构复杂、加工工艺难度大，钢丝绳不能重复使用。中国专利93102559.0采用了中轴连接，结构简单能重复使用。但到目前为止，现有的无壳压裂弹装药都采用端面燃烧或侧面与端面同时燃烧的工作原理，由于初始燃烧面太小，压力上升时间长，其结果对产油地层造成的裂缝小而短，压裂有效成功率太低，而且需要在油井封堵条件下进行压裂施工，否则，产生的压力难以达到设计要求。由于点火和装药结构等技术原因，无法用于深井压裂，从而使高能气体压裂技术的发展和应用受到了很大的限制。

本发明的目的在于克服背景技术的不足，设计一种能产生多裂缝、长裂缝、无封堵、点火可靠和装药耐热的破碎燃烧无壳压裂弹。

本发明的构思：要实现上述目的，按现有压裂弹结构是无法解决的，因为现有的无壳压裂弹中装药都是端面燃烧，必须封堵气体压力才能循序上升到高压状态。现在利用火药燃烧产生的高温使油水汽化和火药气体向两端压缩，当气体压缩速度远远大于泄压速度时就形成了瞬时的液柱封堵。现有的传火管点火速度慢，不能使压裂弹的整体装药同时点燃。现有的火药，即使选用速燃药，因装药结构的限制，端面或侧面燃烧也达不到暖间(5-50ms)产生高压这一目的，而现有的爆炸压裂，压力上升太快，产生压实、崩裂问题。要解决上述问题，必须打破常规的点火和装药结构，采用火药破碎燃烧的形式来构思设计点火器和装药结构。为使无壳压裂弹整体装药在工作时按设计要求破碎，点火器的中心传火管(也是连接管)需预制径向槽或盲孔薄弱环节。管内装有比表面很大的易燃点火药，点火采用雷管引爆中心导爆索或炸药条，点火药只燃烧不爆炸，这种爆炸点火方式比火药点火速度快，尤其对几节装药几乎同时点火，使升压速度更快，特别适用于克服深井中高围压对造缝的影响。点火药可在几毫秒内燃烧产生大于100MPa压力的高温气体，把传火管的薄弱位置胀开，与此同时，主装药破裂，高温高压气体把破碎的药面点燃，实现破碎燃烧，借助油井液柱自身封堵，在5ms内达到产油地层破裂压力，造成多条径向裂缝。另一方面，本点火器属密闭式结构，从根本上解决了孔式点火器在深井使用时因装药挤入传火孔内造成点火不畅和瞎火的致命缺点。

为了提高压裂效果，必须使峰值压力保持有效的持续时间，使岩石裂缝伸长，在装药中应选择耐热180℃以上的火药和耐压可燃包覆层，采用速燃药和缓燃药进行级配，破碎燃烧无壳压裂弹在工作时，速燃药快速燃烧起到瞬时升压作用，缓燃火药燃烧滞后起到维持峰值恒定压力的作用。

本发明的破碎燃烧无壳压裂弹(A型)，以下简称A型弹，由弹头12、弹身3-11和弹尾1-2组成；

弹头12是钢制的圆锥体，圆锥体中心为M36×2螺纹用于弹身的连接。

弹身3-11由包覆层8，装药6、9、10，点火器4、5、7和上、下连接件3、11组成。

包覆层8是布、粘结剂和氧化剂组成，起防水和耐压作用。

装药是由缓燃药6、10和速燃药9组成，采用耐热的复合推进剂，或采用双基改性双基推进剂。分层铸装耐热的上下两层缓燃药和中间一层速燃药。