CN106368663B - 一种油气井高能气体压裂增产装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气井高能气体压裂增产装置，包括封隔器、减震器、油管、点火装置、泄压和传火组件、第一燃气发生器、第二燃气发生器、延时传火装置和射孔压力计。该装置中燃气发生器快慢燃速搭配串接，且在两者之间安装延时传火装置。燃烧过程中产生的气体峰值压力不大于100MPa，单级燃气发生器燃烧时间不小于10s，且可产生压力可控的多级脉冲。泄压和传火组件保证了燃气发生器燃烧产生的高能气体能够从筛管中径向喷入井筒中，对准目的地层精准压裂，并能够长时间有效作用，可在岩层上形成多条宽而深的辐射状裂纹，有效地解除了地层孔道堵塞和污染，改善了油层的渗透性，扩大了井筒周边采油半径，达到提高油水井产量的目的。
Description
技术领域
本发明属于油田开采领域，主要涉及一种采用燃气发生器对油层改造和增产的高能气体压裂装置。
背景技术
高能气体压裂(High Energy Gas Fracture,简称HEGF)是利用发射药或火箭推进剂在井筒中快速燃烧产生大量的高温高压气体，在目标产层上压出辐射状多裂缝体系，改善近井地带的渗透性能，从而增加油气井产量和注水井注入量的一项增产措施。由于在使用过程中能够产生压力脉冲、酸化、机械以及热化学等作用，可有效清除近井带由于钻井、射孔等施工措施所造成的污染和堵塞，同时，由于相比水力压裂具有成本低、施工工艺简单、对环境适应性强，且增产效果显著等特点，越来越受到重视。
当前该技术现场应用的较多，但是由于现有技术的产品在施工过程中燃烧时间极短，基本为几十至几百毫秒，产气峰值压力过高且难以控制，不但作用效果较差或不明显，而且极容易造成事故。因此，为满足当前高能气体压裂对精准压裂的要求，需研制出一套燃烧时间长(几十秒至数分钟)，并能产生可控压力多级脉冲，且能够对准目的层精准压裂的油藏采收增产装置。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种油气井高能气体压裂增产装置。该装置具有结构简单、安装操作方便、不受施工场地限制、施工效果佳和安全性能好等特点。
本发明的技术方案是：一种油气井高能气体压裂增产装置，包括封隔器、减震器2、油管3、点火装置3、泄压和传火组件5、第一燃气发生器6、第二燃气发生器9、延时传火装置7和射孔压力计8；
减震器、油管、点火装置、泄压传火组件至上而下串接在一起、泄压和传火组件(5)、第一燃气发生器(6)依次串接；第一燃气发生器(6)与第二燃气发生器(9)燃速不同，若干所述第一燃气发生器(6)与若干所述第二燃气发生器(9)相互交替通过延时传火装置(7)串接；射孔压力计(8)位于最后一节燃气发生器下方，用于测量井筒内压力变化，两个封隔器均位于井筒套管内壁和油管外壁之间，分别坐封减震器(2)上方的油管和射孔压力计(8)下方的油管。
本发明的进一步技术方案是：所述第一燃气发生器(6)为两端开口的金属圆管，内部空腔为柱状体，且空腔内装有复合固体推进剂；管体外壁径向开有若干盲孔，燃速为25mm/s≥V1≥7mm/s。
本发明的进一步技术方案是：所述第二燃气发生器(9)为两端开口的金属圆管，内部空腔为柱状体，且空腔内装有复合固体推进剂；管体外壁径向开有若干盲孔，燃速为V2<7mm/s。
本发明的进一步技术方案是：所述泄压和传火组件(5)包括传火管(17)、筛管(18)、第一传火接头(16)和第二传火接头(20)、滑套(21)；第一传火接头(16)和第二传火接头(20)均为阶梯状空腔柱状体；筛管(18)为两端开口的空腔柱状体，管体外壁径向开有若干通孔；筛管(18)两端分别与第一传火接头(16)和第二传火接头(20)相互连接，形成内部贯通的空腔体；传火管(17)位于该贯通的空腔体内，一端伸入第一传火接头(16)的阶梯状空腔内，且与第一传火接头(16)连接并通过密封结构密封；传火管(17)另一端伸入第二传火接头(20)阶梯状空腔内，在该空腔内传火管(17)和第二传火接头(20)之间设有滑套(21)，且滑套(21)与第二传火接头(20)之间、滑套(21)与传火管(17)之间均通过密封结构进行密封；筛管(18)内空腔内径大于第二传火接头(20)阶梯状空腔的最大阶梯内径；传火管(17)内装有传火药(19)；外部高压气体从第二传火接头(20)的空腔内进入，推动滑套(21)单向轴向滑动，单向推动滑套(21)沿着传火管(17)向第一传火接头(16)方向滑动，使得高压气体随滑套(21)进入筛管(18)空腔内，通过筛管(18)上的通孔释放排出。
本发明的进一步技术方案是：所述延时传火装置(7)包括延时隔板点火具(23)、本体(24)、活塞(22)；所述本体(25)轴向开有若干通孔，其中一个通孔过轴心，其余通孔围绕轴心通孔周向均布；隔板点火具(23)密封装配于轴心开有的通孔中；若干活塞(25)密封装配于其余通孔中。
发明效果
本发明的技术效果在于：通过两种燃气发生器搭配串接，且在燃气发生器之间装配延时传火装置，能够有效控制增压速度和产气的峰值压力，并能够产生压力可控的多级脉冲效应。同时燃气发生器燃烧过程中燃面变化具有端面燃烧的特征,提高了燃烧的稳定性和极大地延长了燃烧时间。该增产装置燃烧过程中产生的气体峰值压力不大于100MPa，单级燃气发生器6燃烧时间不小于10s，且泄压和传火组件5保证了燃气发生器6燃烧产生的高能气体仅能够从筛管18中有效径向喷入到井筒中，对准目的地层精准压裂，并能够长时间有效作用，在岩层上产生多条宽而深的辐射状裂纹，有效地解除了地层孔道堵塞和污染，改善了油层的渗透性，扩大了井筒周边采油半径，达到提高油水井产量的目的。同时，该装置施工后井下无任何落物，不污染油气层。
附图说明
图1为本装置结构示意图
图2为本实施例中燃气发生器结构示意图
图3为泄压和传火组件结构示意图
图4为延时传火装置结构示意图
附图标记说明：1-第一封隔器；2-减震器；3-油管；4-点火装置；5-泄压和传火组件；6-第一燃气发生器；7-延时传火装置；8-射孔压力计；9-第二燃气发生器；10-第二封隔器；11-复合固体推进剂；12-壳体；13-泄压盲孔；14-密封面；15-连接螺纹；16-第一传火接头；17-中心传火管；18-筛管；19-传火药；20-第二传火接头；21-滑套；22-活塞；23-延时隔板点火具；24-本体。
具体实施方式
参见图1-图4，本发明通过油管3将减震器2、点火装置4、泄压和传火组件5、燃气发生器和射孔压力计8下入目的层，并使用双封隔器封堵油套压裂作用空间，由井口投棒或井口油管内加压的方法起爆点火装置，点火装置点火引燃泄压和传火组件5中的传火药19，传火并点燃燃气发生器中装药，燃烧产生大量的高温、高压气体推开第二传火接头20中的滑套21释放到筛管18中，并顺着筛管18的孔眼径向喷入到套管中，对目的地层做功。燃气发生器分为第一燃气发生器6和第二燃气发生器9两种类型，两种类型可以两者相互搭配串接，同样也可使用其中一种燃气发生器，其余的用另外一种燃气发生器。在本实施例中，采用第二种工艺结构连接方式，并在燃气发生器与燃气发生器之间安装延时传火装置7，有效控制了产气的增压速度和峰值压力，并能够产生压力可控的多级脉冲效应。在燃气发生器壳体12上设置有泄压盲孔13结构，当燃气发生器在燃烧过程中产生压力过大而来不及释放到筛管18中，则泄压盲孔13打开将压力释放到套管中，防止发生爆轰现象，破坏套管和井下工具。减震器2连接在点火装置4的上段，并与点火装置4之间连接油管3，当井下的燃气发生器发生爆燃时，其受力后由于缓冲胶皮筒和弹簧的设置能伸缩可以减减小油管管柱和井口的压力，避免油管管柱和井口遭受剧烈震动和冲顶而损坏。将高速射孔压力计8连接在最后一节燃气发生器的下端，可以采集施工过程中燃气发生器燃烧过程井筒内压力变化曲线，根据采样的数据，可评价本次施工效果。同时，与预测的数据进行对比，对数据进行修正，存入数据库，指导以后同区块施工。油管管串以下结构包括第一封隔器1、减震器2、油管3、点火装置4、泄压和传火组件5、燃气发生器、延时传火装置7、射孔压力计8、油管3、第二封隔器9。所述燃气发生器分为第一燃气发生器6和第二燃气发生器9两种型号。其中，第一燃气发生器6的燃速V1为25mm/s≥V1≥7mm/s；第二燃气发生器9的燃速V2为V2<7mm/s。燃气发生器内装有复合固体推进剂11，在改变燃气发生器结构或者固体推进剂配方时都能实现燃速上的区别，本实施例中，第一燃气发生器6内固体推进剂为快燃速推进剂，第二燃气发生器17的固体推进剂为慢燃速推进剂，两者装药类型均为丁羟推进剂，两者区别在于组份含量、粒度和粒级配，以及燃烧添加剂上的不同。壳体12为两端有连接螺纹15和密封面14的金属圆管，外表面设置有泄压盲孔13，且每个壳体12上的数量不少于8个，孔眼直径不小于28mm；壳体12外径为73～127mm。每支燃气发生器长度不小于500mm。所述燃气发生器装药为实心装药，燃烧过程中燃面变化具有端面燃烧的特征。
所述泄压和传火组件5外部为一支圆柱形金属筛管18，内部为一支圆柱形金属中心传火管17。它与点火装置4和燃气发生器螺纹连接。点火顺序为：点火装置4首先点火引燃泄压和传火组件5中的传火药19，然后泄压和传火组件5传火点燃燃气发生器中装药，最后燃气发生器燃烧产生高能气体从泄压和传火组件5筛管18中释放。其中，筛管18长度不小于500mm。所述第一燃气发生器6和第二燃气发生器9两种型号搭配串接，串接数量为2～10发。点火燃烧过程产生多级可控气体压力脉冲，产生的气体峰值压力不大于100MPa，单级燃气发生器燃烧时间不小于10s。所述延时传火装置7安装在两发燃气发生器之间，延期时间不少于25ms。所述点火装置4采用投棒撞击或油管内部加压方法点火。所述第一封隔器1距第一发燃气发生器的上端不小于30m，第二封隔器10距最后一发燃气发生器的下端不小于30m。所述射孔压力计8放置在缓冲装置中，安装在最后一发燃气发生器下端，第二封隔器10上段，距最后一发燃气发生器下端大于或等于0.5m。
本实施例中，第一封隔器1采用Y431型或Y111型封隔器，并加上水力锚以保证承压能力；第一封隔器1坐封在第一发燃气发生器上端连接的第四根油管和套管之间；第二封隔器10采用Y211型封隔器，坐封在最后一发燃气发生器的下端连接的第四根油管和套管之间。点火装置4与在第一封隔器1下面的油管3相连接，可以通过井口投棒或井口油管内加压起爆。在其下面顺序连接泄压和传火组件5、第一发燃气发生器6、延时传火装置7、第二燃气发生器9、延时传火装置7、第二发燃气发生器9、延时传火装置7、第二燃气发生器9、延时传火装置7、第二燃气发生器9、射孔压力计8。其中，第一发燃气发生器6和第二燃气发生器9均为燃气发生器的一种。燃气发生器包括：复合固体推进剂11、壳体12、泄压盲孔13、密封面14、连接螺纹15。其中，复合固体推进剂11置于壳体12中，壳体12为两端有密封面14和连接螺纹15的金属圆管，外表面设置有泄压盲孔13，且数量不少于8个，孔眼直径不小于28mm；壳体12外径为73～127mm。每支燃气发生器长度不小于500mm。燃气发生器燃烧过程中燃面变化具有端面燃烧的特征。
本发明的工作原理为：在双封隔器密封的工作条件下，由井口投棒或油管内加压的方法起爆点火装置，点火装置4点火引燃泄压和传火组件5中的火工品，传火点燃第一燃气发生器6装药，燃烧产生大量的高温、高压气体释放到筛管18中，并且顺着筛管18的孔眼径向喷入井筒中，对目的地层做功。第一发燃气发生器6燃完后，延时传火装置7延期一段时间后点燃第二燃气发生器9，当其燃完后，延时传火装置7延期一段时间后又将第二燃气发生器9点燃，如此循环，最终所有发燃气发生器燃完结束。解除双封隔器坐封，提出管串，取下射孔压力计8读取燃气发生器燃烧过程井筒内压力变化曲线，根据采样的数据，评价本次施工效果。同时与预测的数据进行对比，对数据进行修正，存入数据库，指导以后同区块施工。
Claims (2)
1.一种油气井高能气体压裂增产装置，其特征在于，包括封隔器、减震器(2)、油管(3)、点火装置(4)、泄压和传火组件(5)、第一燃气发生器(6)、第二燃气发生器(9)、延时传火装置(7)和射孔压力计(8)；减震器、油管、点火装置、泄压传火组件至上而下串接在一起，泄压和传火组件(5)、第一燃气发生器(6)依次串接；第一燃气发生器(6)与第二燃气发生器(9)燃速不同，若干所述第一燃气发生器(6)与若干所述第二燃气发生器(9)相互交替通过延时传火装置(7)串接；射孔压力计(8)位于最后一节燃气发生器下方，用于测量井筒内压力变化，两个封隔器均位于井筒套管内壁和油管外壁之间，分别坐封减震器(2)上方的油管和射孔压力计(8)下方的油管；所述第一燃气发生器(6)为两端开口的金属圆管，内部空腔为柱状体，且空腔内装有复合固体推进剂；管体外壁径向开有若干盲孔，燃速为25mm/s≥V1≥7mm/s；所述第二燃气发生器(9)为两端开口的金属圆管，内部空腔为柱状体，且空腔内装有复合固体推进剂；管体外壁径向开有若干盲孔，燃速为V2<7mm/s；所述泄压和传火组件(5)包括传火管(17)、筛管(18)、第一传火接头(16)和第二传火接头(20)、滑套(21)；第一传火接头(16)和第二传火接头(20)均为阶梯状空腔柱状体；筛管(18)为两端开口的空腔柱状体，管体外壁径向开有若干通孔；筛管(18)两端分别与第一传火接头(16)和第二传火接头(20)相互连接，形成内部贯通的空腔体；传火管(17)位于该贯通的空腔体内，一端伸入第一传火接头(16)的阶梯状空腔内，且与第一传火接头(16)连接并通过密封结构密封；传火管(17)另一端伸入第二传火接头(20)阶梯状空腔内，在该空腔内传火管(17)和第二传火接头(20)之间设有滑套(21)，且滑套(21)与第二传火接头(20)之间、滑套(21)与传火管(17)之间均通过密封结构进行密封；筛管(18)内空腔内径大于第二传火接头(20)阶梯状空腔的最大阶梯内径；传火管(17)内装有传火药(19)；外部高压气体从第二传火接头(20)的空腔内进入，推动滑套(21)单向轴向滑动，单向推动滑套(21)沿着传火管(17)向第一传火接头(16)方向滑动，使得高压气体随滑套(21)进入筛管(18)空腔内，通过筛管(18)上的通孔释放排出。
2.如权利要求1所述的一种油气井高能气体压裂增产装置，其特征在于，所述延时传火装置(7)包括延时隔板点火具(23)、本体(24)、活塞(22)；所述本体(25)轴向开有若干通孔，其中一个通孔过轴心，其余通孔围绕轴心通孔周向均布；隔板点火具(23)密封装配于轴心开有的通孔中；若干活塞(22)密封装配于其余通孔中。
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