[发明专利]油井的射孔和压裂装置

说明书

本发明涉及一种完井装置，特别是一种将射孔和压裂两项作业结合在一起的多功能完井装置，具体地说是通过炸药爆炸驱动金属射流穿透套管、水泥层，并在周围的油层中打出足够深的孔道，然后再利用炸药爆轰产生的高压将含能材料推进这个孔道，并使其在孔道中发生爆燃(或爆轰)，以便在油层中造成更多更深的裂纹的完井装置。

在石油勘探和采油时，如图1所示要对油田先进行钻井及下套管，再把套管与地层之间用水泥加固，然后把装有射孔器的射孔枪下入套管内适当深度，起爆射孔器，使其在套管和油层间打出一个通道。然而，由于含油结构的差异，渗透能力不同，射孔之后通常不能立刻产油，或者不能得到满意的产量。因此还要进行图2所示的压裂。即将含有压裂砂的压裂液注入套管中，封闭井口，用压裂车给封闭在套管中的液体加压至600个大气压甚至更高，这个压力通过压裂液作用在孔道周围的油层上，使其产生新的更深的裂纹。裂纹压开之后，压裂砂随着压裂液进入油层裂缝中，并留在那里，使之成为永久的裂纹。这样处理后的油井一般可在3-5年内保持稳定高产。目前的问题是压裂作业不仅工程浩瀚，耗资巨大，而且在条件恶劣的环境如沙漠，海洋及交通不便的山区根本无法实现。

本发明之目的是针对上述问题，提供一种具备射孔和压裂两种功能的完井装置，使射孔和压裂两项作业一次完成。这不仅节省一半以上的人力，物力和资金，而且不受环境限制，在任何场合中都可以实现。

本发明的目的是这样实现的，一种完井装置，特别是一种将射孔和压裂两项作业结合在一起多功能完井装置，它包括普通的石油射孔器和具有压裂功能的后效作用部分，其结构特点是在普通射孔器的前方置有后效作用部分，后者包括能在瞬间产生大量高温高压气体的含能材料，以及盛装此含能材料的前仓。

前仓底部留有供射流、炸药爆轰产物及含能材料通过的圆孔，内表面为易于含能材料喷出的流线或折线型表面。前仓为金属、粉未冶金或其它耐温材料制成。

含能材料可以是火药、炸药、推进剂以及它们的混合物，为低密度环形块状结构，内表面留有可以让射流及炸药爆轰产物通过的圆孔，外表面为流线或折线型旋转体表面。在含能材料中添加少量压裂砂(重量百分比10％)，则压裂效果更好。

为增加含能材料向轴心运动的速度，本发明有另一种结构：它包括普通射孔器和具有压裂功能的后效部分，其特点是在后效作用部分中增加一环形侧向驱动隔板，其位置在含能材料外侧，前仓内侧，但与前边仓内壁间留一薄层空气间隙。其作用是让射孔器装药爆轰产生的高压先进入这层空气间隙中，并利用它推动侧向驱动隔板向内运动，侧向驱动隔板再将这个运动传递给里面的含能材料。

针对某些特殊需要，本发明采用如下结构：它包括普通射孔器和后效作用部分，其特点是将主含能材料置于普通射孔器前方中部，主含能材料外侧充添一薄层侧向驱动含能材料，最外部罩有前仓。其目的是利用射孔器装药产生的冲击波及装药爆轰产物的冲击引燃侧向驱动含能材料，使其发生快速化学反应，推动主含能材料向轴心运动，以至最后从前仓底部圆孔中喷出。

进入孔道中的主含能材料的点火采用自引。自引燃就是利用侧向驱动含能材料的冲击高温(或在其中加少量敏化剂)，使进入孔道后的主含能材料受冲击压缩升温后自燃。

由于采用了上述方案，本发明具有射孔和压裂两种功能的完井装置可通过在射孔器前方充添含能材料来实现：普通射孔器引爆后，驱动金属射流在油层中射孔。由于射流速度很高，它走过的途径周围(特别是含能材料中心孔附近)就形成了低压区：同时射孔器装药的爆轰，爆轰产物的迅速膨胀，导致本完井装置内部压力急剧升高，这两者共同作用将含能材料从前仓的孔中挤出，充添在射流打出的孔道内，然后起爆孔道中的含能材料。含能材料点火后瞬间产生大量气体，在孔道中产生几百——上千大气压的高压，这个压力远大于油层结构的抗拉强度，结果油层被压开，裂出新的更深的裂缝，为地层中石油的流出提供了通道。这使压裂工艺大为简化，费用节省，作用直接，瞬间压力可为水力压裂的1-2倍，而且在任何恶劣的环境中都可以实现。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图1是石油勘探和采油的油井射孔作业示意图。

图2是传统的压裂作业示意图。

图3是普通石油射孔器示意图。

图4是普通石油射孔器射孔过程示意图。

图5是本发明具有射孔和压裂两项功能的完井装置示意图。

图6本发明前仓带侧向驱动隔板的完井装置示意图。

图7本发明前仓内带侧向驱动含能材料的完井装置示意图

图8本发明用于完井作业的装配示间图。