一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置

摘要

本发明公开了一种能够适应超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置，包括高温高压点火器、压裂枪管、耐高温防水火药、中心枪管系统及枪尾或连接接头，压裂枪管开有泄压孔。中心枪管系统是承压主体，由厚壁枪管、开孔弹、导爆索及弹架管组成。中心枪管系统既能够承受井内的高温高压坏境，又能够可靠点燃耐高温防水火药。该装置利用厚壁枪管支撑井内的超高压环境，利用开孔弹在厚壁枪管上开孔产生的爆轰波点燃耐高温防水火药，耐高温防水火药装在压裂枪管内，用于井深超过5000m，井压大于70MPa的高温高压井。该装置采用连接接头可串接成压裂管串用于长井段、大跨度或水平井的压裂解堵增产。

说明书

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，涉及一种脉冲爆燃压裂装置，特别是一 种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置。

背景技术

目前针对5000米以内浅井的压裂措施国内外均拥有成熟的技术。美国 专利（USP 5775426）公开了一种在射孔器外侧套装复合火药筒针对油气井 实施射孔压裂造缝的装置，此装置在射孔弹穿透射孔枪及套管的同时引燃枪 外的火药，由于下井时火药装在射孔枪外，仅用扶正环扶正，对于深井、大 斜度井易于发生井壁与火药摩擦自燃事故。中国专利申请（申请号： 200910023430.4）公开了一种水平井脉冲压裂加砂装置，采用将复合火药装 在筛管内，用中心管内的线性点火具点火引燃中心管外的火药。此装置解决 了火药下井时直接与管壁摩擦的问题，但中心管壁薄，耐不了高压，当采用 厚壁中心管时，线性点火具又无法正常点火，因此，此装置耐高压有限。随 着石油天然气开采深度的增加，对现有压裂装置的承压指标和耐温性能提出 了更高的要求。

综上所述，目前的压裂装置因结构设计存在的缺陷，还无法满足70MPa， 180℃以上的技术指标。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种适用于 超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置，其特征在于，包括高温高 压点火器、压裂枪管、耐高温防水火药、中心枪管系统及枪尾或连接接头。 其中，所述的压裂枪管开有泄压孔，耐高温防水火药和中心枪管系统位于压 裂枪管内，中心枪管系统是承压主体，由厚壁枪管、开孔弹、导爆索及弹架 管组成。中心枪管系统既能够承受井内的高温高压坏境，又能够可靠点燃耐 高温防水火药。该装置利用厚壁枪管支撑井内的超高压环境，利用开孔弹在 厚壁枪管上开孔产生的爆轰波点燃耐高温防水火药，引燃后的火药燃烧产生 高温高压气体对目的层实施压裂改造，达到解堵，除污染的效果。使用时耐 高温防水火药装在压裂枪管内，可避免下井火药与井壁摩擦，用于井深超过 5000米，井压大于70MPa以上的高温高压井，具有增产效果显著，使用安 全可靠的特点。此装置采用连接接头可串接成若干长度的压裂管串用于长井 段、大跨度或水平井的压裂解堵增产。

本发明的另一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置的替代结构A， 包括高温高压点火器、压裂枪管、耐高温火药、开孔弹、导爆索及弹架管及 枪尾或连接接头。其中，耐高温火药位于压裂枪管内，压裂枪管无需开有泄 压孔，也无需厚壁枪管。井下高压由无孔的压裂枪管承受。高温高压点火器 起爆导爆索后，开孔弹在压裂枪管开出孔眼，同时开孔弹爆轰波及碎片引燃 压裂枪管内的耐高温火药，此耐高温火药引燃前装在密闭空间内，可不要求 防水。引燃后的耐高温火药燃烧产生高温高压气体通过开孔弹产生的孔眼对 目的层实施压裂改造，达到解堵，除污染的效果。此装置采用公母连接接头 也可串接成若干长度的压裂枪管串用于长井段、大跨度或水平井的压裂解堵 增产。

本发明的又一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置的替代结构B 包括高温高压点火器、非金属壳体、耐高温防水火药、中心枪管系统及枪尾 或连接接头。耐高温防水火药和中心枪管系统位于非金属壳体内，中心枪管 系统是承压主体，由厚壁枪管、开孔弹、导爆索及弹架管组成。中心枪管系 统既能够承受井内的高温高压坏境，又能够可靠点燃耐高温防水火药。该装 置利用厚壁枪管支撑井内的超高压环境，利用开孔弹在厚壁枪管上开孔产生 的爆轰波点燃耐高温防水火药，使用时，耐高温防水火药外有非金属壳体， 将耐高温防水火药与井壁有效隔开，可避免下井时耐高温防水火药与井壁摩 擦，用于井深超过5000米，井压大于70MPa以上的高温高压井，具有增产 效果显著，使用安全可靠的特点。此装置采用公母连接接头可串接成若干长 度的压裂枪管串用于长井段、大跨度或水平井的压裂解堵增产。

本发明的再一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置的替代结构C， 包括高温高压点火器、耐高温防水火药、中心枪管系统及枪尾或连接接头。 中心枪管系统是承压主体，由厚壁枪管、开孔弹、导爆索及弹架管组成。耐 高温防水火药的形状是药柱，直接套接高温高压点火器与中心枪管系统之 间，中心枪管系统直接连接枪尾或连接接头。高温高压点火器、连接接头或 枪尾的直径均大于药柱的直径，将耐高温防水火药与井壁隔开；中心枪管系 统既能够承受井内的高温高压坏境，又能够可靠点燃耐高温防水火药。该装 置利用厚壁枪管支撑井内的超高压环境，利用开孔弹在厚壁枪管上开孔产生 的爆轰波点燃耐高温防水火药，引燃后的耐高温防水火药燃烧产生高温高压 气体通过开孔弹产生的孔眼对目的层实施压裂改造。由于高温高压点火器、 连接接头或枪尾的直径均大于耐高温防水火药的直径，可将耐高温防水火药 与井壁隔开，避免下井时耐高温防水火药与井壁摩擦，该装置可串接成若干 长度的管串用于长井段、大跨度或水平井的压裂解堵增产。

本发明的用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置或其替代结构A、B、 C中，耐高温防水火药或耐高温火药内可以均匀添加强度较高的固体颗粒物 如陶粒、石英砂、金属球颗粒等，火药燃烧后的气体可携带此固体颗粒物通 过射孔孔眼进入裂缝，用于支撑高压气体在地层压开的新裂缝，从而避免裂 缝闭合，具有压裂加砂双重作用。

附图说明

图1是一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置结构示意图；

图2是图1的截面结构示意图；

图3是本装置的另一种替代结构A；

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

需要说明的是，以下的实施例只是用于理解本发明，本发明不限于这些 实施例，因此，本领域一般技术人员在本申请的技术方案中的技术特征所作 的添加或替代，均应视为在本发明的保护范围之内。

另外，实施例中的耐高温防水火药或者耐高温火药均为本领域公知的， 具体制备可按照以下参考文献：

（1）周起槐．火药物理化学性能[M]．北京：国防工业出版社，1983。

（2）刘继华．火药物理化学性能[M]．北京：北京理工大学出版社，1997。

（3）张双计，油气井燃烧爆破技术[M]．西安：陕西科学技术出版社， 2003。

如图1、图2所示，本实施例给出一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压 裂装置的具体结构，包括高温高压点火器1、压裂枪管2、耐高温防水火药 3、中心枪管系统4及枪尾或连接接头5。其中，压裂枪管2开有泄压孔21。 中心枪管系统4由厚壁枪管41、开孔弹42、导爆索43及弹架管44组成。 该装置利用厚壁枪管41支撑井内的超高压环境，耐高温防水火药3装在压 裂枪管2内，可避免下井时耐高温防水火药3与井壁产生摩擦。高温高压点 火器1起爆后，经导爆索43传爆并起爆开孔弹42，开孔弹42在厚壁枪管 41上开出孔眼，爆轰产物从孔眼喷射出来，点燃耐高温防水火药3，引燃后 的耐高温防水火药3燃烧产生高温高压气体对目的层实施压裂改造，达到解 堵，除污染的效果。

如图3所示，本实施例给出另一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装 置的替代结构A，包括高温高压点火器1、压裂枪管2′、耐高温火药3′、 开孔弹42、导爆索43及弹架管44及枪尾或连接接头5。其中，压裂枪管2′ 无需开泄压孔，也无需安装厚壁枪管41。井下高压由无孔的压裂枪管2′承 受，耐高温防水火药3装在没有开泄压孔的压裂枪管2内，耐高温火药3′ 可不要求防水。高温高压点火器1起爆后，经导爆索43传爆并起爆开孔弹 42，开孔弹42在压裂枪管2′开出孔眼，同时开孔弹爆轰波及碎片引燃压 裂枪管内的耐高温火药3′，引燃后的火药燃烧产生高温高压气体通过开孔 弹产生的孔眼对目的层实施压裂改造，达到解堵，除污染的效果。

本实施例给出又一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置的替代结 构B，包括高温高压点火器1、非金属壳体2″、耐高温防水火药3、中心 枪管系统4及枪尾或连接接头5。中心枪管系统4由厚壁枪管41、开孔弹 42、导爆索43及弹架管44组成。其中，耐高温防水火药3和中心枪管系统 4位于非金属壳体2″内，中心枪管系统4是承压主体，由厚壁枪管41、开 孔弹42、导爆索43及弹架管44组成；该装置利用厚壁枪管41支撑井内的 超高压环境，耐高温防水火药3外有非金属壳体2″，将耐高温防水火药3 与井壁隔开，可避免下井时耐高温防水火药3与井壁摩擦。高温高压点火器 1起爆后，经导爆索43传爆并起爆开孔弹42，开孔弹42在厚壁枪管41上 开出孔眼，爆轰产物从孔眼喷射出来，点燃耐高温防水火药3，引燃后的耐 高温防水火药3燃烧产生高温高压气体对目的层实施压裂改造，达到解堵， 除污染的效果。

本实施例给出再一种用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置的替代结 构C，包括高温高压点火器1、耐高温防水火药3、中心枪管系统4及枪尾 或连接接头5。耐高温防水火药3的形状是药柱，直接套接高温高压点火器 1与中心枪管系统4之间，中心枪管系统4直接连接枪尾或连接接头5；中 心枪管系统4是由厚壁枪管41、开孔弹42、导爆索43及弹架管44组成。 该装置利用厚壁枪管41支撑井内的超高压环境，制作时，高温高压点火器 1、连接接头或枪尾5的直径均大于耐高温防水火药3直径，可将耐高温防 水火药3与井壁隔开，避免耐高温防水火药3下井时与井壁产生摩擦。当高 温高压点火器1起爆后，经导爆索43传爆并起爆开孔弹42，开孔弹42在 厚壁枪管41上开出孔眼，爆轰产物从孔眼喷射出来，点燃耐高温防水火药 3，引燃后的耐高温防水火药3燃烧产生高温高压气体对目的层实施压裂改 造，达到解堵，除污染的效果。

上述用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置或其替代装置A、B、C均 可采用连接接头串接成若干长度的压裂管串，用于长井段、大跨度或水平井 的压裂解堵增产。

本发明的用于超高温高压井的脉冲爆燃压裂装置施工时，依据处理地层 长度和夹层要求装配各组件，然后在地面或吊于井口将各组件连接起来。采 用油管传输或电缆传输方式将该装置送入井下目的层段，经校深定位后，油 管传输方式采用井口投棒或加压起爆。电缆传输方式采用电缆通电起爆。点 火后的30min以内，为能量释放时间，剩余能量通过井口管线释放，待30min 后并且井口井液喷涌结束后，关闭井口观察井压，待井压稳定后再回收下井 装置。