一种液体火药胶囊及应用液体火药胶囊的高能气体压裂工艺

摘要

本发明涉及一种液体火药胶囊及应用液体火药胶囊的高能气体压裂工艺，本发明将液体火药密封存储于胶囊壳中，然后将多个液体火药胶囊通过中心管和连接管依次进行连接形成液体火药胶囊压裂弹。再利用电缆将该液体火药胶囊压裂弹输送至目的层段，通过点火器点燃点火药，点火药燃烧产生的高温通过中心铝管传热，从而点燃液体火药将高温高压燃气能量作用于目的层岩石，实现压裂作业。本发明改变了液体火药的存在形式，也改进了现有的压裂工艺，对低渗透、高致密、地层破裂压力高或地层应力差异系数大的非常规油气储层作用明显，可实现大范围的复杂缝网压裂改造，大大降低地层破裂压力和地应力差异系数，增大油气泄流面积，提高油气产量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体火药胶囊及应用液体火药胶囊的高能气体压裂工艺，属于油气 田储层压裂改造技术领域。

背景技术

目前，高能气体压裂及其复合压裂改造技术在国内外油气田已得到广泛的应用，并 取得了良好的效益。该技术主要分为固体火药高能气体压裂和液体火药高能气体压裂， 前者目前应用广泛且工艺技术已经成熟，后者相对于前者虽然在燃爆有效作用时间、压 裂改造长度和规模、材料成本等技术指标上有着明显的优势，但现阶段却仍停留在矿场 试验阶段。专利号为200410026187.9，发明名称《油气层液体火药压裂方法及其装置》 的中国发明专利公开了目前主流的液体火药高能气体压裂配方及施工工艺。现阶段液体 火药高能气体压裂技术应用较少的主要原因如下：

1、液体火药相对于固体火药运输过程复杂，运输及操作安全要求高，受限条件多。

2、液体火药配置流程繁琐，需要现场进行配置，由于其配置过程是吸热反应，另需 锅炉车和暖气片等设备进行加热以加快配药过程，增加了施工成本和时间。

3、液体火药高能气体压裂施工工序复杂。另需要配置隔离液、顶替液，下井过程需 要起下油管，然后用泵车依次泵入隔离液、液体火药、隔离液和顶替液。此施工流程时 间太长，工序过多。

4、液体火药高能气体压裂施工对操作及点火的安全要求比固体火药高能气体压裂更 高，相反其危险系数也越大。

5、液体火药易溶于水，下井过程中，操作不当或出现事故便会被压挡液稀释，进而 失效，造成其施工成功率较低。

6、液体火药高能气体压裂技术可进行应用的前提为液体火药、隔离液和压挡液因密 度和亲水性差异在重力作用下分层，因而其不能应用于由泥浆作为压挡液的超高压油气 井和水平井等井况，应用范围有限。

综合上述原因可知，液体火药高能气体压裂技术应用受限的根本原因在于复杂的装 药和施工工序，因而亟需简化和改进其装药过程和施工工艺流程，以期推广该技术的现 场应用量和应用范围。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明重新设计了液体火药装药流程和形式，并大大简化和 改进了该技术的现场施工工艺。

本发明的技术方案如下：

一种液体火药胶囊，所述液体火药胶囊包括胶囊壳、密封塞和密封存储于胶囊壳内 的液体火药，所述胶囊壳包括一贯穿胶囊壳的通孔，所述胶囊壳上设有注药孔，所述密 封塞封堵于注药孔。

优选的，所述通孔的两端设有内螺纹。

优选的，所述液体火药胶囊还包括中心管，所述中心管的两端设有外螺纹，所述中 心管贯穿通孔并与通孔螺纹连接。

优选的，所述密封塞为螺钉，所述注药孔设有内螺纹，所述螺钉与注药孔螺纹连接。

优选的，所述胶囊壳的外形为中空圆柱体，所述通孔贯穿中心圆柱体的中轴线。

一种液体火药胶囊压裂弹，包括多个相连接的液体火药胶囊、连接管、点火器和尾 堵，所述连接管的两端分别连接相邻的两个贯穿液体火药胶囊的中心管，所述点火器设 置于贯穿最顶端液体火药胶囊中心管的顶部，所述尾堵设置于贯穿最底端液体火药胶囊 中心管的底部。

优选的，所述连接管的两端设有内螺纹，所述连接管与中心管螺纹连接。

优选的，所述尾堵为一端开口的中空铝合金圆筒，并在其开口处设有内螺纹，所述 尾堵与中心管的底部螺纹连接。

优选的，所述点火器为交流电或磁爆频率电点火装置。

一种应用液体火药胶囊的高能气体压裂工艺，包括以下步骤，

(1)在井筒套管内充满压挡液，然后用射孔枪射开目的层段；

(2)将磁定位器连接在电缆上，利用电缆将磁定位器送入井筒套管内，下井测定位 曲线以确定目的层段深度；

(3)在目的层段的井筒套管底部下入桥塞坐封构筑人工井底；

(4)根据步骤(2)已测定的目的层段的深度，利用事先将液体火药胶囊组装成的 液体火药胶囊压裂弹与电缆连接，利用电缆将液体火药胶囊压裂弹下井至目的层段；

(5)敞开井筒，电缆通电引爆点火器，进而引燃液体火药，液体火药胶囊压裂弹产 生大量高能高压气体，穿透射孔孔眼压裂地层，进行压裂作业。

优选的，步骤(4)中，所述液体火药胶囊压裂弹通过挂钩与电缆连接。

优选的，步骤(4)中，使液体火药胶囊压裂弹的中心与目的层段的中心处于同一水 平面。

优选的，该压裂工艺还包括步骤(7)：高能气体压裂作业结束后，检查油气井，撤 离井场。

优选的，步骤(1)中，所述压挡液为清水、CaCl₂溶液、KCl溶液或钻井泥浆。

本发明所提供的用电缆输送液体火药胶囊的高能气体压裂工艺，其主要用于低渗透、 高致密、地层破裂压力高或地层应力差异系数大(>0.25)的非常规油气储层，在下井作 业完毕后，通过点火器点燃点火药，点火药燃烧产生的高温通过中心铝管传热，从而点 燃液体火药胶囊中的液体火药，液体火药在胶囊壳内快速燃烧憋压的同时，撑破液体火 药胶囊的薄外壳，将高温高压燃气能量作用于目的层岩石，可实现大范围(20～40m)的 复杂缝网压裂改造，大大降低地层破裂压力和地应力差异系数，增大油气泄流面积，提 高油气产量。

本发明的有益效果在于：

1.本发明液体火药胶囊改变了传统液体火药的存在形式，使液体火药不需要去现场 配置，可先配置好并装入液体火药胶囊壳中密封，直接将液体火药胶囊送至施工现场即 可，如此可大大省去复杂危险的传统液体火药运输过程，并节省下了漫长的配置时间， 装药程序得以极大简化。

2.利用本发明提供的液体火药胶囊，使得液体火药的下井工艺过程不需要油管、不 需要泵车、水泥车等额外大型设备、不需要配置隔离液和顶替液，只需将液体火药胶囊 在地面一节一节连接好用电缆下入目的层即可，由此大大简化了下井工艺流程，节约了 作业时间，降低了作业风险。

3.本发明将液体火药胶囊，由于液体火药密封于胶囊壳中，因此在点燃前不会与压 挡液接触而被稀释，增大了施工作业的成功率，同时也提高了作业安全性。

4.在本发明液体火药胶囊高能气体压裂的点火工艺中采用电缆通电点火，相对目前 的投棒点火工艺省去了再下入油管投棒的工序，且点火成功率更高。

5.在本发明中，液体火药由于密封于胶囊中，故液体火药胶囊高能气体压裂不再受 限于下井后必须呈现的液体火药、隔离液和压挡液分层隔离的状态，故可如固体火药一 样应用于泥浆或重密度压挡液压井的高地层压力油气井或水平井等特殊井况，拓展了液 体火药高能气体压裂的应用范围。

附图说明

图1为本发明中液体火药胶囊壳的剖面图；

图2为本发明中液体火药胶囊壳的俯视图；

图3为本发明中液体火药胶囊压裂弹的结构示意图；

图4为液体火药胶囊高能气体压裂下井施工作业完毕后的结构示意图。

其中：1、井筒套管；2、电缆；3、压挡液；4、人工井底；5、射孔孔眼；6、液体 火药胶囊压裂弹；7、挂钩；8、点火器；9、中心管；10、液体火药；11、连接管；12、 尾堵；13、胶囊壳；14、液体火药胶囊；15、通孔；16、注药孔。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本实施例提供一种液体火药胶囊，如图1和图2所示，所述液体火药胶囊包括胶囊 壳13、密封塞和密封存储于胶囊壳内的液体火药10，胶囊壳13包括一贯穿胶囊壳的通 孔15，在所述胶囊壳13的一侧设有注药孔16，密封塞封堵于注药孔16。

其中，胶囊壳13的外形为中空圆柱体，通孔15位于该中空圆柱体的中轴线上，液 体火药10密封存储于该中空圆柱体的环形内腔内，胶囊壳13长500mm，外径Φ₁为75mm， 外环壁厚1.5mm，通孔15的内径Φ₂为50mm，内环壁厚5mm，其内径与外径之间的上 下端面密封，且上、下端面厚度为5mm，在上端面内径与外径中间处有一直径Φ₃为10mm 的注药孔16。

其中，通孔15的两端设有内螺纹，通孔两端内壁上的内螺纹分别长15mm，公称直 径为25mm，螺距为2mm。

液体火药胶囊的胶囊壳13，其外壳与通孔15之间的环形内腔用于装盛液体火药10， 液体火药10由注药孔16注入，注药完成后用螺钉拧紧注药孔16。

该液体火药胶囊还包括中心管9，中心管的两端设有外螺纹，中心管9贯穿通孔15 并与通孔螺纹连接。中心管为中空铝合金圆管，长为540mm，外径为25mm，内径为 16mm，其具体长度比液体火药胶囊壳长40mm。中心管两端外壁各有长为25mm、公称 直径为25mm、螺距为2mm的外螺纹。

密封塞选用螺钉，注药孔16的内壁上设置有内螺纹，螺钉与注药孔螺纹连接。注药 孔内壁上的内螺纹公称直径为10mm，螺距为1.5mm，螺钉长度为6mm、公称直径为 10mm、螺距为1.5mm。

另外，液体火药的配方组分选用现有技术即可，可选择包含下列质量百分比的组分：

氧化剂：50％-80％；

燃烧剂：10％-35％；

溶剂：10％-40％；

性能改良剂：0.5％-5％。

其中，氧化剂为过氯酸铵、硝酸铵或二者的混合物。燃烧剂为二乙二醇、甘油、尿 素、乙酸乌洛托品中的一种或任意几种的组合物。溶剂为清水。性能改良剂为硝酸钠或 硝酸钾。

实施例2：

本实施例提供一种液体火药胶囊，结构如实施例1所述，其不同之处在于：胶囊壳 13长1000mm，外径Φ₁为90mm，外环壁厚3mm，通孔的内径Φ₂为50mm，内环壁厚 5mm，其内径与外径之间的上下端面密封，且上、下端面厚度为8mm，在上端面内径与 外径中间处有一直径Φ₃为10mm的注药孔16。

实施例3：

本实施例提供一种液体火药胶囊压裂弹，如图3所示，包括三个(实际作业过程中 的液体火药胶囊压裂弹按照压裂射孔段长度确定，液体火药胶囊压裂弹处于射孔段的中 中轴线上，其总长度不应超过射孔段上下各0.5m)相连接的液体火药胶囊(图3中仅画 出三个液体火药胶囊做示意)、连接管11、点火器8和尾堵12，连接管11的两端分别连 接相邻的两个贯穿液体火药胶囊的中心管，点火器8设置于贯穿最顶端液体火药胶囊中 心管的顶部，尾堵12设置于贯穿最底端液体火药胶囊中心管的底部。

连接管11两端的内壁上设置有内螺纹，连接管11的两端分别与相邻两个贯穿液体 火药胶囊的中心管9端部的螺纹连接。

连接管为中空铝合金圆管，长为60mm、内径25mm、外径30mm，其内壁为内螺纹， 螺纹公称直径为25mm，螺距为2mm。

尾堵12为一端开口的中空铝合金圆筒，并在其开口处设置有内螺纹，尾堵12与最 底端液体火药胶囊的中心管的底部螺纹连接。

尾堵为一端密封，另一端开口的中空铝合金圆筒，长为15mm，内径为25mm，外径 为30mm，其内壁为内螺纹，螺纹公称直径为25mm，螺距为2mm。

点火器8为交流电或磁爆频率电点火装置。

液体火药胶囊中的液体火药的峰值压力为106.5～134.7MPa，其耐温性能好，耐温大 于130℃，根据差热分析法(DTA)测得的最小分解温度为154.7℃，在正确的运输、操 作条件下安全、可靠。

实施例4：

本实施例提供一种液体火药胶囊压裂弹，结构如实施例3所述，其不同之处在于： 通孔15两端内壁上的内螺纹分别长25mm，螺钉长度为9mm。中心管9长为1040mm， 内径为18mm，中心管两端外壁各有长为30mm的外螺纹。连接管11长为100mm，外径 为40mm。尾堵12长为20mm，外径为40mm。

实施例5：

一种应用液体火药胶囊压裂弹的高能气体压裂工艺，包括以下步骤，

(1)将井筒套管1内充满压挡液3，然后用射孔枪射开目的层段，射孔枪射孔孔眼 5的孔密不小于24孔/m，射孔的方位沿最小水平主应力方向。

(2)将磁定位器连接在电缆2上，利用电缆将磁定位器送入井筒套管1内，下井测 定位曲线以确定目的层段深度；其中，电缆选用直径5.5～6.5mm的单芯电缆，通断电阻 值为75～90Ω，绝缘电阻>25MΩ；磁定位器选用Ф65～85mm，长1.0m，重量为25～40kg 的无挂接的独立式磁定位器。

(3)在目的层段的井筒套管1底部0.5-1m处下入桥塞坐封构筑人工井底4；桥塞选 用型号为Y445系列的桥塞。

(4)在地面事先将液体火药胶囊组装成的液体火药胶囊压裂弹6，并检查其密封性；

(5)根据步骤(2)已测定的目的层段的深度，将液体火药胶囊压裂弹6通过挂钩7 与电缆2连接，利用电缆2将液体火药胶囊压裂弹6下井至目的层段处；

(6)敞开井筒，电缆2通电引爆点火器，进而引燃液体火药，液体火药胶囊压裂弹 6产生大量高能高压气体，穿透射孔孔眼压裂地层，进行压裂作业；

(7)高能气体压裂作业结束后，检查油气井，撤离井场。

其中，压挡液选用清水、CaCl₂溶液、KCl溶液或钻井泥浆。

本压裂工艺利用电缆输送液体火药胶囊的高能气体压裂工艺，其主要用于低渗透、 高致密、地层破裂压力高或地层应力差异系数大(>0.25)的非常规油气储层，在下井作 业完毕后，通过点火器点燃点火药，点火药燃烧产生的高温通过中心铝管传热，从而点 燃液体火药胶囊中的液体火药，液体火药在胶囊壳内快速燃烧憋压的同时，撑破液体火 药胶囊的薄外壳，将高温高压燃气能量作用于目的层岩石，可实现大范围(20～40m)的 复杂缝网压裂改造，大大降低地层破裂压力和地应力差异系数，增大油气泄流面积，提 高油气产量。