專利名稱：深井壓裂彈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到壓裂地下巖層的高能氣體壓裂裝置的改進，主要用于油田3000m以上套管井油層改造的深井壓裂彈，該彈由點火器、傳火管、火藥、殼體等組成。
在石油開采中，為了提高原油產量，就要對油層進行改造，這種改造主要是壓裂。目前在石油開采中普遍采用的方法是水力壓裂，但這種壓裂費用昂貴，有一定的局限性，特別不適用于水敏性油層。另一種壓裂方法是爆炸壓裂，但這種壓裂往往容易損壞套管。中國專利8928915“套管井高能壓裂彈”僅適用于1500m以下的油田套管井，隨油井深度的增大，井中壓力增大，溫度升高，火藥的燃速加快，一般彈頂壓力76MPa，峰值壓力大于200MPa、彈底壓力148MPa，再加上油井圍壓，使壓力彈內壓增大，造成彈的母扣處漲裂、節箍壓裂、彈體滑脫、油管頂彎等事故的發生。中國專利92229050.7“緩沖壓裂彈”從結構上作了較大的改進，采用阻尼器和平衡收集器緩沖上頂力；采用緩沖腔來延緩火藥燃燒時間達到降低峰值壓力的目的。這種結構上的改進降低峰值壓力的辦法，雖然是有效的，但是有一定的局限性，不能在較大的范圍內降低峰值壓力，因此緩沖壓力彈用于油田3000m以上的套管井將是很困難的。
本實用新型的目的在于避免上述現有技術中的不足之處，而設計一種能適用于油田3000m以上的套管井，防止彈體滑脫、油管彎曲、卡彈及因滲水而瞎火事故發生的深井壓裂彈。
本實用新型的構思要實現上述的目的，關鍵在于調節峰值壓力，采用緩沖腔等結構上的改進，僅僅是外因的改變，而沒有從火藥的內因即改變火藥的燃燒性能來調節峰值壓力。要改變火藥燃燒性能降低壓力，只有使火藥燃燒的彈底壓力和彈頂壓力趨向平衡，火藥燃燒的延遲時間增長，壓力上升緩慢。為了實現這一構思，采用一種新的裝藥結構其一是包覆裝藥；在火藥外圍用一種絕熱、耐壓、防水的包覆層代替硝化棉軟片包裹，這樣，在深井中才能保證火藥燃燒性能不受高溫高壓滲水的影響，經過包覆的火藥是斷面燃燒，延持時間長約幾毫秒，而硝化棉軟片包覆的火藥是傳火管多孔點火，全面燃燒，延遲時間短約幾微秒；其二是多元裝藥是由不同能量和燃速的火藥組合成一整體，這樣，控制了火藥燃燒速度，燃燒過程持續時間長，壓力穩定；其三是阻尼裝藥在裝藥中間增加1－3個阻尼層，阻尼層的多少由火藥的P－t曲線確定，主要用來衰減軸向壓力，控制壓力上升速度。
本實用新型由點火器1－5、升壓彈6－12、續能彈13－19、穩壓彈20－28組成點火器1－5由殼體1、擊針2、火帽3、點火管4、藥包5組成，點火器除3撞擊點火外還有電點火。
升壓彈6－12由密封室6、傳火管7、殼體8、密封帽9、包覆層10、升壓火藥柱11、阻尼層12組成。
密封室6有上下對稱的密封槽29，用來固定密封升壓火藥柱，并裝有傳遞點燃火藥的傳火管。
包覆層10用耐壓、耐溫、防水的高聚物如橡膠類的材料，制成藥筒，內外層用絕熱材料涂覆。
升壓火藥柱11用高燃速的單基管狀藥如12／1澆鑄成圓柱體。
阻尼層12用彈性材料如泡沫塑料或橡膠制成圓片。
續能彈13－19由密封室13、傳火管14、殼體15、包覆層16、密封帽17、續能火藥柱18、傳火藥柱19組成續能火藥柱18用低燃速高能雙基管狀火藥如雙芳－3和橡膠混溶制成。
穩壓彈20－28由密封室20、傳火管21、殼體22、包覆層23、密封帽24、穩壓火藥柱25、阻尼層26、延遲穩壓火藥柱27、彈帽28組成穩壓火藥柱25用高能量的雙基管狀藥如雙芳－3澆鑄成圓柱體。
延遲穩壓火藥柱27用單基粒狀火藥如2／1樟和橡膠混溶制成。
彈帽28用35CrMnSi鋼制成半圓形，用于保護彈體，增加彈的下落速度，在彈帽內也可以裝上測壓裝置。
本實用新型的制造利用油田現有的殼體作為點火器、升壓彈、續能彈、穩壓彈的殼體，另外用35CrMnSi鋼制成密封室，在各個殼體內裝上相應的組成另件，所有的殼體都是通過首尾陰陽螺紋連接，由升壓彈、續能彈、穩壓彈各一個組成一級，其級數多少由油層厚度決定，一般由1－7級構成，再配上點火器就構成完整的深井壓裂彈。
本實用新型的優點是耐壓、耐溫和密封性能好，適用于3000米以上的套管井，彈底壓力和彈頂壓力相近，峰值壓力低，有效的防止彈體滑脫、油管彎曲、卡彈現象的發生，尤其是裝藥包覆和殼體雙層密封有效的防止因滲水而瞎火。
附


圖1是深井壓裂彈的剖面
圖1、8、15、22－殼體、2－擊針，3－火帽，4－點火管，5－藥包，6、13、20－密封室，7、14、21－傳火管，10、16、23－包覆層，9、17、24－密封帽，11－升壓火藥柱，12、26－阻尼層，18－續能火藥柱，19－傳火藥柱，25－穩壓火藥柱，27－延持穩壓火藥柱，28－彈帽，29－密封槽。
實施例1、參照附
圖1實施1.1點火器1－5的制造用合金鋼制成長600mm，外徑φ90mm、內徑φ80mm的殼體1，殼體下端螺紋連接密封室6，密封室內裝有點火管4，其下端裝有藥包5，點火管上面裝有火帽3，火帽上面連擊針2，。
1.2升壓彈6－12的制造1.2.1密封室6的制造用35CrMnSi鋼制成長180mm、外徑φ90mm、內徑φ80mm，密封室一端有密封槽29，槽內徑φ40mm、高30mm。
1.2.2包覆層 10的制造用F－Ⅱ橡膠制成長100mm，外徑φ40mm，內徑φ36mm的包覆層，內外涂上聚氨酯，包覆層上端敞口，下端中央有φ5mm小孔，用于傳火。
1.2.3裝藥用12／1管狀單基藥條長27mm澆鑄成圓柱形大小與包覆層內徑相近，澆鑄的三個藥柱裝入包覆層內，藥柱之間用泡沫塑料制成的阻尼層12隔開，上端插入傳火管7，并用耐熱耐壓密封膠澆滿固化成密封帽9。
把包覆好的升壓火藥柱11放入殼體8內，然后用密封膠固定在密封槽29內，殼體與密封室6螺紋連接。
1.3續能彈13－19的制造參照升壓彈的制造，不同的是密封室13和裝藥不同1.3.1密封室13的制造用35CrMnSi鋼制成長120mm，外徑φ90mm，內徑φ20mm，密封室兩端有對稱的密封槽29，槽內徑φ40mm，高30mm，室內裝有傳火管14。
1.3.2裝藥用2／1樟單基粒狀火藥和F－Ⅰ橡膠按41混溶制成長90mm、外徑φ36mm圓柱體的續能火藥柱18，上端有長30mm，φ10mm盲孔，下端有長10mm，φ5mm盲孔。將傳火藥柱19插入上端盲孔內，再用耐壓耐溫密封膠澆滿固化成密封帽17。
1.4穩壓彈20－28的制造參照升壓彈的制造，不同的是裝藥不同其制法用2／1樟粒狀火藥和F－Ⅰ橡膠按41混溶制成長45mm，外徑φ36mm柱體的延持穩壓火藥柱27，放入包覆層23內，再放入泡沫塑料阻尼層26，然后用雙芳－3管狀火藥條長40mm，澆鑄成圓柱形的穩壓火藥柱25放入阻尼層上，并用耐熱耐溫密封膠澆滿固化成密封帽24。
最后一級穩壓彈端部裝有用35CrMnSi鋼制成的半圓形的彈帽28。
使用時把三級串聯成一體，再裝上點火器置于3081m套管井中，試驗結果彈頂壓力74.1MPa、彈底壓力75.6MPa、峰值壓裂84.1MPa，深井壓裂彈完整無損，壓裂效果明顯。
另一試驗把五級串聯成一體，換用電纜點火，放入3565m套管井中，試驗結果彈頂壓力76MPa、彈底壓力78.5MPa、峰值壓力92.6MPa，彈體同樣完整無損，壓力效果明顯。
權利要求1.一種深井壓裂彈，由點火器、傳火管、火藥、殼體組成，其特征在于殼體內裝藥是由包覆裝藥、多元裝藥、阻尼裝藥構成，不同裝藥構成了升壓彈、續能彈、穩壓彈升壓彈6-12、由密封室6、傳火管7、殼體8、密封帽9、包覆層10、升壓火藥柱11、阻尼層12組成；續能彈13-19、由密封室13、傳火管14、殼體15、包覆層16、密封帽17、續能火藥柱18、傳火藥柱19組成；穩壓彈20-28、由密封室20、傳火管21、殼體22、包覆層23、密封帽24、穩壓火藥柱25、阻尼層26、延持穩壓火藥柱27組成；升壓彈、續能彈、穩壓彈構成一級，由1-7級串聯為一體，所有的殼體螺紋連接，不同裝藥之間用傳火管銜接。
專利摘要本實用新型是一種深井壓裂彈，由點火器、升壓彈、續能彈、穩壓彈組成一級，1—7級串聯為一體，其特點是彈頂壓力和彈底壓力相近，峰值壓力低，有效的防止彈體滑脫、油管彎曲、卡彈現象的發生，尤其是裝藥包覆和殼體雙層密封，有效的防止了因滲水而瞎火。該彈經過3081—3900m五口套管井試驗結果表明，試驗燃燒正常彈體完整無損。本實用新型不僅適用于油田的淺井、深井，更換耐熱火藥還能用于超深井。
文檔編號E21B43/263GK2136874SQ9223364
公開日1993年6月23日 申請日期1992年9月23日 優先權日1992年9月23日
發明者田志波, 王剛合, 汪長栓, 魚溶, 楊彬, 陳暉 , 黃振亞 申請人:西安近代化學研究所