本申请要求于 2009 年 11 月 11 日提交中国专利局、 申请号为 200910218911.0、 发明名称为 "油气井复合压裂射孔方法及装置" 的中国专利 申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于石油勘探开发领域，是一种能够在 射孔的同时对地层进行深度 压裂改造的复合压裂射孔方法及装置。 背景技术

在油气井勘探开发领域中，射孔是完井过程中 的关键环节，射孔的完善程 度决定了油气井的产能和寿命。现有油气井射 孔普遍采用聚能射孔， 由于单纯 的聚能射孔会在孔道壁面形成一定厚度的压实 带，这种压实带所带来的后果是 渗透率大幅降低， 严重影响油气井产能和寿命。 为此， 人们在不断地探索过程 中开发了复合射孔技术。

复合射孔是将聚能射孔和火药结合，在完成射 孔的同时利用火药爆燃产生 的气体作用于地层， 用于解除堵塞污染， 破除射孔孔道内的压实带， 达到增产 增注的目的。 目前， 枪内装药的一体式复合射孔由于其施工简单， 安全可靠， 对井筒损伤小， 已在油田得到了广泛应用。 但是， 由于一体式复合射孔大多采 用弹间装药形式，特别是在孔密较高的情况下 空间狭小，火药装药量大幅降低， 使作用效果变得很差。

发明内容

本发明要解决的问题是： 提供一种能够有效提高能量利用率、提高射孔 穿 深、 延长裂缝， 进而提高压裂效果的油气井复合压裂射孔方法 及装置。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种油气 井复合压裂射孔方法，包括： 利用复合压裂射孔器中射孔弹爆炸引燃射孔器 内的一级火药，一级火药燃 烧引燃射孔器内的二级火药， 一级火药和二级火药的压力峰值的时差为 5 ~ 10 毫秒，一级火药性能参数是：爆热 3600 ~ 4200kJ/kg、火药力 600 ~ 1100 kJ/kg, 二级火药的性能参数是： 爆热 2800 ~ 3400 kJ/kg、 火药力 600 ~ 1100 kJ/kg。

本发明为解决上述问题所提供的油气井复合压 裂射孔装置由一节射孔器 或多节射孔器连接构成， 所述的射孔器具有一个射孔枪， 该射孔枪中设有圓筒 型弹架， 在该圓筒形弹架上装有多个聚能射孔弹； 本发明的特别之处是： 在正 对射孔弹射流方向的枪身上设置泄压孔， 泄压孔上装有密封堵片，在圓筒形弹 架上安装内药盒和外药盒， 其中内药盒装在圓筒形弹架内，且位于相邻聚 能射 孔弹之间， 内药盒内装一级火药， 外药盒附着在圓筒型弹架外壁， 外药盒内装 二级火药； 其中一级火药的组分重量配比为： 高氯酸铵 75 ~ 80%、 端羟基聚丁 二烯 20 ~ 25%, 高氯酸铵和端羟基聚丁二烯之和为 100%, 在此基础上加入适 量添加剂， 添加剂包括固化剂、 增塑剂、 緩燃剂和稳定剂中的一种或多种， 一 级火药的性能参数是爆热 3600 ~ 4200kJ/kg、火药力 600 ~ 1100 kJ/kg;二级火 药的组分重量配比为： 高氯酸铵 75 ~ 80%、 聚醚 20 ~ 25%, 高氯酸铵和聚醚 之和为 100%, 在此基础上加入适量添加剂， 添加剂包括固化剂、 增塑剂、 緩 燃剂和稳定剂中的一种或多种，二级火药的性 能参数是爆热 2800 ~ 3400 kJ/kg、 火药力 600 ~ 1100 kJ/kg。

利用上述一级火药与二级火药在枪内的装药方 式可实现装药量的增加，并 达到延长压力作用时间的目的。

上述的密封堵片采用脆性材料， 例如粉末冶金密封堵片或氧化铝-氧化锆 陶瓷密封堵片。

上述的泄压孔最好是台阶孔， 该台阶孔的小端位于圓筒形弹架的内壁， 密 封堵片装在该台阶孔的台阶上。这样做的目的 是提高射孔弹的炸高， 而炸高的 提高能够增大射孔弹的穿深效果。

射孔时， 导爆索引燃射孔弹，射孔弹爆炸后的产物首先 点燃内药盒里的一 级火药， 然后再点燃弹架外侧外药盒中的二级火药。一 级火药与二级火药压力 峰值的时差为 5 ~ 10毫秒。 由于一级火药与二级火药的压力峰值存在时差 ，从 而形成了能量的互补，在孔道中形成有效压力 的持续时间更长， 充分提高了能 量的利用率， 延长了裂缝的长度。

本发明将一级和二级火药分别装在药盒里， 不但简化了装配工艺，便于包 装和运输， 且提高了安全性， 而且这种结构形式也便于规模化和标准化生产 。 本发明在正对射孔弹射流方向的枪身上设置泄 压孔，所产生的爆燃气体无需通 过井筒环空纵向和径向运动， 而是直接通过泄压孔译放到射孔孔道，从而降 低 了爆燃气体的能量损失。本发明适用于电缆、 钻杆或油管输送等现场作业工艺。 附图说明

图 1是本发明的整体结构图。

图 2是图 1射孔器枪身上的泄压孔及堵片部分的局部视� �。

图 3是图 1弹架外侧外药盒的剖视图。

图 4是图 1弹架外侧外药盒的立体图。

图 5是本发明射孔弹爆炸、 一级火药和二级火药燃烧的压力曲线图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明， 下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描 述， 但是应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优 点， 而不是 对本发明权利要求的限制。

以下结合附图对本发明的内容加以详细说明。

如图 1所示： 射孔器枪身 1的左端是接头 2, 右端是尾堵 3。 圓筒形弹架 4上装有多个射孔弹 5 , 各射孔弹按照设定的方位螺旋形排列。 内药盒 6装在 圓筒形弹架 4的里面， 每两个相邻的射孔弹之间安装一个内药盒 6; 外药盒 7 装在圓筒形弹架 4的外面。

参见图 2, 在枪身 1上正对射孔弹弹头的位置设有泄压孔 8, 泄压孔 8内 装有堵片 9。 泄压孔 8设计成台阶形孔， 堵片 9装在泄压孔的台阶上。 堵片 9 采用氧化铝 -氧化 4告增韧陶瓷， 以重量百分比计， 氧化铝占 90 ~ 98%, 氧化梧 占 2 ~ 8%, 所述氧化铝-氧化锆增韧陶瓷中还可以包括不� �避免的杂质。 也可 选用粉末冶金材料， 例如铁基粉末冶金材料。堵片在射孔弹爆炸作 用下能够完 全破碎， 不仅消除了原先钢制堵片对井筒的污染， 而且避免了以往钢制堵片在 射孔后下落搭桥而可能引起的卡枪事故。

如图 3、 图 4所示。 为了便于安装， 上述的外药盒 7的最佳方式是： 两个 外药盒 7连为一体或为两个单体，构成外药盒组件， 该外药盒组件具有一个圓 筒形药盒架 71 , 圓筒形药盒架上设有安置射孔弹的孔 72, 两个外药盒位于圓 筒形药盒架上安置射孔弹的孔 72的两侧。 安装时只需将外药盒组件一个个套 在弹架的外面即可，所以安装十分简单，而且 很安全。 内药盒里装有一级火药， 外药盒里装有二级火药。这种一体化的药盒能 够方便的与弹架、射孔弹和导爆 索进行合理装配， 同时也适用于可变孔密和相位的个性化设计。 上述的一级火 药的组分重量配比为： 高氯酸铵 75 ~ 80%、 端羟基聚丁二烯 20 ~ 25%, 高氯 酸铵和端羟基聚丁二烯之和为 100%, 在此基石出上还可以添加占高氯酸铵和端 羟基聚丁二烯合计重量 1 ~ 2%的添加剂，添加剂包括本领域技术人员熟知� ��固 化剂、 增塑剂、 緩燃剂和稳定剂中的一种或多种。 一级火药的性能参数是爆热 3700 ~ 3900kJ/kg、 火药力 700 - 900kJ/kg; 二级火药的组分重量配比为： 高 氯酸铵 75 ~ 80%、 聚醚 20 ~ 25%, 高氯酸铵和聚酸之和为 100%, 在此基石出上 还可以添加占高氯酸铵和聚醚合计重量 1 ~ 2%的添加剂，添加剂包括本领域技 术人员熟知的固化剂、 增塑剂、 緩燃剂和稳定剂中的一种或多种。 二级火药的 性能参数是爆热 2900 - 3100 kJ/kg、 火药力 900 ~ 1100 kJ/kg。

实施例 1

本实施例的复合压裂射孔器中， 堵片 9 所采用的材料是含有重量百分比 95%的氧化铝和 3%氧化锆的氧化铝 -氧化锆增韧陶瓷；

复合压裂射孔器中采用一级火药的成分是含有 重量百分比 75%的高氯酸 铵和 25%的端羟基聚丁二烯， 二级火药的成分是含有重量百分比 75%的高氯 酸铵和 25%的聚醚。

图 5给出了射孔弹爆炸、一级火药和二级火药燃� �的压力曲线， 图中曲线 A是射孔弹的爆炸压力曲线， 曲线 B是一级火药燃烧时的压力曲线， 曲线 C 是二级火药燃烧时的压力曲线， 曲线 D是一级火药和二级火药燃烧复合后的 压力曲线。 可以看出， 由于一级火药与二级火药的压力峰值时差恰到 好处， 其 复合后的压力下降緩慢，且持续时间较长， 这样就在孔道中形成持续的高压状 态， 其作用时间比普通复合射孔延长一倍以上， 从而延长了裂缝的长度。

参见图 3 , 在外药盒 7中可以用支撑砂 73来替换部分二级火药 74, 在裂 缝压开的同时， 支撑砂被高压气体带入裂缝中， 能够起到对裂缝的支撑作用， 阻止裂缝闭合， 进一步提高油气导流能力， 达到增产的目的。 根据射孔方案的 不同， 外药盒内可以是上部装支撑砂 73 , 下部装二级火药 74; 或者一侧装支 撑砂， 另一侧装二级火药； 也可以将部分外药盒全装支撑砂。

内外药盒采用可燃性材料， 在火药燃烧过程中能够完全燃烧， 无残余物； 药盒盒体还能够有效抵挡射孔弹爆炸冲击波和 高温对火药的直接作用而引起 的爆炸反应， 使火药始终处于一种快速燃烧状态。

以上对本发明所提供的油气井复合压裂射孔方 法及装置进行了详细介绍。 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思 想。应当指出， 对于本技术领域 技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以对本发明进行若干改进 和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护 范围内。