子彈式二次爆炸射孔技術(shù)研究

于開勛

(大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司, 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

利用子彈進(jìn)行地層二次爆炸射孔技術(shù)[1-2]國(guó)內(nèi)外未見相關(guān)報(bào)道,類似技術(shù)也只停留在實(shí)驗(yàn)室階段。該技術(shù)是利用射孔后向孔道內(nèi)發(fā)射子彈,經(jīng)延時(shí)后在地層孔道中爆炸,破碎射孔壓實(shí)層并在孔道周圍形成裂紋,從而實(shí)現(xiàn)降低射孔表皮系數(shù)、提高產(chǎn)能比的目的[3]。其研究成果可廣泛應(yīng)用于陸地、海上油田的射孔完井作業(yè)。

1 工藝原理

子彈式二次爆炸射孔工藝采用電纜二次輸送方式(見圖1),井下器材包括射孔器、套管定位支撐器、子彈擴(kuò)孔器(見圖2)、定向器、導(dǎo)向器等。首先將套管定位支撐器下井定深后錨定,隨后將射孔管柱下井,起爆射孔器;射孔完成后起出射孔器,并將子彈擴(kuò)孔器下入井內(nèi),子彈擴(kuò)孔器通過定向接頭與支撐器對(duì)接后,保證相位一致后點(diǎn)火發(fā)射子彈,子彈穿過套管進(jìn)入到原射孔孔道中一定深度位置后延時(shí)爆炸,擴(kuò)孔和破碎壓實(shí)帶,解除壓實(shí)帶污染。

圖1 二次射孔管柱圖 圖2 子彈擴(kuò)孔器

2 二次爆炸射孔技術(shù)

2.1 含能子彈研制

2.1.1 子彈設(shè)計(jì)方案

子彈由發(fā)射藥室(外殼)、加速膛和彈頭組成。發(fā)射藥室外形與槍體彈孔匹配,藥室底部裝起爆藥和發(fā)射藥,發(fā)射后留在槍體內(nèi)。加速膛外接發(fā)射藥室,內(nèi)裝彈頭,發(fā)射后留在發(fā)射藥室內(nèi)。彈頭內(nèi)裝有發(fā)射藥(延時(shí)藥)、起爆藥和錳炸藥(見表1)。

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1.2 發(fā)射器設(shè)計(jì)

發(fā)射器采用2層隔板傳爆結(jié)構(gòu),第1層隔板與導(dǎo)爆索緊貼,可承受井液壓力,第2層隔板可封堵發(fā)射藥的高壓燃?xì)?防止發(fā)射壓力泄放。

2.1.3 試驗(yàn)檢測(cè)

為檢測(cè)子彈延時(shí)爆炸效果,進(jìn)行了5次單發(fā)點(diǎn)火試驗(yàn)。利用虎鉗夾持子彈裝置,在子彈輸出方向接鋼管,用導(dǎo)爆索引發(fā)子彈裝置,通過鋼管炸裂位置判斷子彈發(fā)射后的延時(shí)爆炸是否正常。經(jīng)檢測(cè),5發(fā)子彈均依次正常完成發(fā)射、延時(shí)、爆炸等功能,爆炸位置在離發(fā)射膛出口1.0～1.3 m處。

2.2 子彈擴(kuò)孔器研制

2.2.1 子彈擴(kuò)孔器技術(shù)方案

子彈擴(kuò)孔器是子彈的安裝載體,結(jié)構(gòu)形式與普通射孔槍的彈架組件類似,主要由子彈槍體、子彈、發(fā)射器和導(dǎo)爆索組成,外徑102 mm。子彈擴(kuò)孔器裝配圖見圖3。子彈槍體提供子彈和導(dǎo)爆索的安裝接口,可重復(fù)使用。為保證子彈槍體強(qiáng)度,用實(shí)心鋼棒加工。彈孔的排布設(shè)計(jì)與射孔器的孔密、相位及旋向一致,保證子彈的準(zhǔn)確定位發(fā)射。導(dǎo)爆索沿子彈槍體外圓的凹槽螺旋纏繞,導(dǎo)爆索爆炸時(shí)通過發(fā)射器的承壓隔板引燃發(fā)射藥,產(chǎn)生高壓燃?xì)馔苿?dòng)子彈向射孔孔道運(yùn)動(dòng),同時(shí)點(diǎn)燃子彈的延時(shí)火藥,當(dāng)子彈進(jìn)入孔道后,延時(shí)結(jié)束,子彈發(fā)生爆炸。

圖3 子彈擴(kuò)孔器結(jié)構(gòu)圖

圖4 射孔孔道及子彈炸痕

2.2.2 試驗(yàn)檢測(cè)

為檢驗(yàn)子彈擴(kuò)孔器發(fā)射率、對(duì)位率及擴(kuò)孔效果,進(jìn)行了子彈擴(kuò)孔器混凝土靶二次射孔試驗(yàn)(見圖4)。影響子彈擴(kuò)孔器發(fā)射對(duì)位率的因素有射孔槍和子彈擴(kuò)孔器外定位的準(zhǔn)確性、射孔槍和子彈擴(kuò)孔器的加工誤差、射孔彈質(zhì)量的一致性、射孔彈在套管上穿孔的大小、子彈外徑等。將1 m射孔器在含有5.5 in*非法定計(jì)量單位,1 in=25.4 mm,下同套管的混凝土靶中射孔后,為了消除射孔槍和子彈擴(kuò)孔器外定位的誤差,利用同樣的槍頭定位在套管端部同一缺口處,引爆后檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)(見表2)。經(jīng)檢測(cè),子彈對(duì)位率、發(fā)射率均達(dá)到100%。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

2.3 定向器、導(dǎo)向器研制

2.3.1 定向器、導(dǎo)向器設(shè)計(jì)方案

定向器和導(dǎo)向器是連接射孔器和子彈擴(kuò)孔器的定位工具,工作時(shí)配合使用(見圖5)。該裝置利用重力側(cè)斜滑動(dòng)吻合技術(shù),實(shí)現(xiàn)下井器具的自動(dòng)定向?qū)?保證射孔器間的可靠對(duì)接及射孔方位的有效傳遞。

圖5 定向器、導(dǎo)向器

2.3.2 試驗(yàn)檢測(cè)

為驗(yàn)證定向器、導(dǎo)向器的坐鍵穩(wěn)定程度,在模擬井進(jìn)行了2次試驗(yàn)。先將套管定位支撐器下井,再將定向器與套管定位支撐器對(duì)接;然后將射孔器攜帶導(dǎo)向器下井,通過定位鍵與定向器對(duì)接;起出射孔器及導(dǎo)向器,下入子彈擴(kuò)孔器和導(dǎo)向器,將其再次與定向器連接,保證子彈擴(kuò)孔器與射孔器旋向和相位一致。

2.4 套管定位支撐器研制

2.4.1 套管定位支撐器設(shè)計(jì)方案

套管定位支撐器是對(duì)各下井設(shè)備形成穩(wěn)固支撐的重要工具,該裝置既要保證足夠的抗壓強(qiáng)度,又要防止井下設(shè)備竄動(dòng)(見圖6)。為此采用上提下放與徑向旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的錨定方式,使錨在與套管間隙穩(wěn)固支撐的同時(shí),防止管柱側(cè)向旋轉(zhuǎn),保證了二次射孔時(shí),與初次射孔相位一致,可有效提高射孔孔眼對(duì)位準(zhǔn)確率。

圖6 套管定位支撐器

2.4.2 試驗(yàn)檢測(cè)

為驗(yàn)證套管定位支撐器坐封、解封是否可靠,承載載荷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,在模擬井進(jìn)行了2次試驗(yàn)。該裝置在加重桿的重力作用下,克服摩擦總成的摩擦阻力下行,到適當(dāng)位置停下。然后上提,到某一個(gè)套管接箍以上適當(dāng)位置停下,利用管柱的重力推動(dòng)下行。當(dāng)下行至錨爪與套管接箍空位相對(duì)正時(shí),錨爪進(jìn)入空位,中心管上端頭插入3個(gè)錨爪中間,使錨爪不能收回,實(shí)現(xiàn)了套管接箍穩(wěn)固錨定。

當(dāng)套管接箍錨定實(shí)現(xiàn)后,在槍身重力作用下使中心管推動(dòng)槽體繼續(xù)下行,同時(shí)促使防徑向旋轉(zhuǎn)裝置的卡塊脹出,并與套管壁接觸。當(dāng)管柱有旋轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí),靠槽體斜面導(dǎo)向,促使卡塊繼續(xù)外脹,卡塊與套管的摩擦阻力可有效的防止管柱的整體轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)需要解封時(shí),用提放工具吊裝打撈頭上提,這時(shí)首先抽出中心管上端頭,解除鎖定繼續(xù)上提時(shí),錨爪收回,該裝置可順利提出,實(shí)現(xiàn)解封。

通過2次下井試驗(yàn),該裝置活動(dòng)部位動(dòng)作自如,無卡滯現(xiàn)象,與套管銜接緊密,支撐牢固,工作正常。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

二次爆炸射孔技術(shù)經(jīng)過混凝土靶、模擬井等相關(guān)檢測(cè)后,選擇大慶某油田區(qū)塊8口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。試驗(yàn)區(qū)選擇在大慶某油田區(qū)塊,針對(duì)葡一組葡Ⅰ1～葡Ⅰ4油層為主要目的層進(jìn)行施工,具體參數(shù)見表3。

表3 試驗(yàn)井參數(shù)

施工過程嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)執(zhí)行。經(jīng)射孔數(shù)控儀校深顯示,子彈擴(kuò)孔器下落至對(duì)位指定位置,定位準(zhǔn)確。射孔彈及子彈全部擊發(fā),孔眼對(duì)位準(zhǔn)確,孔眼規(guī)則,試驗(yàn)效果良好。

4 結(jié) 論

(1) 含能子彈各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到技術(shù)要求,鋼管延時(shí)試驗(yàn)說明子彈發(fā)射、延時(shí)、爆炸功能正常。

(2) 經(jīng)地面混凝土靶試驗(yàn),子彈擴(kuò)孔器抗爆強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求,子彈發(fā)射率、對(duì)位率均達(dá)到100%,子彈爆炸后在孔道末端形成細(xì)小裂縫,并對(duì)原有裂縫起到延展作用。

(3) 定向器、導(dǎo)向器銜接緊密,收放自如,定向準(zhǔn)確。套管定位支撐器能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)支撐、定位功能,活動(dòng)部位動(dòng)作自如,無卡滯現(xiàn)象,工作正常。

(4) 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),驗(yàn)證了二次爆炸技術(shù)可行性。

參考文獻(xiàn):

[1] 黃正祥, 陳惠武. 串聯(lián)隨進(jìn)射孔彈隨進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 爆破器材, 2004, 33(6): 33-34.

[2] 陳惠武, 官程. 隨進(jìn)二次爆炸式油氣井射孔彈: 中國(guó)專利號(hào) [P]. 2000-01-12.

[3] 頓曄宏. 用于油氣井的子彈式射孔裝置: 中國(guó), CN1288326B [P]. 2006-12-06.