子弹式二次爆炸射孔技术研究

于开勋

(大庆油田有限责任公司试油试采分公司, 黑龙江 大庆 163412)

0 引 言

利用子弹进行地层二次爆炸射孔技术[1-2]国内外未见相关报道,类似技术也只停留在实验室阶段。该技术是利用射孔后向孔道内发射子弹,经延时后在地层孔道中爆炸,破碎射孔压实层并在孔道周围形成裂纹,从而实现降低射孔表皮系数、提高产能比的目的[3]。其研究成果可广泛应用于陆地、海上油田的射孔完井作业。

1 工艺原理

子弹式二次爆炸射孔工艺采用电缆二次输送方式(见图1),井下器材包括射孔器、套管定位支撑器、子弹扩孔器(见图2)、定向器、导向器等。首先将套管定位支撑器下井定深后锚定,随后将射孔管柱下井,起爆射孔器;射孔完成后起出射孔器,并将子弹扩孔器下入井内,子弹扩孔器通过定向接头与支撑器对接后,保证相位一致后点火发射子弹,子弹穿过套管进入到原射孔孔道中一定深度位置后延时爆炸,扩孔和破碎压实带,解除压实带污染。

图1 二次射孔管柱图 图2 子弹扩孔器

2 二次爆炸射孔技术

2.1 含能子弹研制

2.1.1 子弹设计方案

子弹由发射药室(外壳)、加速膛和弹头组成。发射药室外形与枪体弹孔匹配,药室底部装起爆药和发射药,发射后留在枪体内。加速膛外接发射药室,内装弹头,发射后留在发射药室内。弹头内装有发射药(延时药)、起爆药和锰炸药(见表1)。

表1 主要设计参数

2.1.2 发射器设计

发射器采用2层隔板传爆结构,第1层隔板与导爆索紧贴,可承受井液压力,第2层隔板可封堵发射药的高压燃气,防止发射压力泄放。

2.1.3 试验检测

为检测子弹延时爆炸效果,进行了5次单发点火试验。利用虎钳夹持子弹装置,在子弹输出方向接钢管,用导爆索引发子弹装置,通过钢管炸裂位置判断子弹发射后的延时爆炸是否正常。经检测,5发子弹均依次正常完成发射、延时、爆炸等功能,爆炸位置在离发射膛出口1.0～1.3 m处。

2.2 子弹扩孔器研制

2.2.1 子弹扩孔器技术方案

子弹扩孔器是子弹的安装载体,结构形式与普通射孔枪的弹架组件类似,主要由子弹枪体、子弹、发射器和导爆索组成,外径102 mm。子弹扩孔器装配图见图3。子弹枪体提供子弹和导爆索的安装接口,可重复使用。为保证子弹枪体强度,用实心钢棒加工。弹孔的排布设计与射孔器的孔密、相位及旋向一致,保证子弹的准确定位发射。导爆索沿子弹枪体外圆的凹槽螺旋缠绕,导爆索爆炸时通过发射器的承压隔板引燃发射药,产生高压燃气推动子弹向射孔孔道运动,同时点燃子弹的延时火药,当子弹进入孔道后,延时结束,子弹发生爆炸。

图3 子弹扩孔器结构图

图4 射孔孔道及子弹炸痕

2.2.2 试验检测

为检验子弹扩孔器发射率、对位率及扩孔效果,进行了子弹扩孔器混凝土靶二次射孔试验(见图4)。影响子弹扩孔器发射对位率的因素有射孔枪和子弹扩孔器外定位的准确性、射孔枪和子弹扩孔器的加工误差、射孔弹质量的一致性、射孔弹在套管上穿孔的大小、子弹外径等。将1 m射孔器在含有5.5 in*非法定计量单位,1 in=25.4 mm,下同套管的混凝土靶中射孔后,为了消除射孔枪和子弹扩孔器外定位的误差,利用同样的枪头定位在套管端部同一缺口处,引爆后检测相关数据(见表2)。经检测,子弹对位率、发射率均达到100%。

表2 试验结果

2.3 定向器、导向器研制

2.3.1 定向器、导向器设计方案

定向器和导向器是连接射孔器和子弹扩孔器的定位工具,工作时配合使用(见图5)。该装置利用重力侧斜滑动吻合技术,实现下井器具的自动定向对接,保证射孔器间的可靠对接及射孔方位的有效传递。

图5 定向器、导向器

2.3.2 试验检测

为验证定向器、导向器的坐键稳定程度,在模拟井进行了2次试验。先将套管定位支撑器下井,再将定向器与套管定位支撑器对接;然后将射孔器携带导向器下井,通过定位键与定向器对接;起出射孔器及导向器,下入子弹扩孔器和导向器,将其再次与定向器连接,保证子弹扩孔器与射孔器旋向和相位一致。

2.4 套管定位支撑器研制

2.4.1 套管定位支撑器设计方案

套管定位支撑器是对各下井设备形成稳固支撑的重要工具,该装置既要保证足够的抗压强度,又要防止井下设备窜动(见图6)。为此采用上提下放与径向旋转相结合的锚定方式,使锚在与套管间隙稳固支撑的同时,防止管柱侧向旋转,保证了二次射孔时,与初次射孔相位一致,可有效提高射孔孔眼对位准确率。

图6 套管定位支撑器

2.4.2 试验检测

为验证套管定位支撑器坐封、解封是否可靠,承载载荷是否达到设计要求,在模拟井进行了2次试验。该装置在加重杆的重力作用下,克服摩擦总成的摩擦阻力下行,到适当位置停下。然后上提,到某一个套管接箍以上适当位置停下,利用管柱的重力推动下行。当下行至锚爪与套管接箍空位相对正时,锚爪进入空位,中心管上端头插入3个锚爪中间,使锚爪不能收回,实现了套管接箍稳固锚定。

当套管接箍锚定实现后,在枪身重力作用下使中心管推动槽体继续下行,同时促使防径向旋转装置的卡块胀出,并与套管壁接触。当管柱有旋转动作时,靠槽体斜面导向,促使卡块继续外胀,卡块与套管的摩擦阻力可有效的防止管柱的整体转动;当需要解封时,用提放工具吊装打捞头上提,这时首先抽出中心管上端头,解除锁定继续上提时,锚爪收回,该装置可顺利提出,实现解封。

通过2次下井试验,该装置活动部位动作自如,无卡滞现象,与套管衔接紧密,支撑牢固,工作正常。

3 现场应用

二次爆炸射孔技术经过混凝土靶、模拟井等相关检测后,选择大庆某油田区块8口井进行了现场应用。试验区选择在大庆某油田区块,针对葡一组葡Ⅰ1～葡Ⅰ4油层为主要目的层进行施工,具体参数见表3。

表3 试验井参数

施工过程严格按照施工设计及试验设计执行。经射孔数控仪校深显示,子弹扩孔器下落至对位指定位置,定位准确。射孔弹及子弹全部击发,孔眼对位准确,孔眼规则,试验效果良好。

4 结 论

(1) 含能子弹各项指标达到技术要求,钢管延时试验说明子弹发射、延时、爆炸功能正常。

(2) 经地面混凝土靶试验,子弹扩孔器抗爆强度满足设计要求,子弹发射率、对位率均达到100%,子弹爆炸后在孔道末端形成细小裂缝,并对原有裂缝起到延展作用。

(3) 定向器、导向器衔接紧密,收放自如,定向准确。套管定位支撑器能够准确实现支撑、定位功能,活动部位动作自如,无卡滞现象,工作正常。

(4) 经现场试验,验证了二次爆炸技术可行性。

参考文献:

[1] 黄正祥, 陈惠武. 串联随进射孔弹随进技术实验研究 [J]. 爆破器材, 2004, 33(6): 33-34.

[2] 陈惠武, 官程. 随进二次爆炸式油气井射孔弹: 中国专利号 [P]. 2000-01-12.

[3] 顿晔宏. 用于油气井的子弹式射孔装置: 中国, CN1288326B [P]. 2006-12-06.