于開勛

(大慶油田有限責任公司試油試采分公司, 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

利用子彈進行地層二次爆炸射孔技術[1-2]國內外未見相關報道,類似技術也只停留在實驗室階段。該技術是利用射孔后向孔道內發(fā)射子彈,經延時后在地層孔道中爆炸,破碎射孔壓實層并在孔道周圍形成裂紋,從而實現降低射孔表皮系數、提高產能比的目的[3]。其研究成果可廣泛應用于陸地、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、子彈擴孔器(見圖2)、定向器、導向器等。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,并將子彈擴孔器下入井內,子彈擴孔器通過定向接頭與支撐器對接后,保證相位一致后點火發(fā)射子彈,子彈穿過套管進入到原射孔孔道中一定深度位置后延時爆炸,擴孔和破碎壓實帶,解除壓實帶污染。

圖1 二次射孔管柱圖 圖2 子彈擴孔器

2 二次爆炸射孔技術

2.1 含能子彈研制

2.1.1 子彈設計方案

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。加速膛外接發(fā)射藥室,內裝彈頭,發(fā)射后留在發(fā)射藥室內。彈頭內裝有發(fā)射藥(延時藥)、起爆藥和錳炸藥(見表1)。

表1 主要設計參數

2.1.2 發(fā)射器設計

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

2.1.3 試驗檢測

為檢測子彈延時爆炸效果,進行了5次單發(fā)點火試驗。利用虎鉗夾持子彈裝置,在子彈輸出方向接鋼管,用導爆索引發(fā)子彈裝置,通過鋼管炸裂位置判斷子彈發(fā)射后的延時爆炸是否正常。經檢測,5發(fā)子彈均依次正常完成發(fā)射、延時、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 子彈擴孔器研制

2.2.1 子彈擴孔器技術方案

子彈擴孔器是子彈的安裝載體,結構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)射器和導爆索組成,外徑102 mm。子彈擴孔器裝配圖見圖3。子彈槍體提供子彈和導爆索的安裝接口,可重復使用。為保證子彈槍體強度,用實心鋼棒加工。彈孔的排布設計與射孔器的孔密、相位及旋向一致,保證子彈的準確定位發(fā)射。導爆索沿子彈槍體外圓的凹槽螺旋纏繞,導爆索爆炸時通過發(fā)射器的承壓隔板引燃發(fā)射藥,產生高壓燃氣推動子彈向射孔孔道運動,同時點燃子彈的延時火藥,當子彈進入孔道后,延時結束,子彈發(fā)生爆炸。

圖3 子彈擴孔器結構圖

圖4 射孔孔道及子彈炸痕

2.2.2 試驗檢測

為檢驗子彈擴孔器發(fā)射率、對位率及擴孔效果,進行了子彈擴孔器混凝土靶二次射孔試驗(見圖4)。影響子彈擴孔器發(fā)射對位率的因素有射孔槍和子彈擴孔器外定位的準確性、射孔槍和子彈擴孔器的加工誤差、射孔彈質量的一致性、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,引爆后檢測相關數據(見表2)。經檢測,子彈對位率、發(fā)射率均達到100%。

表2 試驗結果

2.3 定向器、導向器研制

2.3.1 定向器、導向器設計方案

定向器和導向器是連接射孔器和子彈擴孔器的定位工具,工作時配合使用(見圖5)。該裝置利用重力側斜滑動吻合技術,實現下井器具的自動定向對接,保證射孔器間的可靠對接及射孔方位的有效傳遞。

圖5 定向器、導向器

2.3.2 試驗檢測

為驗證定向器、導向器的坐鍵穩(wěn)定程度,在模擬井進行了2次試驗。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接;然后將射孔器攜帶導向器下井,通過定位鍵與定向器對接;起出射孔器及導向器,下入子彈擴孔器和導向器,將其再次與定向器連接,保證子彈擴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 套管定位支撐器設計方案

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

圖6 套管定位支撐器

2.4.2 試驗檢測

為驗證套管定位支撐器坐封、解封是否可靠,承載載荷是否達到設計要求,在模擬井進行了2次試驗。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,到適當位置停下。然后上提,到某一個套管接箍以上適當位置停下,利用管柱的重力推動下行。當下行至錨爪與套管接箍空位相對正時,錨爪進入空位,中心管上端頭插入3個錨爪中間,使錨爪不能收回,實現了套管接箍穩(wěn)固錨定。

當套管接箍錨定實現后,在槍身重力作用下使中心管推動槽體繼續(xù)下行,同時促使防徑向旋轉裝置的卡塊脹出,并與套管壁接觸。當管柱有旋轉動作時,靠槽體斜面導向,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動;當需要解封時,用提放工具吊裝打撈頭上提,這時首先抽出中心管上端頭,解除鎖定繼續(xù)上提時,錨爪收回,該裝置可順利提出,實現解封。

通過2次下井試驗,該裝置活動部位動作自如,無卡滯現象,與套管銜接緊密,支撐牢固,工作正常。

3 現場應用

二次爆炸射孔技術經過混凝土靶、模擬井等相關檢測后,選擇大慶某油田區(qū)塊8口井進行了現場應用。試驗區(qū)選擇在大慶某油田區(qū)塊,針對葡一組葡Ⅰ1～葡Ⅰ4油層為主要目的層進行施工,具體參數見表3。

表3 試驗井參數

施工過程嚴格按照施工設計及試驗設計執(zhí)行。經射孔數控儀校深顯示,子彈擴孔器下落至對位指定位置,定位準確。射孔彈及子彈全部擊發(fā),孔眼對位準確,孔眼規(guī)則,試驗效果良好。

4 結 論

(1) 含能子彈各項指標達到技術要求,鋼管延時試驗說明子彈發(fā)射、延時、爆炸功能正常。

(2) 經地面混凝土靶試驗,子彈擴孔器抗爆強度滿足設計要求,子彈發(fā)射率、對位率均達到100%,子彈爆炸后在孔道末端形成細小裂縫,并對原有裂縫起到延展作用。

(3) 定向器、導向器銜接緊密,收放自如,定向準確。套管定位支撐器能夠準確實現支撐、定位功能,活動部位動作自如,無卡滯現象,工作正常。

(4) 經現場試驗,驗證了二次爆炸技術可行性。

參考文獻:

[1] 黃正祥, 陳惠武. 串聯(lián)隨進射孔彈隨進技術實驗研究 [J]. 爆破器材, 2004, 33(6): 33-34.

[2] 陳惠武, 官程. 隨進二次爆炸式油氣井射孔彈: 中國專利號 [P]. 2000-01-12.

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