无壳压裂弹及该无壳压裂弹的燃速控制方法

摘要

本发明公开了一种无壳压裂弹及该无壳压裂弹的燃速控制方法，以解决现有无壳压裂弹无法满足与油井油层特性匹配的压力加载问题。本发明无壳压裂弹，包括点火药、中心管、火药柱、泄压部，所述泄压部对称置于所述火药柱的两端，所述中心管侧壁设有至少1组点火孔，每组点火孔位于垂直于所述中心管轴向的同一平面上，每组点火孔为3-6个。本发明无壳压裂弹的燃速控制方法，步骤是根据无壳压裂弹所需燃速，确定点火孔的组数量，根据点火孔的组数量设置中心管侧壁上每组点火孔的位置。本发明可满足不同井况和地质条件下的压力加载条件，改善压裂增产增注效果，并且有利于油井井筒的保护。

说明书

技术领域

本发明涉及油田油水井增产增注方法，具体的说涉及一种无壳压裂弹及该无壳压裂弹的燃速控制方法。

背景技术

高能气体压裂是利用能量火药在油井井筒内燃烧，生成的高温高压气体作用于目的油层，形成多条不受地应力影响的径向裂缝，有效改善油层近井地带渗流环境，达到油气井增产、注水井增注的目的。高能气体压裂可用于油井油层改造，提高油层渗透率，增加油井产量；它也可用来提高油层吸水能力，改善吸水剖面，扩大水驱波及体积、影响范围和波及效率，改善注水井注水驱油效果，提高油田采收率。

压裂弹是高能气体压裂的能量源，有无壳弹、有壳弹和液体药3种装药方式，目前较成熟和常用的是无壳压裂弹技术。高能气体压裂技术的关键参数是压力上升速度、压力作用时间和峰值压力，与能量火药的燃烧速度密切相关，因此压裂弹燃烧的控制是该技术的关键，目的在保证油井套管安全的前提下，针对不同油井、油层特点，实现针对化、精细化施工，以取得较好的压裂增产增注效果。

目前使用的无壳弹高能气体压裂技术是将火药成型为一定长度和直径、带有中孔的圆柱状，中孔内装配起支撑、连接、密封作用的中心管，形成内腔密封、点火、传火结构的无壳弹；每节压裂弹为一单元，通过连接装置可将多个压裂弹单元相互连接，满足不同装药量的需求；无壳压裂弹上部配以点火装置，下部配以尾堵成为压裂弹总成。

现有控制无壳压裂弹燃烧方法主要是从能量药配方和压裂弹外形方面入手：如使用缓燃药和速燃药两种压裂弹交替组合实现脉冲燃烧控制，控制手段比较单一，无法实现精细化设计；再如改变药的灌铸形状，制成单孔管状及圆孔多孔或网格孔多孔状，目的是改变燃烧面积，控制燃烧能量释放，缺点是受到井下温度压力条件的作用，常常会挤压变形而无法达到目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种无壳压裂弹。

本发明的另一个目的是提供一种无壳压裂弹的燃速控制方法，以解决现有无壳压裂弹无法满足与油井油层特性匹配的压力加载问题。

本发明技术方案如下：

一种无壳压裂弹，包括点火药中心管、火药柱，所述火药柱为中空圆筒状，所述中心管设置于所述火药柱内部的空腔内，所述中心管的外周壁与所述火药柱的内周壁贴合；所述中心管呈中空筒状，所述中心管内装有所述点火药；它还包括泄压部，所述泄压部对称置于所述火药柱的两端，所述泄压部的外侧与所述火药柱的内周壁贴合，所述泄压部的内侧与所述中心管的外周壁贴合；所述中心管侧壁设有至少1组点火孔，每组点火孔位于垂直于所述中心管轴向的同一平面上，每组点火孔为3-6个。

所述点火孔按照中心管的长度每米设有1-30组。

作为本发明的进一步改进，所述中心管侧壁设有3～30组点火孔，每组的点火孔之间的间隔相等或者每组的点火孔之间的间隔不相等。

一种无壳压裂弹的燃速控制方法，其特征在于它包括以下步骤：根据无壳压裂弹所需燃速，确定点火孔的组数量，根据点火孔的组数量设置中心管侧壁上点火孔的位置。

本发明无壳压裂弹的燃速控制方法是根据无壳压裂弹所需燃速，确定点火孔的组数量，根据点火孔的组数量设置中心管侧壁上点火孔的位置，一组点火孔等于一个点火点。

本发明通过改变压裂弹点火点的数量和位置，可以控制压裂弹的燃烧，以控制压力上升速度、压力作用时间和峰值压力参数，从而控制火药能量的释放，形成一系列燃速的压裂弹，满足不同井况和地质条件下的压力加载条件，改善压裂增产增注效果，并且有利于油井井筒的保护。此外，为了满足不同地层参数和设计的需要，可能需要实现不同的压力加载过程，此时可以通过使用本发明所提供的无壳压裂弹，对各个压裂弹的燃速进行控制，从而通过不同燃速的压裂弹的搭配，实现上述目的。更进一步，在进行井下作业时，通过使用本发明提供无壳压裂弹，还能够有效地提高单井装药量，延长压力作用时间，改善压裂效果。

附图说明

图1是本发明无壳压裂弹第一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明无壳压裂弹第二种实施方式的结构示意图；

图3是本发明无壳压裂弹第三种实施方式的结构示意图；

图4是本发明无壳压裂弹第四种实施方式的结构示意图； 

图5是无壳弹燃烧速度及点火点数量的关系图。

具体实施方式

下面的实施方式可以进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明。

一种无壳压裂弹，包括点火药1、中心管2、火药柱4，火药柱4为中空圆筒状，中心管2设置于火药柱4内部的空腔内，中心管2的外周壁与火药柱4的内周壁贴合；中心管2呈中空筒状，中心管2内装有点火药1；

它还包括泄压部5，泄压部5对称置于火药柱4的两端，泄压部5的外侧与火药柱4的内周壁贴合，泄压部5的内侧与中心管2的外周壁贴合；中心管2侧壁设有至少1组点火孔31，每组点火孔31数量为3-6个，每组点火孔31均布在垂直于中心管2轴向的同一平面上。

点火孔按照中心管的长度每米设有1-30组。

本发明无壳压裂弹的燃速控制方法是根据无壳压裂弹所需燃速，确定点火孔的组数量，根据点火孔的组数量设置中心管2侧壁上点火孔31的位置，一组点火孔等于一个点火点。

中心管侧壁设有3～30组点火孔，每组的点火孔之间的间隔相等或者每组的点火孔之间的间隔不相等。

如图1-4所示，在本发明的较佳实施方式中，点火孔31由4个组成一组，四组点火孔31在垂直于中心管2轴向方向的同一平面上均匀排列，此处，四组点火孔31在垂直于中心管2的轴向方向的同一平面上均匀排列的含义为，在垂直于中心管2的轴向方向的同一平面上，相邻的两组点火孔31之间相对于中心管2的轴线形成90°夹角。

通过这样的构造，能够很好地控制点火点在各个方向上的燃速，从而更好地控制整个压裂弹的燃速。但是本发明并不仅限于此，对于本领域技术人员来说，可以根据实际设计和使用需要，任意选择组成每个点火点3的点火孔31的数量，以及组成一个点火点的多个点火孔的位置关系。例如，可以选择三个点火孔组成一个点火点，或者选择六个点火孔组成一个点火点。并且相邻的两个点火孔相对于中心管2的轴线的夹角可以不彼此相同。只要能够实现控制整个压裂弹的燃速的目的即可。

图1示出了本发明第一种实施方式，中心管2侧壁设有一组点火孔31，该一组点火孔31位于中心管2的一端，通过点火装置点火，先引燃中心管2内部的点火药1，通过中心管2侧壁上的点火孔31引燃火药柱4。在这种情况下，由于位于火药柱4一端的火药先被点燃，火药柱4类似于端面燃烧，是无壳压裂弹的最慢燃速。

图2示出了本发明第二种实施方式，中心管2侧壁设有一组点火孔31，该组点火孔31位于中心管2的中部，通过点火装置未说明点火，引燃中心管2内部的火药1，通过中心管2侧壁上的点火孔31引燃火药柱4。在这种情况下，与一组点火孔31位于中心管2的一端的情况相比，整个无壳压裂弹的燃速提高一倍。

当中心管2仅仅设置一组点火孔31时，通过改变该点火孔31在中心管2的轴向上的位置，无壳压裂弹的燃速在上述两种燃速即一个点火孔31设置在中心管2的一端部，以及一个点火孔31位于中心管2的轴向的中部之间变化。

在本发明中点火孔31为两组及以上时，可以调整每组点火孔31的位置，例如，使得相邻的两组点火孔31之间的间隔各不相同，或者使得一部分组的点火孔31之间的间隔相同，另一部分组的点火孔31之间的间隔不同均可以。

图3示出了本发明第三种实施方式，中心管2侧壁按照中心管2的长度每米设有30组点火孔31，每组的点火孔31之间的间隔相等，在这种情况下，火药柱4近似从内向外的层面燃烧，整个无壳压裂弹的燃速是最快的，再增加点火孔的组数燃速也不再增加。

图4示出了本发明第四种实施方式，中心管2侧壁设有10组点火孔31，每组的点火孔31之间的间隔不相等，通过此种方法布置点火孔，可以微调无壳压裂弹的燃速。

效果实验

点火孔31的数量和位置变化时，单位时间内的火药柱4燃烧量不同，从而无壳压裂弹的燃速也不同。

实验取材：压裂弹外径75mm、内径20mm、长度：1000mm、重量6.33公斤。

实施例1：

无壳压裂弹包括两个组点火孔31，该两组点火孔31都位于中心管2的一端时，两组点火孔31之间的间距M等于5mm，且位于端部的那组点火孔到中心管2的近端泄压部5距离T与点火孔间距相等，无壳压裂弹的燃烧时间为114.31s，燃速为0.06kg/s。

实施例2：

无壳压裂弹包括两组点火孔31，两组点火孔31位于中心管2的轴向均匀分布，且两组点火孔31之间的距离是位于端部的那组点火孔到中心管2的近端泄压部5距离的2倍时，无壳压裂弹的燃烧时间为26.31s，燃速为0.25kg/s；当该两组点火孔31的位置沿着中心管2的轴向变化时，无壳压裂弹的燃速在0.06kg/s -0.25kg/s之间变化。

实施例3：

无壳压裂弹包括三组点火孔31，当该三组点火孔31位于中心管2的一端时，点火孔31之间的间距等于5mm，且位于端部的那组点火孔到中心管2的近端泄压部5距离与点火孔间距相等，且无壳压裂弹的燃烧时间为72.07s，燃速为0.09kg/s；

实施例4：

无壳压裂弹包括三组点火孔31，当该三组点火孔31在中心管2上均匀分布，且每组点火孔31之间的距离是端部点火孔到中心管2的近端泄压部5距离的2倍时，无壳压裂弹的燃烧时间为17.97s，燃速为0.37kg/s；当该三组点火孔31的位置沿着中心管2的轴向变化时，无壳压裂弹的燃速在0.09kg/s -0.37kg/s之间变化。

实施例5：

无壳压裂弹包括十组点火孔31，该十组点火孔31在中心管2的轴向上以等间隔排列，此时无壳压裂弹的燃烧时间为4.59s，燃速为1.44kg/s。

实施例6：

无壳压裂弹包括二十组点火孔31，该二十组点火孔31在中心管2的轴向上以等间隔排列，此时无壳压裂弹的燃烧时间为3.72s，燃速为1.78kg/s。

实施例7：

无壳压裂弹包括三十组点火孔31，该三十组点火孔31在中心管2的轴向上以等间隔排列，此时无壳压裂弹的燃烧时间为3.69s，燃速为1.80kg/s。

图5显示本发明中无壳弹燃烧速度及点火点数量的关系图，横坐标为点火点的数量，纵坐标为燃烧速度；当达到点火孔数量按照中心管的长度为每米30组以上时，无壳弹燃烧速度不再增加，保持恒定。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，用于更清楚地说明本发明的发明构思，并非对本发明的权利要求范围的限定。本领域技术人员能够容易地在上述的范围内对本发明进行变更及修改，以及构想出其它实施方式，这些变更和修改包含在本发明后附的权利要求的范围之内。