成本全通径射孔枪结构设计

潘勇 杨平

摘要:全通径射孔枪通常的设计思路是枪内零部件全部破碎成细屑或燃烧成灰烬并全部落入下部的口袋枪或井底口袋。本文在枪的结构上提出新的思路,采用不燃烧不破碎的弹架,大大减少了枪内零件的碎片和弹架的造价,结构上也比较简单,更容易实现管柱内的可靠全通。

关键词:射孔枪全通径结构设计弹架

中图分类号:TE925 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0083-02

全通径射孔器的通常设计思路是在负压条件下,用油管输送的方式将其下到预定的位置,引爆起爆器,在完成射孔作业的同时,射孔管柱内所有零件在爆炸产生的巨大冲击波作用下破碎。并将起爆器芯部、枪串内部零件全部落入下部的口袋枪或井底口袋内,使整个射孔枪管串全部贯通,成为生产管柱的一部分。这种思路对弹架的要求是比较高的:既要满足一定的强度和刚度,又要在射孔后破碎或燃烧。所以怎样解决好弹架问题一直是全通径射孔枪设计的关键和难点。

本文在枪的结构上提出新的思路,采用较大外径的普通无缝钢管做弹架,内部通径可以达到68mm。不燃烧不破碎,大大减少了枪内零件的碎片,从结构上保证整个管柱内部可靠全通。

1全通径射孔的特点和功能

用常规射孔方式形成油气流通道是砂岩储层油、气田的主要完井方法。同時这种方法也会给储层带来二次污染伤害,降低射孔孔眼附近的渗透率。应用通径射孔技术完井作业,可以减少地层伤害并形成可测试作业的管柱通道。在油气开发过程中,当多层合采高压油、气层,特别是气井,可减少污染,提高生产能力,又能实施生产测井,取得各产层的多种生产参数。因此这项技术有很好的经济效益和社会效益,在油、气井开发中都会有广阔的应用前景。

而全通径射孔枪既适用于普通油气井,又适用于高压油气井,不仅可以减少管柱起下,节约施工费用。更重要的是避免射孔后高压油气井起下管柱带来的风险或由此造成影响产量的问题,同时还避免压井造成地层污染伤害。

全通径射孔技术除了具备常规油管输送射孔的全部功能外,还具有以下特点和功能。

(1)由于射孔后可以形成轴向大通径,起到有效的释放冲击波的作用,所以可以在一定程度上避免炸枪事故。

(2)全通径射孔用于完井生产管柱,可以缩短试油周期,降低试油成本。尤其对于具有一定自喷能力的高压油、气合采的生产井或气井,可减少对地层的污染。由于作业后无需起管柱便可进行生产测井、酸化压裂、地层测试和采油等作业,这不仅降低了作业成本,而且避免了因为起下管串而压井所造成的二次污染。

(3)可以进行射孔与测试联作。由于射孔后从起爆器至枪尾与油管贯通,形成直径φ68mm的通径,大于27/8英寸油管内径(φ62mm),因而可以将井下仪器下至井底进行全井生产动态测井和监控。全通径射孔器射孔后枪身变成筛管并正对油气层,便于洗井和地层排污,有利于酸化及加砂压裂作业。

(4)可以进行射孔与酸化联作,主要是在不能丢枪的井中进行联作。

(5)可以进行射孔与加砂压裂联作,也是在不愿丢枪的井中进行联作。

(6)可用于欠平衡条件井和已射孔井。

2全通径射孔枪的关键技术分析

2.1 已有的全通径射孔枪的技术分析

全通径射孔起爆器和低碎屑射孔弹已经研制成功并且技术已经成熟。所以只要射孔枪的研制取得成功并且技术成熟,全通径射孔工艺就可以推广使用。

目前已经有一些射孔枪厂家研制成功一些型号的射孔枪,基本上是以自燃型或粉碎型弹架为主。这些全通径射孔枪需要解决以下问题。

(1)结构设计如何保证枪串间可靠传爆。

(2)枪串间如何设计连接,以防止枪串内形成死台阶。

(3)自燃型、粉碎型或胀贴式弹架的研制及定位方法。

(4)丢手枪尾或口袋枪的设计。

因为弹架以外的射孔枪结构设计不存在什么难题,所以采用什么材料和形式的弹架是这些全通径射孔枪的设计关键与难题。

采用自燃型或粉碎型弹架面临的难题是弹架材料难以保证满足实际使用下的恶劣环境。几种常用材料的优缺点见表1。

粉碎型弹架还要解决装弹盲区的破碎问题,目前是应用一种特殊的射孔弹,只穿透射孔枪而不穿透套管来解决,使用上有一定的风险。

采用胀贴式弹架的原理是弹架不破碎或自燃,而是胀大后紧紧的贴在射孔枪的内壁,从而实现内部贯通。同样在装弹盲区的问题上,仍然要采用上面所说的特殊的射孔弹,以保证有足够压力将此区域的弹架管胀大到紧贴射孔枪内壁。

2.2 新型的全通径射孔枪结构可行性分析

经我们分析研究发现,其实在枪身外径大于等于102的射孔枪结构上可以使用大口径的弹架,使其内径在60以上,而不必非得采用胀贴的方式。我们只要将弹架固定好,起爆后就能全通。

采用大口径的弹架必须用弹托将弹固定在弹架内,可以因此而提高炸高,提高射孔效果(图1)。

采用大口径的弹架甚至可以设计直接安装双复式增效射孔弹,可以实现全通径双复式射孔(图2)。

此型结构在起爆后只有扶正环、弹托和射孔弹的碎片。这些碎片总量是比较少的,而且碎片体积也不会大,能很顺利的落入枪下口袋。

由于弹架的内径最大可以达到68mm,所以即使有不装弹的射孔盲区存在,也不影响内部通径,也不需要安装特制射孔弹,大大降低了风险系数,还节约了成本。

由于内径差别不大,可以用89夹层枪进行连接,能达到枪内没有台阶并平滑过渡,如图3所示。

3结论

本文主要是通过对φ102全通径射孔枪的结构改进设计,验证了新型全通径射孔枪结构上的可行性。此结构避免了原有全通径射孔枪设计中存在的相关技术难点,又保证了全通径射孔枪的性能。采用此结构的射孔枪,弹架可以使用普通无缝钢管,采用激光切割方式加工,加工高效快捷,加工成本低,结构简单,现场装配方便,具有很好的性价比。此枪即使有装弹盲区也不会影响到此射孔枪的通径效果,节约了装弹,增强了安全性能,并能用夹层枪实现多层射孔,用双复弹实现双复式射孔,是全通径射孔的理想解决方案。

参考文献

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