成本全通徑射孔槍結構設計

潘勇 楊平

摘要:全通徑射孔槍通常的設計思路是槍內零部件全部破碎成細屑或燃燒成灰燼并全部落入下部的口袋槍或井底口袋。本文在槍的結構上提出新的思路,采用不燃燒不破碎的彈架,大大減少了槍內零件的碎片和彈架的造價,結構上也比較簡單,更容易實現管柱內的可靠全通。

關鍵詞:射孔槍全通徑結構設計彈架

中圖分類號:TE925 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0083-02

全通徑射孔器的通常設計思路是在負壓條件下,用油管輸送的方式將其下到預定的位置,引爆起爆器,在完成射孔作業的同時,射孔管柱內所有零件在爆炸產生的巨大沖擊波作用下破碎。并將起爆器芯部、槍串內部零件全部落入下部的口袋槍或井底口袋內,使整個射孔槍管串全部貫通,成為生產管柱的一部分。這種思路對彈架的要求是比較高的:既要滿足一定的強度和剛度,又要在射孔后破碎或燃燒。所以怎樣解決好彈架問題一直是全通徑射孔槍設計的關鍵和難點。

本文在槍的結構上提出新的思路,采用較大外徑的普通無縫鋼管做彈架,內部通徑可以達到68mm。不燃燒不破碎,大大減少了槍內零件的碎片,從結構上保證整個管柱內部可靠全通。

1全通徑射孔的特點和功能

用常規射孔方式形成油氣流通道是砂巖儲層油、氣田的主要完井方法。同時這種方法也會給儲層帶來二次污染傷害,降低射孔孔眼附近的滲透率。應用通徑射孔技術完井作業,可以減少地層傷害并形成可測試作業的管柱通道。在油氣開發過程中,當多層合采高壓油、氣層,特別是氣井,可減少污染,提高生產能力,又能實施生產測井,取得各產層的多種生產參數。因此這項技術有很好的經濟效益和社會效益,在油、氣井開發中都會有廣闊的應用前景。

而全通徑射孔槍既適用于普通油氣井,又適用于高壓油氣井,不僅可以減少管柱起下,節約施工費用。更重要的是避免射孔后高壓油氣井起下管柱帶來的風險或由此造成影響產量的問題,同時還避免壓井造成地層污染傷害。

全通徑射孔技術除了具備常規油管輸送射孔的全部功能外,還具有以下特點和功能。

(1)由于射孔后可以形成軸向大通徑,起到有效的釋放沖擊波的作用,所以可以在一定程度上避免炸槍事故。

(2)全通徑射孔用于完井生產管柱,可以縮短試油周期,降低試油成本。尤其對于具有一定自噴能力的高壓油、氣合采的生產井或氣井,可減少對地層的污染。由于作業后無需起管柱便可進行生產測井、酸化壓裂、地層測試和采油等作業,這不僅降低了作業成本,而且避免了因為起下管串而壓井所造成的二次污染。

(3)可以進行射孔與測試聯作。由于射孔后從起爆器至槍尾與油管貫通,形成直徑φ68mm的通徑,大于27/8英寸油管內徑(φ62mm),因而可以將井下儀器下至井底進行全井生產動態測井和監控。全通徑射孔器射孔后槍身變成篩管并正對油氣層,便于洗井和地層排污,有利于酸化及加砂壓裂作業。

(4)可以進行射孔與酸化聯作,主要是在不能丟槍的井中進行聯作。

(5)可以進行射孔與加砂壓裂聯作,也是在不愿丟槍的井中進行聯作。

(6)可用于欠平衡條件井和已射孔井。

2全通徑射孔槍的關鍵技術分析

2.1 已有的全通徑射孔槍的技術分析

全通徑射孔起爆器和低碎屑射孔彈已經研制成功并且技術已經成熟。所以只要射孔槍的研制取得成功并且技術成熟,全通徑射孔工藝就可以推廣使用。

目前已經有一些射孔槍廠家研制成功一些型號的射孔槍,基本上是以自燃型或粉碎型彈架為主。這些全通徑射孔槍需要解決以下問題。

(1)結構設計如何保證槍串間可靠傳爆。

(2)槍串間如何設計連接,以防止槍串內形成死臺階。

(3)自燃型、粉碎型或脹貼式彈架的研制及定位方法。

(4)丟手槍尾或口袋槍的設計。

因為彈架以外的射孔槍結構設計不存在什么難題,所以采用什么材料和形式的彈架是這些全通徑射孔槍的設計關鍵與難題。

采用自燃型或粉碎型彈架面臨的難題是彈架材料難以保證滿足實際使用下的惡劣環境。幾種常用材料的優缺點見表1。

粉碎型彈架還要解決裝彈盲區的破碎問題,目前是應用一種特殊的射孔彈,只穿透射孔槍而不穿透套管來解決,使用上有一定的風險。

采用脹貼式彈架的原理是彈架不破碎或自燃,而是脹大后緊緊的貼在射孔槍的內壁,從而實現內部貫通。同樣在裝彈盲區的問題上,仍然要采用上面所說的特殊的射孔彈,以保證有足夠壓力將此區域的彈架管脹大到緊貼射孔槍內壁。

2.2 新型的全通徑射孔槍結構可行性分析

經我們分析研究發現,其實在槍身外徑大于等于102的射孔槍結構上可以使用大口徑的彈架,使其內徑在60以上,而不必非得采用脹貼的方式。我們只要將彈架固定好,起爆后就能全通。

采用大口徑的彈架必須用彈托將彈固定在彈架內,可以因此而提高炸高,提高射孔效果(圖1)。

采用大口徑的彈架甚至可以設計直接安裝雙復式增效射孔彈,可以實現全通徑雙復式射孔(圖2)。

此型結構在起爆后只有扶正環、彈托和射孔彈的碎片。這些碎片總量是比較少的,而且碎片體積也不會大,能很順利的落入槍下口袋。

由于彈架的內徑最大可以達到68mm,所以即使有不裝彈的射孔盲區存在,也不影響內部通徑,也不需要安裝特制射孔彈,大大降低了風險系數,還節約了成本。

由于內徑差別不大,可以用89夾層槍進行連接,能達到槍內沒有臺階并平滑過渡,如圖3所示。

3結論

本文主要是通過對φ102全通徑射孔槍的結構改進設計,驗證了新型全通徑射孔槍結構上的可行性。此結構避免了原有全通徑射孔槍設計中存在的相關技術難點,又保證了全通徑射孔槍的性能。采用此結構的射孔槍,彈架可以使用普通無縫鋼管,采用激光切割方式加工,加工高效快捷,加工成本低,結構簡單,現場裝配方便,具有很好的性價比。此槍即使有裝彈盲區也不會影響到此射孔槍的通徑效果,節約了裝彈,增強了安全性能,并能用夾層槍實現多層射孔,用雙復彈實現雙復式射孔,是全通徑射孔的理想解決方案。

參考文獻

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