水平井用射孔装置及系统的制作方法

本实用新型涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种水平井用射孔装置及系统。

背景技术：

在套管完井水平井分段压裂中，缝网系统的完善程度决定了在储层中是否能够获得最大的泄油面积，而储层裂缝的走向对缝网系统的完善程度影响很大。在水平井的分段压裂工艺中，实施压裂前必须对套管进行射孔作业，射孔作业可以在储层上形成孔眼，有利于引导孔道的应力集中，为后续储层形成缝网奠定基础。

现有技术中，射孔装置一般包括定面射孔装置和定向射孔装置，定面射孔装置可以用于定面射孔，定面射孔可以在套管的同一横截面上形成有多个孔沿，实施压裂后，裂缝的走向沿井筒径向扩展。定向射孔装置可以用于定向射孔，定向射孔在预设方向上形成孔眼，实施压裂后，裂缝额走向可以沿预设方向扩展。定面射孔装置适用于井眼轨迹位于油层中的情况，其可以提高压裂后的泄油面积。定向射孔装置适用于井眼轨迹偏离油层的情况，其可以使得裂缝朝向油层的方向延伸，提高压裂产能的贡献率。

但是，对于一些特殊的油井，需要同时进行定面射孔和定向射孔，此时需要先使用定面射孔装置完成定面射孔，然后更换定向射孔装置进行定向射孔，该过程需要更换射孔装置，操作复杂，且效率低。

技术实现要素：

本实用新型提供一种水平井用射孔装置及系统，以克服现有技术中定面射孔装置和定向射孔装置更换困难的问题。

本实用新型提供一种水平井用射孔装置，包括：射孔枪以及设置在所述射孔枪内的射孔单元。

所述射孔单元包括弹架以及安装在弹架内的多发射孔弹，所述弹架的轴线与所述射孔枪的轴线重合，且所述弹架能够在所述射孔枪内绕所述弹架的轴线方向转动；所述弹架的内表面还设置有配重块。

所述多发射孔弹分别沿所述弹架的轴向间隔设置，每发所述射孔弹的轴线与所述弹架的轴线成预设夹角，以使所述多发射孔弹轴线的延长线与套管壁的交点分布在所述套管的同一横截面上。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述弹架包括本体以及设置在所述本体两端的两个连接段，所述射孔弹及所述配重块设置在所述本体内，所述连接段的直径尺寸小于所述本体的直径尺寸；所述连接段外套设有轴承，所述轴承的外表面与所述射孔枪的内表面固定连接；每个所述连接段的端面上设置有用于抵靠所述轴承侧面的端盖。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述配重块沿所述弹架的径向延伸，且所述配重块沿所述径向的尺寸小于所述弹架的半径尺寸。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述配重块的数量为多个，多个所述配重块沿所述弹架的轴线方向间隔设置。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述射孔单元还包括连接件，所述连接件包括连接件本体以及设置在所述连接件本体上的悬挂部和连接部，所述连接部用于与所述弹架固定连接，所述悬挂部用于固定所述射孔弹。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述弹架上形成有安装孔以及通孔，所述连接部包括与所述安装孔的孔壁相卡合的卡扣以及与所述通孔同轴的螺纹孔，螺钉穿过所述通孔与所述螺纹孔配合。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述悬挂部包括卡合在所述连接件本体上的第一悬挂件，且所述射孔弹上形成有环形槽，所述第一悬挂件上形成有用于与所述环形槽卡合的第一孔；所述第一孔的轴线与所述弹架的轴线成所述预设夹角。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述悬挂部还包括卡合在所述连接件本体上的第二悬挂件，所述第一悬挂件和所述第二悬挂件平行设置，且所述第二悬挂件上形成有用于容纳所述射孔弹的第二孔。

如上所述的水平井用射孔装置，其中，所述射孔单元有多个，多个所述射孔单元沿所述射孔枪的轴线方向间隔设置。

本实用新型还提供一种水平井用射孔系统，包括套管以及如上所述的水平井用射孔装置，所述套管套设在所述水平井用射孔装置外。

本实用新型提供的水平井用射孔装置及系统，通过射孔枪以及设置在射孔枪内的射孔单元；射孔单元包括弹架以及安装在弹架内的多发射孔弹，弹架的轴线与射孔枪的轴线重合，且弹架能够绕弹架的轴线方向可转动地连接在射孔枪内；弹架的内表面还设置有配重块；多发射孔弹分别沿弹架轴向间隔布置，每发射孔弹的轴线与弹架的轴线成预设夹角，以使多发射孔弹轴线的延长线与套管壁的交点分布在套管的同一横截面上，从而实现定面射孔，另外可以通过调整配重块的位置，实现朝向预设方向的定向射孔，即该装置既可以实现定面射孔，又可以实现定向射孔，无需更换射孔装置，操作简单，且效率高。

附图说明

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，本实用新型不局限于下述的具体实施方式。

图1为本实用新型水平井用射孔系统的结构示意图；

图2为本实用新型水平井用射孔装置的结构示意图；

图3为图1中a局部放大图；

图4为图3中连接件与射孔弹的连接示意图；

图5为图3中连接件的结构示意图；

图6为图3中射孔弹的结构示意图。

附图标记说明：

1：射孔枪；2：弹架；

21：本体；22：连接段；

23：轴承；24：端盖；

25：安装孔；26：通孔；

3：射孔弹；31：环形槽；

4：配重块；5：连接件；

51：连接件本体；52：连接部；

521：卡扣；522：螺纹孔；

53：悬挂部；531：第一悬挂件；

532：第二悬挂件；6：套管。

具体实施方式

在套管完井水平井分段压裂中，缝网系统的完善程度决定了在储层中是否能够获得最大的泄油面积，而储层裂缝的走向对缝网系统的完善程度影响很大。在水平井的分段压裂工艺中，实施压裂前必须对套管进行射孔作业，射孔作业可以在储层上形成孔眼，有利于引导孔道的应力集中，为后续储层形成缝网奠定基础。

现有技术中，射孔装置一般包括定面射孔装置和定向射孔装置，定面射孔装置可以用于定面射孔，定面射孔可以在套管的同一横截面上形成有多个孔沿，实施压裂后，裂缝的走向沿井筒径向扩展。定向射孔装置可以用于定向射孔，定向射孔在预设方向上形成孔眼，实施压裂后，裂缝额走向可以沿预设方向扩展。定面射孔装置适用于井眼轨迹位于油层中的情况，其可以提高压裂后的泄油面积。定向射孔装置适用于井眼轨迹偏离油层的情况，其可以使得裂缝朝向油层的方向延伸，提高压裂产能的贡献率。

但是，对于一些特殊的油井，需要同时进行定面射孔和定向射孔，此时需要先使用定面射孔装置完成定面射孔，然后更换定向射孔装置进行定向射孔，该过程需要更换射孔装置，操作复杂，且效率低。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种水平井用射孔装置及系统，以使得水平井用射孔装置可以同时实现定面射孔和定向射孔。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，本实用新型不局限于下述的具体实施方式。

图1为本实用新型水平井用射孔系统的结构示意图；图2为本实用新型水平井用射孔装置的结构示意图；图3为图1中a局部放大图；图4为图3中连接件与射孔弹的连接示意图；图5为图3中连接件的结构示意图；图6为图3中射孔弹的结构示意图。

请结合图1至图6，本实施例提供一种水平井用射孔装置，包括：射孔枪1以及设置在射孔枪1内的射孔单元。射孔单元包括弹架2以及安装在弹架2内的多发射孔弹3，弹架2的轴线与射孔枪1的轴线重合，且弹架2能够在射孔枪1内绕弹架2的轴线方向转动；弹架2的内表面还设置有配重块4。多发射孔弹3分别沿弹架2的轴向间隔设置，每发射孔弹3的轴线与弹架2的轴线成预设夹角，以使多发射孔弹3轴线的延长线与套管6壁的交点分布在套管6的同一横截面上。

具体地，水平井用射孔装置可以用于需要定向射孔的储层，也可以用于需要定面射孔的储层，尤其可以用于既需要定向射孔还需要定面射孔的储层。

水平井用射孔装置包括位于套管6内的射孔枪1和设置在射孔枪1内的射孔单元，射孔单元可以发射射孔弹3，从而在套管6和储层上形成孔眼，为后续压裂提供引导。

射孔枪1作为主体结构，其可以为中空管状结构，其轴线方向可以与套管6的轴线方向重合。射孔弹3可以穿过射孔枪1的内壁，并在套管6上形成孔眼。

射孔单元作为形成孔眼的主要装置，其可以设置在射孔枪1内，射孔单元可以包括弹架2和射孔弹3，弹架2也可以为中空管状结构，弹架2的轴线方向与射孔枪1的轴线方向重合。弹架2设置在射孔枪1内，其还可以沿自身轴线方向在射孔枪1内转动。例如，射孔枪1的内壁可以形成有支座，弹架2的两端可以铰接在支架上。另外，弹架2上还可以形成有弹孔，弹孔可以对应射孔弹3的位置，从而方便射孔弹3穿出弹架2。

射孔弹3点火后能够形成射流，从而射穿套管6，并形成孔眼。射孔弹3可以为现有技术中常见的大孔径射孔弹，在此不做具体限定。射孔单元中可以包含有多个沿弹架2的轴向间隔设置的射孔弹3，多个射孔弹3的轴线可以与弹架2的轴线成预设夹角，从而保证多个射孔弹3的延长线与套管6壁的交点位于同一横截面上，从而可以实现定面射孔。可以理解，每个射孔弹3的轴线与弹架2的轴线之间的预设夹角可以相同也可以不同，具体可以根据实际情况设置角度。射孔弹3的数目可以为2个、3个等。

弹架2上还可以形成有配重块4，其可以固定在弹架2的内表面，固定连接方式可以有多种，例如螺接、卡接等。配重块4的形状和材质也可以有多种，例如其横截面可以为方形、圆形、椭圆形等，其材质也可以为金属等，密度较高的材质。配重块4设置在弹架2上，由于其重量较大，可以使得射孔单元的中心发生变化，从而可以带动弹架2在射孔枪1内转动，使得配重块4始终可以位于水平井的底部，此时，射孔弹3可朝向预设方向。通过调节配重块4的位置可以实现将射孔弹3瞄准不同的预设方向，从而实现定向射孔。

进一步，配重块4沿弹架2的径向延伸，且配重块4沿径向的尺寸小于弹架2的半径尺寸。从而使得配重块4改变射孔单元重心的作用更加明显。

优选地，配重块4的数量为多个，多个配重块4沿弹架2的轴线方向间隔设置，使得弹架2转动过程，两端受配重块4的压力作用均衡。

当使用水平井用射孔装置进行定面射孔和定向射孔时，可以先将水平井用射孔装置下入到套管6的预定位置，由于配重块4的作用，可以将其中一个或多个射孔弹3朝向预设方向，进行定向射孔，然后可以将射孔单元中的全部射孔弹3朝向套管6的同一横截面射出，进行定面射孔，从而即可以实现定向射孔又可以实现定面射孔。

本实施例提供的水平井用射孔装置，通过射孔枪以及设置在射孔枪内的射孔单元；射孔单元包括弹架以及安装在弹架内的多发射孔弹，弹架的轴线与射孔枪的轴线重合，且弹架能够绕弹架的轴线方向可转动地连接在射孔枪内；弹架的内表面还设置有配重块；多发射孔弹分别沿弹架轴向间隔布置，每发射孔弹的轴线与弹架的轴线成预设夹角，以使多发射孔弹轴线的延长线与套管壁的交点分布在套管的同一横截面上，从而实现定面射孔，另外可以通过调整配重块的位置，实现朝向预设方向的定向射孔，即该装置既可以实现定面射孔，又可以实现定向射孔，无需更换射孔装置，操作简单，且效率高。

更进一步，作为弹架2与射孔枪1的一种优选地连接方式，弹架2包括本体21以及设置在本体21两端的两个连接段22，射孔弹3及配重块4设置在本体21内，连接段22的直径尺寸小于本体21的直径尺寸；连接段22外套设有轴承23，轴承23的外表面与射孔枪1的内表面固定连接；每个连接段22的端面上设置有用于抵靠轴承23侧面的端盖24。

具体地，弹架2可以包括本体21和两端的连接段22，连接端22和本体21连接处可以形成有轴肩，轴承23的内圈可以固定在连接段22上，轴承23的外圈可以与射孔枪1的内表面固定连接。轴承23连接可以减少弹架2转动时的摩擦，使得射孔弹3可以准确朝向预设方向。

连接段22的两端还形成有端盖24，端盖24可以将轴承23抵顶在轴肩上。端盖24与连接段22的连接方式可以有多种，例如端盖24可以螺接在连接段22上，或者连接段22上形成有凹槽，另外端盖24可以形成有与凹槽过盈配合的凸起。

在上述实施例的基础上，射孔单元还包括连接件5，连接件5包括连接件本体51以及设置在连接件本体51上的悬挂部53和连接部52，连接部52用于与弹架2固定连接，悬挂部53用于固定射孔弹3。

具体地，射孔弹3可以通过连接件5悬挂在弹架2上。连接件5可以包括用于悬挂射孔弹3的悬挂部53，悬挂部53可以为一端闭合的筒状结构，射孔弹3可以防置在筒状结构内。连接件5还可以有连接部52，连接部52可以与弹架2固定。连接部52的结构可以有多种，例如其可以为螺接在弹架2上的螺纹通孔，又例如其可以为与弹架2卡合的卡钩。射孔弹3通过连接件5悬挂设置，可以减轻射孔时对弹架2的冲击。

优选地，弹架2上形成有安装孔25以及通孔26，连接部52包括与安装孔25的孔壁相卡合的卡扣521以及与通孔26同轴的螺纹孔522，螺钉穿过通孔26与螺纹孔522配合。

具体地，卡扣521上可以形成有与安装孔25的孔壁相配合的卡槽，安装孔25用于穿过卡扣521。安装时，可以先将连接件5放入弹架2内，然后将卡扣521穿过安装孔25，并沿轴线方向推动连接件5，将卡槽与孔壁接触，此时通孔26与螺纹孔522同轴，可以用螺钉将弹架2与连接件5螺接。同时使用卡接和螺接两种方式固定弹架2，可以提高固定的牢固程度。

进一步地，悬挂部53包括卡合在连接件本体51上的第一悬挂件531，且射孔弹3上形成有环形槽31，第一悬挂件531上形成有用于与环形槽31卡合的第一孔；第一孔的轴线与弹架2的轴线成预设夹角。

具体地，连接件本体5可以包括一个与弹架2的轴线方向成预设夹角的斜面，第一悬挂件531可以为板状结构，其可垂直设置在该斜面上。第一悬挂件532上可以形成有第一孔，射孔弹3上可以形成有环形槽31，第一孔可以卡合在环形槽31上，从而实现固定射孔弹3的目的。

另外，连接件本体51上还可以形成有第一卡接槽，第一卡接槽可以沿垂直于斜面的方向延伸，第一悬挂件531可以卡合在第一卡接槽内。

更进一步，悬挂部53还包括卡和在连接件本体51上的第二悬挂件532，第一悬挂件531和第二悬挂件532平行设置，且第二悬挂件532上形成有用于容纳射孔弹3的第二孔。

具体地，第二悬挂件532也可以为板状结构，连接件本体51上还可以形成有第二卡接槽，第二卡接槽可以沿垂直于斜面的方向延伸，第二悬挂件532也可以卡合在第二卡接槽内。第二悬挂件532可以形成有第二孔，第二孔可以容纳射孔弹3，从而提高对射孔弹3的固定程度，保证射孔弹3的射出方向满足需求。

在上述实施例的基础上，射孔单元也有多个，多个射孔单元沿射孔枪1的轴线方向间隔设置，一次点火可以同时在多个截面或个多个预设方向进行射孔，提高效率。

本实施例还提供一种水平井用射孔系统，包括套管6以及水平井用射孔装置，套管6套设在水平井用射孔装置外。

具体地，套管6可以为现有技术中常见的套管结构，其内部可以设置有水平井用射孔装置，水平井用射孔装置的结构和功能与上述实施例相同，再此不再赘述。

当使用水平井用射孔装置进行定面射孔和定向射孔时，可以先将水平井用射孔装置下入到套管6的预定位置，由于配重块4的作用，可以将其中一个或多个射孔弹3朝向预设方向，进行定向射孔，然后可以将射孔单元中的全部射孔弹3朝向套管6的同一横截面射出，进行定面射孔，从而即可以实现定向射孔又可以实现定面射孔。

本实施例提供的水平井用射孔系统，通过射孔枪以及设置在射孔枪内的射孔单元；射孔单元包括弹架以及安装在弹架内的多发射孔弹，弹架的轴线与射孔枪的轴线重合，且弹架能够绕弹架的轴线方向可转动地连接在射孔枪内；弹架的内表面还设置有配重块；多发射孔弹分别沿弹架轴向间隔布置，每发射孔弹的轴线与弹架的轴线成预设夹角，以使多发射孔弹轴线的延长线与套管壁的交点分布在套管的同一横截面上，从而实现定面射孔，另外可以通过调整配重块的位置，实现朝向预设方向的定向射孔，即该装置既可以实现定面射孔，又可以实现定向射孔，无需更换射孔装置，操作简单，且效率高。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。