一种大孔径深穿透射孔弹的药型罩及其制备方法与流程

本发明涉及油气井射孔的大孔径深穿透射孔弹。

背景技术：

深穿透射孔弹以在目标靶中穿孔深度为主要评估指标，对套管孔径要求较低；大孔径射孔弹以在目标靶中套管孔径为主要评估指标，对穿孔深度要求较低；大孔径深穿透射孔弹是结合两种射孔弹的优点，在保持深穿透射孔弹的穿孔深度要求的同时，提供较大的套管孔径，便于完井时水力压裂。

大孔径深穿透射孔弹的设计方式采用多锥形粉末药型罩的设计理念，利用炸药爆轰波对不同锥角和壁厚(质量)的粉末药型罩向轴线驱动的速度差，结合微元所处位置到汇聚轴线的距离差，通过射流的汇聚、追赶、叠加等进行射流质量(直径)的重新分布，从而使射流接触套管时的射流直径最大，由此获得理想的套管孔径。药型罩的配方采用电解铜粉35-50％、铋粉15-40％、钨粉30-50％、钼粉10-15％，根据不同的设计进行调整。该配方各成分在射流破靶过程中，无法进行内部和与靶材料进行金属化合反应，不能形成金属键并释放出大量的热能，只能利用高速金属流撞击靶体完成孔道的形成，所以需要提升撞击套管时射流的直径和质量。

为此，为了撞击套管的部分的射流质量最大、直径最粗，需采用如附图1所示的多锥型药型罩结构，多锥型药型罩的角度α1、β1、α2、β2、α3、β3及h1、h2、h3均不同，设计规律为α2＞α1＞α3、β2＞β1＞β3、α1≥β1、α2≥β2、α3≥β3。

炸药爆轰生成的爆轰波，依次驱动药型罩各部分向轴线高速汇聚，爆轰波首先驱动药型罩顶端锥角较小的α1与β1形成的药型罩部分，然后驱动锥角较大的α2与β2形成的药型罩，最后驱动锥角最小的α3与β3形成的药型罩；虽然锥角较大的α2与β2形成的药型罩的射流速度最低，但是距离汇聚点最近，先行到达，随后锥角较小的α1与β1形成的药型罩的射流抵达汇聚点，两者由于速度存在较大的差异，发生碰撞，促使射流进行速度和质量的重新分布；最后，锥角最小的α3与β3形成的药型罩在爆轰波的作用下产生的射流抵达汇聚点，与先前形成的射流进行二次发生碰撞并再次进行能量交换，促使射流的速度和质量进行再一次重新分布，由此获得期望的射流质量和速度分布，若任何一个参数超出范围，都将影响射流的追赶、汇聚和叠加，无法获得理想的射流分布。

鉴于多锥型药型罩结构的上述特点，导致现有大孔径深穿透射孔弹的药型罩存在如下主要问题：

(1)设计难度大：多锥型药型罩锥角变化大，形成的不同速度和质量的射流的汇聚、追赶、叠加，控制困难，每个型号的大孔径深穿透射孔弹都需要单独设计，通过调整各个锥角的角度和长度，经过大量的实验才能获得合适堆积效果的射流；

(2)生产困难：模具加工精度要求高、制作成本高，药型罩生产时，由于锥角连续变化、药型罩壁厚控制难度大，母线方向质量对称度容易超出设计要求，导致射流汇聚、追赶、叠加时误差增大，同一型号射孔弹形成的射流速度和质量分布差异大的现象，难以形成理想的射流速度和质量分布规律，从而导致射流形成的套管孔径大小不一致，在混凝土靶(油气储层)中穿孔深度差异大。这种差异会在完井水力压裂过程中，只能压开部分射孔孔道，而且压裂需要的压力更大，不利于油气井求产。

(3)品种少、成本高、难以满足完井需要：由于设计难度和生产难度大、性能不稳定，导致价格高，无法满足市场需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种大孔径深穿透射孔弹的药型罩，解决现有药型罩因不能释放出大量的热能，只能利用高速金属流撞击靶体完成孔道的形成，导致需要结构复杂的药型罩才可获得期望的射流质量和速度分布的问题。

另外，本发明提供大孔径深穿透射孔弹的药型罩的制备方法。

第一方面，所述的一种大孔径深穿透射孔弹的药型罩，其组成包括电解铜粉、铋粉及钨粉，其特征在于：

所述组成还包括铋粉、铅粉、铝粉、锡粉、铁粉、锌粉及润滑油。

优选地，所述组成的质量百分含量分别为：

钨粉10-35％、电解铜粉30-45％、铋粉9-15％、铅粉17-26％、铝粉1-9％、锡粉1-7％、铁粉0.2-3％、锌粉0.1-7％，外加0.05％-0.1％的润滑油。

优选地，所述药型罩为锥形。

优选地，所述锥形为单锥型。

第二方面，一种大孔径深穿透射孔弹的药型罩的制备方法，包括混粉步骤，其特征在于：

所述混粉步骤是按照所述药型罩的所述组成及所述含量，将所述润滑油与所述电解铜粉混匀后加入剩余组分继续混匀获得混合粉末；

所述混合粉末，用作所述药型罩的制备原料。

本发明具有如下有益效果：

本发明药型罩利用射孔弹射流以极高的速度撞击套管时，形成的“三高区”，即高温、高压、高应变率的区域，熔化或者部分熔化射流和套管的金属成分，引发这些金属元素间发生剧烈的反应，生成金属键，形成的金属化合物，如cuzn、cu9al4、cu3sn、cu5zn8、fe5zn21、cu31sn8等，释放大量的热能，同时气化沸点较低的金属，体积急剧膨胀，高温高压气体压迫已经被射流冲击软化的套管孔道周围金属，使之被清除，从而增加套管孔径；

在射流进入混凝土靶(油气储层)时，射流在三高区内继续进行高速撞击，金属间化合反应持续进行，同时射流中部分成分还与孔道中的水分子进行高速化学反应，生成气体并释放出大量热能，形成高温高压气体，起到破裂、灼烧孔道壁的压实带，并向井筒中产生反涌，达到扩大射孔孔径、破裂射孔压实带、增加渗透率、清除孔道内碎屑的作用，为水力压裂等完井作业提供便利；

本发明的单锥型药型罩相比传统的射流追赶型多锥药型罩结构设计的大孔径深穿透射孔弹，具有结构简单，加工工艺要求显著降低，产品性能一致，即套管孔径和穿孔深度均匀，成本下降显著的特点。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本发明背景技术的多锥型药型罩结构示意图；

图2是本发明实施例的单锥型药型罩结构示意图；

图中：α＝β；

图3是本发明实施例的大孔径深穿透射孔弹的结构示意图。

图中：1壳体、2炸药、3药型罩。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

实施例

1、大孔径深穿透射孔弹的药型罩配方：

2、混粉步骤：

①按照搅拌器容量和实际需要量，计算混粉所需各成分的质量；

②将润滑油加入1/5的电解铜粉中，搅拌3-5分钟，至无明显结团；(该步骤操作，可以保证润滑油在混合粉材中的均匀性)；

③将剩余的电解铜粉加入，搅拌5-10分钟；(该步骤可以使润滑油分布更均匀)；

④将余下的金属粉材过100目筛后，加入电解铜粉中；

⑤搅拌30-50分钟；

⑥混粉过程中，防止杂物进入；混粉后目视检查是否有结团，如果有结团，重复步骤⑤；

⑦将混合完成的粉材转移至托盘中，摊平，防尘备用，粉材厚度小于5cm。

3、制成药型罩

将混粉步骤获得的粉材制成图2所示的单锥型药型罩。

4、制成射孔弹按照图3所示制成大孔径深穿透射孔弹。

实验例

按照《油气井聚能射孔器材通用技术标准》(gb/t20489-2006)及《油气井聚能射孔器材性能试验方法》(gb/t20488-2006)，采用将实验射孔弹装入同一支射孔枪内，进行地面条件下混凝土靶裝枪射孔实验，药型罩和射孔弹生产采用相同的生产工艺。

实验例一

102型射孔枪、140型套管深穿透射孔弹和实施例的大孔径深穿透射孔弹性能对比实验数据

实验例二

89型射孔枪、140型套管深穿透射孔弹和实施例的大孔径深穿透射孔弹性能对比实验数据

实验例三

73型射孔枪、140型套管深穿透射孔弹和实施例的大孔径深穿透射孔弹性能对比实验数据

实验表明，不改变原有的深穿透射孔弹的结构，使用新的药型罩配方后，套管孔径提高35～45％，穿孔深度基本保持不变，能够满足市场对大孔径深穿透射孔弹的性能需求。

新的大孔径深穿透药型罩配方，在不改变药型罩和射孔弹工装、模具、生产工艺的条件下，可以直接推广使用，经测算和实际生产，模具加工成本下降30-40％，药型罩生产成本下降25-30％。

另外，新配方在增加孔容的同时，可以有效清除射孔压实带的影响。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。