阅读说明：本技术 一种具有复合式弹壳的增压射孔弹 (Pressurized perforating bullet with combined type cartridge case ) 是由 孔祥宇 王家锦 张振兴 盛勇 马良柱 于 2020-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明是一种具有复合式弹壳的增压射孔弹,它包括弹壳、药型罩和聚能火药,所述弹壳设有开口向下的容腔,弹壳内部装有所述药型罩,药型罩与弹壳的容腔间填充所述聚能火药,其特点是：还包括增压单元和端盖,所述弹壳是复合式结构,弹壳的开口端内部设有所述增压单元,在弹壳的口部、增压单元外设置端盖并固连。工作过程是：其聚能火药起爆后金属药型罩形成金属射流,复合燃料层跟随金属射流进入射流孔道,爆炸冲击将增压单元同时推入射流孔道,复合燃料层与增压单元在孔道内混合,加剧爆炸燃烧,释放出大量高温气体,对射流孔道产生冲刷压裂效果,消除孔道压实污染,扩大裂缝,提高了冲刷压裂效果。(The invention relates to a pressurized perforating bullet with a composite shell case, which comprises a shell case, a liner and energy-gathered gunpowder, wherein the shell case is provided with a cavity with a downward opening, the liner is arranged in the shell case, and the energy-gathered gunpowder is filled between the liner and the cavity of the shell case, and the pressurized perforating bullet is characterized in that: the cartridge case is of a composite structure, the pressurizing unit is arranged inside the opening end of the cartridge case, and the end covers are arranged outside the opening part of the cartridge case and the pressurizing unit and are fixedly connected. The working process is as follows: after the energy-gathered gunpowder is detonated, the metal liner forms metal jet flow, the composite fuel layer flows into the incident flow pore passage along with the metal jet flow, the pressurizing unit is pushed to the incident flow pore passage simultaneously by explosive impact, the composite fuel layer and the pressurizing unit are mixed in the pore passage to intensify explosive combustion, release a large amount of high-temperature gas, generate scouring and fracturing effects on the jet flow pore passage, eliminate pore passage compaction pollution, enlarge cracks and improve scouring and fracturing effects.)

一种具有复合式弹壳的增压射孔弹

技术领域

本发明涉及油气田开采设备，特别涉及射孔作业器材，是一种具有复合式弹壳的增压射孔弹。

背景技术

在石油开采领域，射孔及压裂作业是完井过程中的重要组成部分。作业时，由射孔枪携带射孔弹至地层射孔段，射孔弹起爆后产生的金属射流穿透地层形成孔道，完成射孔作业。由于射孔作业受空间环境所限，产生的地层射孔穿深浅，孔道狭小，需后续压裂作业扩大射孔孔道并产生大量裂缝以提高油气产出量。当前，射孔作业已逐渐发展为采用复合射孔器进行射孔兼顾压裂效果的方式进行作业，即可消除孔道压实污染，又可提高压裂效果，使得一次射孔即可得到较理想的孔道效果，提高了油气产量，同时减轻了作业复杂程度，降低了劳动强度及成本。复合射孔器通常由射孔器枪身、弹架、常规射孔弹、及药盒或药块（片）组成。工作时，射孔弹起爆后形成射流穿孔，同时引燃弹架与枪身之间的药盒或药块（片）。药盒或药块（片）成分为混合燃烧火药，在射孔器枪身内燃烧产生的高温高压气体沿射流穿孔外泄，进入射流孔道，对孔道壁进行冲刷，起到消除污染，提高压裂效果的目的。存在的问题是：1、由于射孔器与石油套管存在间隙，例如直径140mm石油套管通常配用直径102mm或127 mm射孔器射孔，间隙可达10～20mm，射孔孔道直径通常为10㎜左右，相对较小，火药燃烧产生的高温高压气体沿套管间隙大量外泄，进入射孔孔道的燃烧气体量减少，降低了冲刷压裂效果。2、射孔器与枪身之间附加的药盒或药块（片）燃烧时产生高温高压气体，容易伤害射孔器或枪身，燃烧火药量少，对二次冲刷压裂效果不明显；燃烧火药量大，容易导致射孔器或枪身破裂炸枪、枪身射孔孔眼产生过大的毛刺，上述问题均能够导致作业后射孔器卡在套管中无法退出，甚至造成对石油套管的破坏，给后续作业带来困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种具有复合式弹壳的增压射孔弹。

本发明解决技术问题的方案是：一种具有复合式弹壳的增压射孔弹，它包括弹壳、药型罩和聚能火药，所述弹壳内置有所述药型罩，在弹壳与药型罩构成的容腔内填充所述聚能火药，其特征是：还包括增压单元和端盖，所述弹壳由金属外壳、在金属外壳的内壁上复合碳纤维层组成，弹壳的开口端内部设有所述增压单元，弹壳的开口端与端盖固连。

所述弹壳顶部设置传爆孔与弹壳的容腔连通。

在药型罩外壁上设置复合燃料层，复合燃料层总质量为增压单元质量的20～30%。

所述复合燃料层为纳米铝粉、高纯铝粉、高氯酸钾组成的混合材料，其各组分的质量百分比为：纳米铝粉10～20%、高纯铝粉60～80%、高氯酸钾10～20%，以上三种组分的质量百分比之和为100%。

所述增压单元为圆环体，增压单元的内孔轴线与药型罩轴线同轴。

所述增压单元的内孔直径与弹壳容腔的口部直径具有如下关系：

d=0.5D～0.6D （1）

式中：d—增压单元的内孔直径；D—弹壳容腔的口部直径。

所述增压单元朝向药型罩的一面设有凹下的弧面。

所述增压单元为由铝粉、氧化铜、二氧化锰、高氯酸钾、燃烧火药和粘接剂组成的复合材料。

所述增压单元的铝粉、氧化铜、二氧化锰、高氯酸钾、燃烧火药和粘接剂的质量百分比为：铝粉10～20%、氧化铜20～40%、二氧化锰10%～20%、高氯酸钾10%～20%、燃烧火药10～20%、粘接剂2%，上述组分的质量百分比之和为100%。

所述端盖的中心设有通孔、外周设有卡爪，端盖中心设有的通孔直径与增压单元的内孔直径相同、其轴线同轴。

所述端盖为耐高温塑料材质，其中心通孔处设有防水贴纸，以使弹壳内形成密闭空间，防止内部材料受潮污染。

所述弹壳的口部外周表面设置卡槽，端盖外周设置的卡爪卡在弹壳口部外周表面设置的卡槽内，以保护增压单元、并防止其脱落。

所述药型罩为由金属粉末压制成型的锥形体。

所述聚能火药为RDX、HMX、HNS、PYX的单质或混合***。

本发明的工作过程是：其聚能火药起爆后，爆轰波产生的高温高压条件下压垮金属药型罩形成金属射流，复合燃料层跟随金属射流进入射流孔道，***冲击将增压单元同时推入射流孔道，由纳米铝粉、高纯铝粉、高氯酸钾组成的混合材料的复合燃料层与由铝粉、氧化铜、二氧化锰、高氯酸钾、燃烧火药和粘接剂组成的增压单元在孔道内混合，加剧***燃烧，释放出大量高温气体，对射流孔道产生冲刷压裂效果，消除孔道压实污染，扩大裂缝，提高了冲刷压裂效果。

本发明的有益效果是：

1.本发明的射孔弹在聚能火药正常起爆形成金属射流穿孔，在金属射流形成孔道后，附带的复合燃料层与增压单元跟随射流进入孔道，在孔道内混合进行的氧化还原反应，发生剧烈***燃烧，二次释放大量高温高压气体，对射流孔道产生冲刷压裂效应。既减轻了射孔器枪身承受压力，增大了孔道内后续冲刷压裂效果，又在减少了射孔器携带燃烧火药药量的同时，提高了进入金属射流孔道的复合燃料量。并且能够通过合理配比复合燃料层与增压单元各组成材料成分，使其反应充分，不留残余，对射孔孔道不形成二次污染，具有自身清洁的作用效果；

2 与现有技术相比，本发明射孔弹的增压单元与聚能火药具有最近的距离，能够提高进入金属射流孔道的燃烧火药药量，进入孔道的增压单元所含铝粉、氧化铜及燃烧火药在爆轰瞬间产生的高温高压下剧烈燃烧***，释放出大量高温气体，对孔道进行进一步冲刷压裂扩充，其燃烧作用时间远大于爆轰射流时间，并且地层中的氧化物也可参与反应，可提高消除压实污染、扩大裂缝的效果；

3本发明的射孔弹其复合燃料层与增压单元分离设置，聚能火药起爆瞬间复合燃料层与增压单元间无明显反应，对爆轰波几乎无干扰，不影响金属射流稳定形成，进而确保了射流穿孔性能稳定可靠；

4 本发明射孔弹进行的试验时，将现有技术的药盒式复合射孔弹的燃烧火药用量用于本发明射孔弹进行的试验中，出现射孔器炸裂现象，而本发明射孔弹的增压单元为由铝粉、氧化铜、燃烧火药和粘接剂组成的复合材料，相对于现有技术的药盒式复合射孔弹，其降低了燃烧火药用量，能够减少成本，也提高了安全性，并且压裂扩孔效果仍优于现有技术的药盒式复合射孔弹；

5 本发明射孔弹的弹壳设计为外层金属与内层碳纤维材料的复合结构，金属弹壳内壁复合的碳纤维层，能够强化弹壳韧性，提高其抗压冲击性能。起爆时，弹壳的碳纤维层可吸收大量扩散能量，降低了对射孔器枪身的***冲击及弹壳破片杀害，起到保护枪身及石油套管、减小射孔毛刺的作用；

6本发明射孔弹提高了其加工、装配工艺一致性，生产、安装及作业高效便利，同时具有良好的安全性。能够降低劳动复杂程度及生产成本。

具有结构简单、成本低廉、工艺性好、安全性高、生产、安装及作业高效便利的优点。

附图说明

图1为本发明具有复合式弹壳的增压射孔弹的结构示意图。

图中：1 金属外壳， 2 碳纤维层， 3聚能火药， 4 增压单元，5 卡爪，6 端盖， 7药型罩， 8 复合燃料层， 9 传爆孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，实施例1，本实施例一种具有复合式弹壳的增压射孔弹，它包括弹壳、药型罩7、聚能火药3、增压单元4和端盖6，所述弹壳内置有所述药型罩7，在弹壳与药型罩7构成的容腔内填充所述聚能火药3，弹壳顶部设置传爆孔9与弹壳的容腔连通，所述弹壳由金属外壳1、在金属外壳1的内壁上复合碳纤维层2组成，在药型罩7外壁上设置复合燃料层8，弹壳的开口端内部设有所述增压单元4，弹壳的开口端与端盖6固连。

所述复合燃料层8为纳米铝粉、高纯铝粉、高氯酸钾组成的混合材料。

所述复合燃料层8的纳米铝粉、高纯铝粉、高氯酸钾的质量百分比为：纳米铝粉10～20%、高纯铝粉60～80%、高氯酸钾10～20%，上述组分的质量百分比之和为100%。

复合燃料层8总质量为增压单元4质量的20～30%。

所述增压单元4为圆环体，增压单元4的内孔轴线与药型罩7轴线同轴。

所述增压单元4的内孔直径与弹壳容腔的口部直径具有如下关系：

d=0.5D （1）

式中：d—增压单元4的内孔直径；D—弹壳容腔的口部直径。

所述增压单元4朝向药型罩7的一面设有凹下的弧面。

所述增压单元4为由铝粉、氧化铜、二氧化锰、高氯酸钾、燃烧火药和粘接剂组成的复合材料。

所述增压单元4的铝粉、氧化铜、二氧化锰、高氯酸钾、燃烧火药和粘接剂的质量百分比为：铝粉10～20%、氧化铜20～40%、二氧化锰10%～20%、高氯酸钾10%～20%、燃烧火药10～20%、粘接剂2%，上述组分的质量百分比之和为100%。

所述端盖6的中心设有通孔、外周设有卡爪5，端盖6中心设有的通孔直径与增压单元4的内孔直径相同、其轴线同轴。

所述端盖6为耐高温塑料材质，其中心通孔处外侧设有圆形的防水贴纸，以使弹壳内形成密闭空间，防止内部材料受潮污染。

所述弹壳的口部外周表面设置卡槽，端盖6外周设置的卡爪5卡在弹壳口部外周表面设置的卡槽内，以保护增压单元4、并防止其脱落。

所述药型罩7为由金属粉末压制成型的锥形体。

所述聚能火药3为混合***。

本实施例采用现有技术制造。

本实施例的使用过程是：本实施例的聚能火药3起爆后，爆轰波产生的高温高压条件下压垮金属药型罩7形成金属射流，复合燃料层8跟随金属射流进入射流孔道，***冲击将增压单元4同时推入射流孔道，由纳米铝粉、高纯铝粉、高氯酸钾组成的混合材料的复合燃料层8与由铝粉、氧化铜、二氧化锰、高氯酸钾、燃烧火药和粘接剂组成的增压单元4在孔道内混合，加剧***燃烧，释放出大量高温气体，对射流孔道产生冲刷压裂效果，消除孔道压实污染，扩大裂缝，提高了冲刷压裂效果。

本发明不局限于本具体实施方式，对于本领域技术人员来说，不经过创造性劳动的简单复制和改进均属于本发明权利要求所保护的范围。