[發明專利]一種耐高溫高壓的含能材料棒結構及其應用

在審

• 申請號: 201910937015.3
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN112065318A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 李昂;楊萬有;黃波;鄭春峰;蘇作飛;尹莎莎;趙景輝;湯俊萍
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海油能源發展股份有限公司;西安交通大學
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B28/00;E21B43/16
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎;張靜

本發明提供一種耐高溫高壓的含能材料棒結構及其應用，耐高溫外殼包括U型管體和堵頭，U型管體采用一端敞口一端為封閉的中空圓柱形結構，堵頭的一端為半球形抗壓結構，堵頭的另一端為與U型管體的敞口端相匹配的柱形結構，U型管體通過粘結的方式與堵頭相連，在U型管體的封閉端和堵頭的中心位置處開設有用于固定金屬絲的固定孔，金屬絲的首尾兩端分別通過固定件固定在固定孔內，在U型管體的空腔內均勻填充粉狀含能材料，在U型管體和堵頭的外側涂覆抗壓涂層。采用一端封閉的陶瓷管體和陶瓷堵頭，既保證了含能材料棒外殼的耐高溫性能，又減少膠結位置，減少膠結面進水的可能性。

技術領域

本發明涉及可控沖擊波應用裝置技術領域，更具體地說涉及一種耐高溫高壓的含能材料棒結構及其應用。

背景技術

應用于油水井增產增注的可控沖擊波技術，其產生設備的關鍵部件之一是含能材料包覆在金屬絲上的含能材料棒。在金屬絲電爆炸產生等離子體的驅動下，含能材料棒中的粉狀含能材料能夠形成穩定爆轟，在水中形成局部的強脈沖沖擊波，作用于各種儲層，能夠實現油水井解堵，頁巖氣、煤層氣儲層增透，以達到增產和高效開采的目的。

目前的可控沖擊波產生技術中，所用到含能材料棒的基本結構是將粉狀含能材料放置到有機玻璃等材質塑料外殼中，金屬絲穿過兩端端頭，用強力膠粘接。這種結構在煤礦井下鉆孔、井深小于1500米的油水井和煤層氣井中得到了成功應用，但使用中會由于局部溫度高、局部增壓等情況下，出現含能材料棒外殼破裂、變形、金屬絲與外殼之間密封失效而進水等問題，降低了可控沖擊波作業的成功率。特別是，當該技術應用于海上油田高溫高壓油水井時，這種結構的含能材料棒就無法使用，大大限制了可控沖擊波的適用范圍和應用領域。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，由于局部升溫、局部增壓等情況下，出現含能材料棒外殼破裂、變形、金屬絲與外殼之間密封失效而進水等問題，降低了可控沖擊波作業的成功率，提供了一種耐高溫高壓的含能材料棒結構及其應用，采用一端封閉的陶瓷管體和陶瓷堵頭，既保證了含能材料棒外殼的耐高溫性能，有減少了膠結位置，減少了膠結面進水的可能性，金屬絲在含能材料棒兩端的鉚接結構利用外力增壓和膠接兩種手段，保證了金屬絲部位的密封性。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現。

一種耐高溫高壓的含能材料棒結構，包括耐高溫外殼、粉狀含能材料、金屬絲、固定件和抗壓涂層，

所述耐高溫外殼包括U型管體和堵頭，所述U型管體采用一端敞口一端為封閉的中空圓柱形結構，所述堵頭的一端為半球形抗壓結構，所述堵頭的另一端為與U型管體的敞口端相匹配的柱形結構，所述U型管體通過粘結的方式與所述堵頭相連，在所述U型管體的封閉端和所述堵頭的中心位置處開設有用于固定金屬絲的固定孔，所述金屬絲的首尾兩端分別通過固定件固定在所述固定孔內，在所述U型管體的空腔內均勻填充所述粉狀含能材料，在所述U型管體和所述堵頭的外側涂覆所述抗壓涂層。

所述U型管體和所述堵頭均采用三氧化二鋁高溫陶瓷材料燒制而成，高溫陶瓷材料的耐溫為150℃。

所述金屬絲采用金屬鎢、金屬鉭或者是金屬銅，所述金屬絲的直徑為300-500μm。

所述粉狀含能材料所述粉狀含能材料由鋁粉、三氧化二鋇和石蠟組成，其中，鋁粉、三氧化二鋇和石蠟的質量百分比為(5-15％)：(80-90％)：(3-10％)，其顆粒粒徑為20-200μm，所述粉狀含能材料用濕法混合保證分散性和最佳填充密度。

所述固定件采用鉚釘。

所述抗壓涂層采用多壁碳納米管涂層。

所述含能材料棒結構需采用800J以上的脈沖功率驅動源驅動。

所述含能材料棒結構能夠承載靜水壓50MPa，5小時不破裂、不變形、不滲水。