油氣井射孔安全型增能連槍接頭的研制及應(yīng)用

侯衛(wèi)東 葛 磊 劉 偉 黨有偉 王化偉 崔樹(shù)屏

(1.河南石油勘探局地球物理測(cè)井公司 河南南陽(yáng)) (2.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所 陜西西安)

油氣井射孔安全型增能連槍接頭的研制及應(yīng)用

侯衛(wèi)東1葛 磊2劉 偉1黨有偉2王化偉1崔樹(shù)屏1

(1.河南石油勘探局地球物理測(cè)井公司 河南南陽(yáng)) (2.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所 陜西西安)

文章對(duì)目前在石油射孔作業(yè)中使用的中間連槍接頭進(jìn)行了革新,使原來(lái)連槍的雙接頭改為單接頭,并在此單接頭內(nèi)放置了增能器及設(shè)計(jì)了傳爆通道壓控系統(tǒng)。該裝置可以有效提高石油射孔的安全性及傳爆可靠性。

安全增能接頭;安全性;可靠性

0 引 言

在石油射孔作業(yè)時(shí),一次射孔打開(kāi)一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)層,只要超過(guò)單根射孔槍的極限長(zhǎng)度,需要兩支以上射孔槍時(shí)不論是油管傳輸射孔還是電纜射孔,都要用到中間連槍接頭。目前油田普遍使用的是雙接頭連槍裝置,該連槍裝置的作用除了起到連接、密封上下槍體外,還承擔(dān)著放置、限位導(dǎo)爆索與傳爆管的功能,既而裝置內(nèi)部的火工組件可以傳遞爆轟波,使得全部射孔槍完整、有效地射孔。本文根據(jù)目前射孔存在問(wèn)題進(jìn)行研制安全的連槍接頭的研制過(guò)程進(jìn)行了介紹。

1 目前射孔作業(yè)時(shí)的兩個(gè)主要問(wèn)題

1.1 傳爆可靠性的問(wèn)題

目前油氣井射孔施工中由于射孔槍加工精度、施工人員熟練程度問(wèn)題,在組裝和連接射孔槍時(shí)可能損傷導(dǎo)爆索或傳爆管從而在點(diǎn)火時(shí)會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)爆索或傳爆管中途斷爆的情況,使射孔不完全造成返工,不僅使人力和物力得到浪費(fèi),而且還延誤施工周期大大損害了甲方利益。經(jīng)過(guò)分析可能出現(xiàn)斷爆的原因有以下幾種:

1)導(dǎo)爆索的質(zhì)量問(wèn)題。如內(nèi)部裝藥密度分布不均勻,出現(xiàn)了藥劑密度極低或空藥;高溫下,導(dǎo)爆索收縮或其他性能變化等;

2)傳爆管的質(zhì)量問(wèn)題。如生產(chǎn)時(shí)未按工藝規(guī)程操作,壓藥壓力不足或者保壓時(shí)間不夠等;

3)連槍接頭的質(zhì)量問(wèn)題。如固定、限位傳爆管的空腔加工偏差大,造成傳爆管殉爆的縱向及軸向距離偏差過(guò)大,或是密封性能不好,造成槍體進(jìn)水,既而使傳爆管、導(dǎo)爆索失效等;

4)人為造成,如導(dǎo)爆索折斷,導(dǎo)爆索與傳爆管連接時(shí)未到位或者導(dǎo)爆索一端空藥,留導(dǎo)爆索長(zhǎng)度過(guò)短,中間連槍接頭忘套密封圈等。

從理論上分析,斷爆是由于斷爆處的藥劑無(wú)法得到足夠的沖擊波速度,衰減的爆轟壓力無(wú)法維持波陣面的推進(jìn)。斷爆時(shí),在起爆射孔槍后,爆轟波都經(jīng)歷了穩(wěn)定爆轟—不穩(wěn)定爆轟(爆燃)—熄爆的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程在時(shí)間上是瞬間的,但在行程上是通過(guò)幾節(jié)槍體的導(dǎo)爆索和傳爆管后逐漸衰減的。

1.2 危險(xiǎn)器材的安全性問(wèn)題

石油射孔作業(yè)時(shí)所使用的火工器材都是威力強(qiáng)大的爆炸品,在使用這些器材時(shí),如何保證器材的使用安全可靠性,成為衡量火工器材性能的一大指標(biāo)。在“以人為本,安全第一”的原則下,石油射孔作業(yè)時(shí)的器材也要向安全型靠攏。為此設(shè)計(jì)的“油氣井射孔用安全型增能連槍接頭”就可以通過(guò)對(duì)傳爆通道的“通、斷”控制很好的保證了器材的使用安全性,減少地面爆炸事故的發(fā)生,保障施工人員的生命安全。同時(shí)設(shè)計(jì)了增能器用來(lái)增強(qiáng)爆轟波的強(qiáng)度減少發(fā)生斷爆的幾率。

2 油氣井射孔用安全型增能連槍接頭設(shè)計(jì)

為了解決上面出現(xiàn)的問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)了“油氣井射孔用安全型增能連槍接頭”很好的解決這些問(wèn)題。

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

安全型增能連槍接頭結(jié)構(gòu)圖,如圖1所示?！坝蜌饩淇子冒踩驮瞿苓B槍接頭”為單接頭設(shè)計(jì),該接頭保證了連接、密封槍體的作用,也為導(dǎo)爆索和傳爆管的放置與限位預(yù)留了空間。

圖1 安全型增能連槍接頭結(jié)構(gòu)圖

2.2 傳爆通道壓控系統(tǒng)工作原理

如圖1所示,當(dāng)“傳爆通道壓控系統(tǒng)”遇壓壓力達(dá)到設(shè)定值(2 MPa)時(shí)[1],傳爆通道打開(kāi)這時(shí)爆轟波才能從隔板上的傳爆通道傳遞到下級(jí)射孔器材。否則傳爆通道關(guān)閉,即使起爆器發(fā)火,爆轟波也會(huì)被傳爆通道壓控系統(tǒng)阻斷,爆轟波不會(huì)影響到下級(jí)射孔器材。隔爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了隔板原理[2],在保證國(guó)標(biāo)規(guī)定之傳爆性能下設(shè)計(jì)了最大值的隔板厚度。當(dāng)每級(jí)射孔槍都裝有該接頭時(shí),那么整體射孔管串的安全系數(shù)將大大提高。通過(guò)對(duì)“傳爆通道壓控系統(tǒng)”的“通、斷”壓力及隔爆性能進(jìn)行了大量試驗(yàn),確定“傳爆通道壓控系統(tǒng)”工作可靠達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,同一批次試制產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 “傳爆通道壓控系統(tǒng)”通、斷壓力及隔爆性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 增能器工作原理

增能器[2]為高感度輸入高爆速輸出設(shè)計(jì),內(nèi)裝藥劑型號(hào):YZN-1型,共1.8 g。在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上,技術(shù)人員確定了YZN-1型藥劑的成分配比及壓藥工藝。其輸入端高感度接受爆轟或是爆燃能量,而將高爆速爆轟波輸出。每節(jié)槍體爆速的穩(wěn)定輸出或大幅度提高,可以完全抵消產(chǎn)品問(wèn)題的偶然因素影響,提高了傳爆的可靠性。

利用大偏心及大殉爆距離的方法對(duì)增能器傳爆性能進(jìn)行試驗(yàn)[3],試驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 增能器傳爆能力試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按圖2設(shè)計(jì)進(jìn)行了多批次大量樣本試驗(yàn),增能器與傳爆管、導(dǎo)爆索全部被引爆,即使在偏心達(dá)到5 mm(大于增能器半徑),殉爆距離達(dá)到50 mm的時(shí)候,增能器仍能可靠的接受輸入能量并可靠引爆下級(jí)傳爆管。

3 結(jié) 論

1)油氣井射孔用安全型增能接頭為單接頭設(shè)計(jì),較以往使用的雙接頭減少了射孔盲區(qū),提高了射孔穿孔率;

2)本接頭設(shè)計(jì)有“傳爆通道壓控系統(tǒng)”,可有效保證施工器材及人員的安全性;

3)本接頭設(shè)計(jì)有“增能器”,可有效提高射孔施工的成功率,避免了以往斷爆現(xiàn)象的發(fā)生。

4)油管傳輸射孔可以不使用安全槍,節(jié)約了施工成本。

[1] 劉玉芝.油氣井射孔井壁取心技術(shù)手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000

[2] 惠寧利,王秀芝.石油工業(yè)用爆破技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994

[3] 葛 磊,郭繼周.油、氣井用傳爆管質(zhì)量控制試驗(yàn)方法改進(jìn)[M].火工品,2009,21(6)

Study and application of the secure energization joint for oil-gas well perforation.

Hou Weidong,Ge Lei,Liu Wei,Dang Youwei,Wang hua Wei and Cui ShuPing.

This article introduces an innovation in gun joints in current perforation.The innovation turns the traditional doublematch Middle-joints into single one.A built-in an energization and pressure control system are designed.The device can effectively raise the perforation security and explosive delivery reliability.

Energization-Joint;Security;Reliability

TE257+.1

B

1004-9134(2011)04-0010-02

侯衛(wèi)東,男,1966年生,助理工程師,1992年畢業(yè)于河南石油職工大學(xué)石油地質(zhì)專業(yè),現(xiàn)在河南油田測(cè)井公司從事測(cè)井工作。郵編:473132

2011-03-11編輯梁保江)

PI,2011,25(4):10～11

·儀器設(shè)備·