油氣井用傳爆管性能影響因素探討

向旭，賴康華

（中國石油四川石油射孔器材有限責(zé)任公司，四川隆昌642177）

油氣井用傳爆管性能影響因素探討

向旭，賴康華

（中國石油四川石油射孔器材有限責(zé)任公司，四川隆昌642177）

探討了影響油氣井用傳爆管性能的幾個(gè)主要因素，主要包括傳爆管底部厚度、傳爆管間距、裝藥密度、溫度、裝藥類型和軸向偏移距離的影響，綜合考慮各種因素的影響。傳爆管傳爆效果在一定范圍內(nèi)隨著裝藥密度增大而提升，密度超過一定范圍時(shí)起爆效果下降明顯；傳爆管底部厚度越厚對(duì)爆轟波的衰減越大，達(dá)到一定厚度時(shí)不能引爆傳爆管；傳爆管的間距越大被傳爆的傳爆管所接收的爆轟能量越少，不能有效引爆傳爆管。經(jīng)過160℃／48 h高溫試驗(yàn)后傳爆管的傳爆距離縮短明顯，是常溫下的60%；時(shí)間增加到60 h時(shí)傳爆效果進(jìn)一步減弱；口部裝Pb（N3）2、底部裝HMX的傳爆管比純裝HMX藥的傳爆管傳爆效果好；軸向偏移距離達(dá)到一定程度后不能有效傳爆，施工過程中應(yīng)避免軸向偏移距離過大。

石油射孔；油氣井；傳爆管；影響因素；實(shí)驗(yàn)

0 引 言

油氣井用傳爆管是射孔施工中的火工元件之一，它與射孔彈、導(dǎo)爆索、起爆器等形成了射孔施工服務(wù)中的火工品序列。各油氣井情況不同，所需管串也不一樣，在地面每根槍是獨(dú)立的，下井之后又必須串在一起，所以槍與槍之間必須要有穩(wěn)定的傳爆聯(lián)接才能保證一次點(diǎn)火全管串起爆。傳爆管傳爆的可靠性非常重要。這里對(duì)影響傳爆管傳爆性能進(jìn)行了一些探索，借此對(duì)射孔施工有一定的指導(dǎo)和借鑒。

1 傳爆管結(jié)構(gòu)與傳爆機(jī)理

傳爆管結(jié)構(gòu)見圖1。圖1中傳爆管外殼為鋁制外殼，上蓋為銅制。傳爆機(jī)理見圖2。

管串1的爆轟波將與之相聯(lián)的傳爆管A爆轟后經(jīng)空氣隔板C衰減后，形成沖擊波對(duì)管串2與導(dǎo)爆索起始端相聯(lián)的傳爆管B進(jìn)行殉爆。

圖1 傳爆管結(jié)構(gòu)圖

圖2 傳爆機(jī)理圖

通常情況下，將與管串1的導(dǎo)爆索相聯(lián)的傳爆管A叫主發(fā)傳爆管，與管串2相聯(lián)的傳爆管B叫被發(fā)傳爆管。從下井順序上要求施工人員將主發(fā)傳爆管安裝一只槍的下端，被發(fā)傳爆管要安裝在同一只槍的上端。這樣區(qū)分主發(fā)和被發(fā)傳爆管比較繁瑣，也容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，現(xiàn)在已不分主發(fā)和被發(fā)傳爆管。但理論上主發(fā)傳爆管要求爆轟能力強(qiáng)，對(duì)爆轟感度要求不高，而被發(fā)傳爆管對(duì)爆轟感度要求高，對(duì)爆轟能力要求不高。事實(shí)上爆轟能力和爆轟感度是矛盾的，即一種火炸藥的爆轟能力高，它的感度就會(huì)較弱，反之感度高爆轟能力就會(huì)弱。

2 影響傳爆管殉爆能力的因素分析

2.1 傳爆管底部厚度對(duì)殉爆能力的影響

在傳爆管外殼底部加入相同材質(zhì)的墊片，墊片厚度為0.5 mm，傳爆管裝0.65 g的HMX，定程壓制成形；將2個(gè)傳爆管之間的殉爆距離定為80 mm；當(dāng)墊片的厚度增加到1.5 mm時(shí)，已不能殉爆下一個(gè)傳爆管了。這說明傳爆管底部厚度不能過大，否則影響其殉爆性能。

2.2 傳爆管裝藥密度對(duì)殉爆能力的影響

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了0.8、0.75、0.7、0.65、0.6 g等5種采用HMX裝藥的傳爆管，進(jìn)行了初步的殉爆實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

由表1可看出，當(dāng)裝藥量減小時(shí)，即傳爆管的裝藥密度降低時(shí)，傳爆管的傳爆距離增加，因此之前考慮的通過加大裝藥密度來提高輸出能量從而提高傳爆管的傳爆距離不可行。由于壓藥密度增大，導(dǎo)致裝藥的起爆感度下降，最后導(dǎo)致傳爆管無法有效地接收前一傳爆管傳遞的爆轟能量，不能較大間距成功殉爆。

表1 不同裝藥量的傳爆距離

在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步試驗(yàn)。針對(duì)從0.58～0.66 g裝藥范圍的傳爆管分別做距離逐步遞增的傳爆實(shí)驗(yàn)，并尋找其極限傳爆距離（見表2）。

表2 不同裝藥量的傳爆距離

通過表2可以看出，采用這5種裝藥量的傳爆管在傳爆距離為50 mm時(shí)均能殉爆，但是當(dāng)傳爆距離為55 mm時(shí)已經(jīng)無法殉爆。由于受炸藥輸出能量以及距離過長的限制，即使改變裝藥量，也已經(jīng)無法再有效地提高傳爆管的傳爆距離。在不分主發(fā)和被發(fā)傳爆管的情況下，其裝藥密度有一最佳范圍。

2.3 傳爆管間距離及中間介質(zhì)對(duì)殉爆能力的影響

從實(shí)驗(yàn)也可以看出，隨著2個(gè)傳爆管之間的距離加大，殉爆能力變?nèi)?，?dāng)傳爆距離L≥55 mm已不能殉爆。通常情況下空氣是對(duì)沖擊波衰減較弱的介質(zhì)，因此在射孔施工服務(wù)中盡量不要在2個(gè)傳爆管之間混入紙、泥土等其他雜質(zhì)，以免影響管串起爆。

2.4 溫度與耐溫時(shí)間對(duì)殉爆能力的影響

2.4.1 溫度對(duì)殉爆能力的影響

傳爆管的使用環(huán)境是在井下的高溫狀態(tài)，有必要對(duì)傳爆管做耐溫性能試驗(yàn)，一方面測試其在高溫狀態(tài)下的安全性能；另一方面測試其在進(jìn)行耐溫后的傳爆性能。設(shè)計(jì)了傳爆管的裝藥量從0.58～0.66 g，每一組傳爆管的裝藥量增量為0.02 g，耐溫試驗(yàn)條件為160℃／48 h。首先，對(duì)溫度實(shí)驗(yàn)前后的傳爆管的尺寸進(jìn)行了測量，無任何明顯的變化。然后，對(duì)其進(jìn)行了殉爆試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 高溫試驗(yàn)后不同裝藥量的傳爆距離

表3可以看出，對(duì)于這幾種裝藥的傳爆管在進(jìn)行了160℃／48 h耐溫實(shí)驗(yàn)之后，其傳爆性能受到了嚴(yán)重的影響，其中裝藥量為0.58、0.60、0.62 g的3組傳爆管均無法達(dá)到軸向殉爆距離大于等于20 mm的技術(shù)指標(biāo)；而0.64 g和0.66 g的裝藥量的傳爆管在傳爆距離L＝21 mm時(shí)仍能夠傳爆。

2.4.2 耐溫時(shí)間對(duì)殉爆能力的影響

用裝藥量0.66 g的傳爆管在160℃下將時(shí)間增加至60 h后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)15 mm的距離已不能殉爆。由于奧克托金存在4種晶形，其熔點(diǎn)為278℃，在常溫熔點(diǎn)之間這4種晶形會(huì)相互轉(zhuǎn)化，因此可以分析出在進(jìn)行了耐溫試驗(yàn)后傳爆管內(nèi)的裝藥在溫度作用下性能發(fā)生了改變，最終影響了傳爆管的傳爆距離。

在實(shí)際施工服務(wù)中，一定要注意油氣井溫與傳爆管可能在井下放置的時(shí)間，選用相匹配的傳爆管，否則容易造成工程事故。

2.5 傳爆管裝藥類型和結(jié)構(gòu)對(duì)殉爆能力的影響

選用口部裝Pb（N3）2、底部裝HMX的傳爆管做實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)相同條件下，殉爆距離大大提高，在160℃／48 h情況下殉爆距離可達(dá)100 mm，這樣可保證施工的可靠性，基本規(guī)律是和單一裝藥是一樣的。這是由于Pb（N3）2是真正意義上的起爆藥，它的爆轟波感度相當(dāng)高；如果只裝一種藥其爆轟能力又不夠，所以在它的底部還必須裝HMX。這2種藥的組合滿足了傳爆管的實(shí)際需要，在爆轟能力和感度上平衡一致，在施工中不需要區(qū)分主發(fā)和被發(fā)傳爆管，達(dá)到了統(tǒng)一方便的目的。

這種裝藥形式的傳爆管實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)不帶傳火孔的火雷管，其危險(xiǎn)性也大大增加，所以在管理和使用過程中要小心謹(jǐn)慎。

2.6 傳爆管之間軸向偏移距離對(duì)殉爆能力的影響

在相同殉爆距離情況下，2個(gè)傳爆管的中心軸線在一條線上殉爆能力是最強(qiáng)的。實(shí)際施工中2個(gè)管串對(duì)接時(shí)軸線總會(huì)有偏移。使用一種裝有Pb（N3）2的標(biāo)準(zhǔn)傳管，在殉爆距離為50 mm的條件下進(jìn)行了軸向偏移實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見表4?？梢姰?dāng)軸向偏移大于6 mm時(shí)，已不能可靠殉爆了。因此，在施工中安裝傳爆管時(shí)要注意對(duì)中情況，在允許的條件下盡量對(duì)中，以減小斷爆的風(fēng)險(xiǎn)。

表4 不同軸向偏移距離殉爆情況

3 結(jié) 論

傳爆管底部厚度越厚對(duì)爆轟波的衰減越大，降低了傳爆管的輸出能量，使得有效傳爆距離縮短，達(dá)到一定程度時(shí)不能引爆傳爆管；傳爆管的間距越大被傳爆的傳爆管所接收的爆轟能量越少，不能有效引爆傳爆管。

傳爆管傳爆效果在一定范圍內(nèi)隨著裝藥密度增大而提升，但是由于密度影響起爆感度，因此超過一定范圍時(shí)，起爆效果下降明顯。

溫度對(duì)傳爆管性能有較大影響，經(jīng)過160℃／48 h高溫試驗(yàn)后傳爆管的傳爆距離縮短明顯，僅為常溫下的60%；隨著時(shí)間增加到60 h，傳爆效果進(jìn)一步減弱，主要原因是高溫條件下影響了裝藥的性能。

口部裝Pb（N3）2，底部裝HMX的傳爆管比純裝HMX藥的傳爆管傳爆效果好得多，Pb（N3）2爆轟波感度相當(dāng)高，因此可以在較低的爆轟能量情況下起爆。

軸向偏移距離對(duì)傳爆管的傳爆性能也有較大影響，當(dāng)達(dá)到一定程度后不能有效傳爆，因此在施工過程中應(yīng)該特別注意安裝情況，避免軸向偏移距離過大，不能有效傳爆。

［1］ 戴干策，陳敏恒.化工流體力學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988：659－670.

［2］ 孫金華.燃燒理論［Z］.淮南礦業(yè)學(xué)院，1991.

［3］ 汪大立.炸藥爆炸理論學(xué)［Z］.淮南礦業(yè)學(xué)院，1993.

［4］ 淮南礦業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)課教學(xué)組.爆破器材性能測試實(shí)驗(yàn)［Z］.1991.

［5］ 陳福梅.火工品原理與設(shè)計(jì)［M］.1版.北京：兵器工業(yè)出版社，1990.

Discussion on the Influence Factors on the Booster Tube for Oil and Gas Wells

XIANG Xu，LAI Kanghua
（Sichuan Petroleum Perforation Materials CO.LTD.，CNPC，Longchang，Sichuan 642177，China）

Several key factors influencing on the booster tube for oil and gas wells were discussed in this paper，such as booster tube bottom thickness，the space of booster tubes，the charge density，temperature，the types of charge and the axial offset.The boosting effect goes better as the charge density increases in a certain range，but if this density is above a reasonable range，the boosting effect will go worse obviously.The thicker the booster tube bottom，the more attenuation of the explosion wave；and if this thickness is up to a certain limit，the tube will not be detonated.The larger the tube space，the less explosion energy the tube will receive，so，the tube will not be effectively detonated，too.After 160℃／48 h higher temperature test，the booster tube space is clearly shortened to be 60%of that at normal temperature.When the time is 60 h，the boosting effect further reduces.The booster tube with Pb（N3）2at the mouth and HMX at the bottom has better boosting effect than the tube that only has HMX.If the axial offset between the two tubes is above 6 mm，the tube will not boost，therefore，the offset must not be too large.

petroleum perforation，oil and gas well，booster tube，influence factor，test

1004－1338（2011）04－0384－03

TE258.3

A

向旭，男，高級(jí)工程師，從事石油射孔器材研究工作。

2011－01－11 本文編輯 李總南）