射孔彈自燃原因查找與解決方法

摘 要：針對超高溫射孔彈出現(xiàn)的自燃問題，模擬儲(chǔ)層條件（溫度和壓力）進(jìn)行射孔試驗(yàn)與分析，形成了分艙排除法試驗(yàn)方法，查找出了自燃的原因，建立了解決方法，新產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。超高溫高壓射孔效能實(shí)驗(yàn)裝置為射孔技術(shù)研究提供了試驗(yàn)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：超高溫射孔彈 自燃 排除法試驗(yàn) 機(jī)械鎖口

中圖分類號：TE9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1 引言

目前，國內(nèi)外用來制造起爆器、射孔彈、導(dǎo)爆索和傳爆管等石油工業(yè)用的炸藥在類型和理化特性基本相同[1]。根據(jù)爆轟性能、安定性等指標(biāo)，用于制造超高溫射孔彈的主要炸藥有六硝基芪（HNS）、皮威克斯（PYX）等耐熱單質(zhì)炸藥及由它們分別制成的混合炸藥，這兩種炸藥耐溫250℃持續(xù)2h（或耐溫220℃持續(xù)48h）條件下仍能滿足安全性能。

在渤南油田某井，采用以HNS 為主裝藥的73型超高溫射孔器材施工，連續(xù)出現(xiàn)2次自燃現(xiàn)象；義和油田某井采用以PYX為主裝藥的102型超高溫射孔器材，也出現(xiàn)射孔彈全部自燃燒毀的現(xiàn)象。初步分析認(rèn)為，由于火工品藥劑容易受到相鄰藥劑、材料以及環(huán)境水分等影響，針對以上現(xiàn)象，勝利油田測井公司依托高溫高壓射孔效能實(shí)驗(yàn)室，模擬儲(chǔ)層高溫高壓的環(huán)境，對現(xiàn)用的超高溫射孔器材進(jìn)行自燃原因查找試驗(yàn)，建立了解決問題的方法。

2 自燃原因的查找

為準(zhǔn)確查找超高溫射孔器材自燃原因和耐溫性能指標(biāo)，模擬4000m左右井深，設(shè)計(jì)分別在240℃/2h/40Mpa、220℃/12h/40Mpa條件下，對現(xiàn)用的超高溫射孔彈、電雷管、傳爆管和導(dǎo)爆索進(jìn)行耐溫耐壓和聯(lián)合打四川砂巖靶試驗(yàn)。

2.1 模擬試驗(yàn)與分析

裝配試驗(yàn)射孔器和試驗(yàn)靶，下入Ф380mm實(shí)驗(yàn)裝置，加溫到240℃，加壓40Mpa，恒定2h后點(diǎn)火，測控臺(tái)無點(diǎn)火電流顯示，瞬間壓力信號采集系統(tǒng)未檢測到起爆壓力信號。將試驗(yàn)容器裝置降溫冷卻，取出實(shí)驗(yàn)射孔槍和射孔靶，拆卸后發(fā)現(xiàn)射孔彈主裝藥已經(jīng)自燃，整個(gè)起爆傳爆序列包括電雷管、傳爆管和導(dǎo)爆索均已燒毀，

繼續(xù)抽取兩發(fā)超高溫射孔彈分別在相同條件下試驗(yàn)，均出現(xiàn)以上相同自燃現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：高溫高壓射孔效能實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)過程中出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，與現(xiàn)場施工中出現(xiàn)的自燃現(xiàn)象一致。

初步認(rèn)為在持續(xù)高溫高壓環(huán)境下加速了炸藥的分解，放出大量的熱，但該超高溫射孔彈所使用HNS混合炸藥為主裝藥，熱力學(xué)性質(zhì)和熱安定性均已符合要求，以此作為自燃的原因分析不符合國內(nèi)外對炸藥研究的結(jié)論。因此，高溫高壓環(huán)境在一定程度上降低了該類炸藥的穩(wěn)定性，而不是射孔彈自燃的真正原因。

2.2 電氣測控系統(tǒng)可靠性檢驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置電氣測控系統(tǒng)的溫度、壓力計(jì)均由省技術(shù)監(jiān)督局檢驗(yàn)，且在合格期內(nèi)。為了進(jìn)一步證實(shí)溫度的可靠性，將500℉（260℃）留點(diǎn)溫度計(jì)放入空槍內(nèi)密封，并下入超高溫高壓試驗(yàn)容器中加溫，當(dāng)電氣測控系統(tǒng)溫度檢測儀表讀數(shù)上升到219.5℃時(shí)，停止加溫并恒溫2h；然后，將容器降溫，提出槍身，取得留點(diǎn)溫度計(jì)的讀數(shù)為426.5℉，折算成攝氏度后約為219.2℃，其溫度誤差在允許范圍內(nèi)，證實(shí)了實(shí)驗(yàn)裝置及電氣測控系統(tǒng)的可靠性。

2.3 爆炸序列分艙排除法試驗(yàn)

將4只射孔槍串接隔離密封成4個(gè)獨(dú)立的艙室，分別安放超高溫射孔彈、電雷管、傳爆管和導(dǎo)爆索，下入超高溫高壓試驗(yàn)容器進(jìn)行240℃/2h/40Mpa試驗(yàn)，結(jié)果見表1。又重新裝配，進(jìn)行220℃/12h/40Mpa條件下排除法試驗(yàn)，結(jié)果見表2。將經(jīng)受過高溫高壓的電雷管、傳爆管、導(dǎo)爆索進(jìn)行地面引爆試驗(yàn)，電雷管正常發(fā)火，傳爆管和導(dǎo)爆索均正常傳爆起爆。

表1 240℃/2h/40Mpa分艙排除法試驗(yàn)結(jié)果

火工件名稱

試驗(yàn)次數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果

高溫高壓后地面試驗(yàn)結(jié)果

電雷管

2

不燃不爆

起爆正常

傳爆管

2

不燃不爆

傳爆正常

導(dǎo)爆索

2

不燃不爆

傳爆正常

A型超高溫射孔彈

2

平均90min自燃

B型超高溫射孔彈

2

平均100min自燃

表2 220℃/12h/40Mpa分艙排除法試驗(yàn)結(jié)果

火工件名稱

試驗(yàn)次數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果

高溫高壓后地面試驗(yàn)結(jié)果

電雷管

2

不燃不爆

起爆正常

傳爆管

2

不燃不爆

傳爆正常

導(dǎo)爆索

2

不燃不爆

傳爆正常

A型超高溫射孔彈

2

平均5.5h自燃

B型超高溫射孔彈

2

平均6h自燃

試驗(yàn)結(jié)果排除了起爆傳爆序列造成自燃的疑慮，確定了引起自燃的火工件是超高溫射孔彈，且隨著溫度的升高，自燃的速度加快。

2.4 分解射孔彈分艙排除法試驗(yàn)

對超高溫射孔彈結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，接觸主裝藥的有彈殼、藥型罩以及藥型罩與主裝藥的粘結(jié)劑，因此，按制作結(jié)構(gòu)將射孔彈分解為藥型罩、彈殼與壓制在一起的主裝藥、無粘結(jié)劑的射孔彈、有粘結(jié)劑的射孔彈4種樣品。先將A型超高溫射孔彈4種樣品放入獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)艙，在240℃/2h/40Mpa和220℃/12h/40Mpa條件下排除法試驗(yàn)，帶粘結(jié)劑的射孔彈自燃，其它樣品均完好，

將高溫高壓后沒有使用粘結(jié)劑的A型超高溫射孔彈樣品，地面打45 #鋼靶試驗(yàn)，穿孔深度123mm，孔徑13mm，孔眼圓潤。

將B型超高溫射孔彈4種樣品放入獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)艙，在240℃/2h/40Mpa和220℃/12h/40Mpa條件下排除法試驗(yàn)，仍然是帶粘結(jié)劑的射孔彈自燃，其它樣品均完好。實(shí)驗(yàn)表明，粘結(jié)劑在高溫下與主裝藥或藥型罩發(fā)生反應(yīng)，其相容性差，導(dǎo)致了射孔彈的自燃，致使現(xiàn)場施工中出現(xiàn)不穿孔現(xiàn)象。

3 解決方法

為了解決超高溫射孔彈自燃問題，必須放棄粘結(jié)藥型罩的傳統(tǒng)方案。探索實(shí)驗(yàn)后提出了鎖口環(huán)機(jī)械鎖口方法，該固定方法既能增加了藥型罩固定的穩(wěn)固性，又不受溫度的影響，而且還消除了藥型罩出現(xiàn)松動(dòng)和脫落問題。

技術(shù)改進(jìn)后超高溫射孔彈在240℃/2h/40Mpa和220℃/12h/40Mpa條件下又經(jīng)多次打四川砂巖靶試驗(yàn)，均正常起爆射孔，未出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

新型超高溫射孔彈通過現(xiàn)場推廣應(yīng)用，累計(jì)完成84井次，均一次成功，未再出現(xiàn)射孔彈自燃現(xiàn)象。其中，義34-斜101井油層溫度高達(dá)190℃，義115井油層溫度高達(dá)198℃，均一次成功，突破了超高溫射孔的技術(shù)難關(guān)。部分超高溫射孔井見表3。

表3 部分超高溫射孔井統(tǒng)計(jì)表

井號

儲(chǔ)層溫度℃

射孔井段m

義115

198

5005.0-4980.0

義34-斜101

190

5011.3-4977.4

坨765

171

4354.1-4386.0

利672

161

4156.54125.3

老292

165

3924.6-4017.4

義34-斜31

189

4420.0-4472.0

孤北古2

174

4579.0-4722.0

義103-1

161

4055.0-4065.0

渤深4

160

4431.0-4441.0

義109-2

164

4303.6-4322.0

義斜175

161

4249.0-4372.0

樁古63

170

4336.1-4332.5

樁海102

183

4594.9-4710.6

田斜307

160

4384.0-4364.0

孤北古2

180

4579.6-4722.0

夏102

184

3999.0-4010.0

5 結(jié)論

（1）超高溫高壓射孔效能實(shí)驗(yàn)裝置為模擬井下射孔環(huán)境進(jìn)行射孔技術(shù)研究提供了試驗(yàn)平臺(tái)，提高了深部高溫儲(chǔ)層射孔完善程度，推進(jìn)了射孔技術(shù)的發(fā)展。

（2）通過模擬儲(chǔ)層環(huán)境試驗(yàn)，是查找問題根源有效方法。

（3）試驗(yàn)為常溫、高溫射孔用粘結(jié)劑是否導(dǎo)致自燃的研究提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

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