聚能射孔器混凝土靶穿孔深度動態(tài)評價初探

李東傳，金成福，余海鷹

石油工業(yè)油氣田射孔器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（黑龍江大慶163853）

■標(biāo)準(zhǔn)化

聚能射孔器混凝土靶穿孔深度動態(tài)評價初探

李東傳，金成福，余海鷹

石油工業(yè)油氣田射孔器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（黑龍江大慶163853）

GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》中聚能射孔器混凝土靶穿孔深度評價方法無法持續(xù)地促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高。通過對國內(nèi)聚能射孔器產(chǎn)品在混凝土靶上的穿孔深度變化規(guī)律的分析，給出了穿孔深度增長規(guī)律——外徑89mm的聚能射孔器2007-2013年增長約25%，提出了建立與產(chǎn)品整體水平聯(lián)動的評價方法。用新的評價方法對監(jiān)督檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，表明隨著產(chǎn)品整體水平而相應(yīng)提高的評價指標(biāo)能更有效地促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，同時提高了評價的合理性，為標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了依據(jù)。

聚能射孔器；混凝土靶；穿孔性能；動態(tài)評價

在地面條件下，利用混凝土靶檢驗(yàn)聚能射孔器的穿孔性能和安全性能是目前國內(nèi)外最常用的檢驗(yàn)方法。在國內(nèi)執(zhí)行的是GB/T 20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗(yàn)方法》[1]中的地面混凝土靶射孔試驗(yàn)（修改采用API RP19B《油氣井射孔器評價的推薦作法》），其配套的評價標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》[2]。通過檢驗(yàn)和評價來達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并積極促進(jìn)提高各項(xiàng)性能指標(biāo)的目的。

1997年制定SY/T 5128-1997《油氣井聚能射孔器通用技術(shù)條件》時，外徑89mm、102mm聚能射孔器混凝土靶穿孔深度評價指標(biāo)分別為400mm、500mm；2006年制定GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》時，外徑89mm、102mm聚能射孔器混凝土靶穿孔深度評價指標(biāo)分別上升為450mm、550mm。標(biāo)準(zhǔn)中的判定方法是：評價值（平均值－k倍的標(biāo)準(zhǔn)差，k由標(biāo)準(zhǔn)給出）大于等于評價指標(biāo)（單側(cè)下規(guī)格限，即判定為合格的最低指標(biāo)）時為合格。隨著射孔器材制造技術(shù)的發(fā)展，聚能射孔器的穿孔深度等指標(biāo)不斷提高，制定的評價指標(biāo)也相應(yīng)提高。標(biāo)準(zhǔn)制定時評價指標(biāo)是合理的，隨著時間的推移，技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品性能指標(biāo)相應(yīng)提高，此時評價指標(biāo)明顯偏低，已起不到促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提高的目的。

通過對2007-2013年監(jiān)督檢驗(yàn)及部分質(zhì)量評價檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正、分析，研究了油田常用外徑89mm、102mm的聚能射孔器在混凝土靶上的穿孔深度增長規(guī)律，并改進(jìn)評價方法。

1 穿孔深度的增加給評價帶來的新問題

1.1 穿孔深度的增加，評價的嚴(yán)格程度隨之下降

對2007-2013年監(jiān)督檢驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，國內(nèi)外徑89mm聚能射孔器材穿孔深度的平均值、評價值的平均值均有明顯上升，6年間分別上升了25.4%和25.5%，合格率由87.5%上升為100%；外徑102mm聚能射孔器材穿孔深度的平均值、評價值的平均值也均有明顯上升，6年間分別上升了26.4%和23.6%，合格率均為100%（表1）。表明國內(nèi)聚能射孔器材制造技術(shù)有了顯著進(jìn)步，尤其是在2011年前后，平均穿孔深度有了大幅度的提高；但不同廠家的產(chǎn)品性能相差較大，穿孔深度最低值較平均值差別大且上升緩慢，說明部分廠家的制造技術(shù)較整體水平仍有較大差距。

GB/T 20489-2006標(biāo)準(zhǔn)制定時的評價指標(biāo)是合理的，隨著射孔器材制造技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的穿孔深度不斷提高，導(dǎo)致制訂標(biāo)準(zhǔn)時合格的評價指標(biāo)隨著時間的推移而明顯偏低。這時標(biāo)準(zhǔn)無法達(dá)到制定時的目的——促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

1.2 國內(nèi)產(chǎn)品穿孔深度指標(biāo)提升空間較大

對比同時期國內(nèi)平均水平、國內(nèi)外最好水平的數(shù)據(jù)（表2）表明：國內(nèi)最好產(chǎn)品與同級別的國外產(chǎn)品的穿孔深度指標(biāo)十分接近，但平均水平與最好產(chǎn)品間的差距為30%左右，國內(nèi)部分產(chǎn)品的穿孔深度指標(biāo)仍有很大的提升空間，至少提升15%～20%沒有問題。

表1 2007-2013年聚能射孔器穿孔深度監(jiān)督檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 國內(nèi)外聚能射孔器孔穿孔深度指標(biāo)分析

1.3 保持評價水平的思路探討

鑒于標(biāo)準(zhǔn)中的評價指標(biāo)一旦制定后就不能隨意更改，而制定標(biāo)準(zhǔn)時的評價水平與當(dāng)年或當(dāng)時幾年的產(chǎn)品整體水平相關(guān)。如果要保持評價水平，只能建立評價方法與該年度的產(chǎn)品整體水平間的相關(guān)性，通過整體水平的提高來相應(yīng)修正評價指標(biāo)。

基本思路:以標(biāo)準(zhǔn)制定年度（如2013年或2011-2013年）整體水平為依據(jù),當(dāng)某一年度平均值或標(biāo)準(zhǔn)制定年度整體水平大于1時,以該值為系數(shù)修正下一年度評價指標(biāo)；當(dāng)比值不大于1時,則不需要修正下一年度評價指標(biāo)。

2 持續(xù)促進(jìn)穿孔深度提高的方法

2.1 確定相對合理的評價指標(biāo)

按GB/T 20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗(yàn)方法》要求制作的混凝土靶的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時間的延長而增大，而抗壓強(qiáng)度的變化又影響聚能射孔器的穿孔深度。研究表明混凝土靶的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時間的增加而增大，穿孔深度隨抗壓強(qiáng)度的增加而降低，抗壓強(qiáng)度每增加10 MPa時平均穿孔深度降低約為6%～12%，聚能射孔器設(shè)計(jì)不同降低程度不同[3]。給出了抗壓強(qiáng)度對穿孔深度修正方法：混凝土靶抗壓強(qiáng)度在34.5～45.0MPa時的試驗(yàn)結(jié)果不需修正；抗壓強(qiáng)度在45.1MPa及以上時抗壓強(qiáng)度每增加5MPa（不足5MPa時按5MPa計(jì)算）穿孔深度向上修正5%[4]。

經(jīng)生產(chǎn)廠家、油田使用單位的專家討論修正了抗壓強(qiáng)度對穿孔深度修正方法：當(dāng)混凝土靶抗壓強(qiáng)度大于40.0MPa且不大于50.0MPa時，修正后穿孔深度為測得值的1.05倍；當(dāng)混凝土靶抗壓強(qiáng)度大于50.0MPa時，修正后穿孔深度為測得值的1.1倍。

按以上方法對2011-2013年監(jiān)督、質(zhì)量評價產(chǎn)品的穿孔深度進(jìn)行了修正，外徑89mm聚能射孔器的穿孔深度評價最低值分別為505mm、517mm和572mm，外徑102mm聚能射孔器的穿孔深度評價最低值分別為556mm、663mm和640mm。經(jīng)生產(chǎn)廠家、檢驗(yàn)部門和油田使用單位的專家協(xié)商決定，2014年修訂標(biāo)準(zhǔn)時，擬確定外徑89mm聚能射孔器的評價指標(biāo)為520mm，該產(chǎn)品的3年綜合合格率為85%、2013年合格率為85%；擬確定外徑102mm聚能射孔器的評價指標(biāo)為640mm，該產(chǎn)品3年綜合合格率為89%、2013年合格率為95%。評價指標(biāo)基本合理。

2.2 建立與整體水平聯(lián)動的評價方法

為了保持評價嚴(yán)格程度的一致性，建議采用動態(tài)評價。當(dāng)產(chǎn)品整體水平不高時，評價指標(biāo)也不高；整體水平提高時，評價指標(biāo)也隨之提高，以促進(jìn)相對落后產(chǎn)品的制造技術(shù)升級。判定規(guī)則：

當(dāng)-X-ks≥L×a時，判定合格，當(dāng)-X-ks＜L×a時，判定不合格。其中，-X為平均穿孔深度，mm；k為系數(shù)；s為標(biāo)準(zhǔn)差，mm；L為判定值；mm。

3 動態(tài)評價效果分析

3.1 2007-2013年評價結(jié)果分析

利用GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》中的評價方法評價外徑89mm聚能射孔器的穿孔深度。除了2007年合格率為87.5%外，其它年度均為100%（表1）。

用新的評價方法評價2007-2013年的監(jiān)督檢驗(yàn)結(jié)果。2007年、2008年評價指標(biāo)為450mm，2009年及以后的評價指標(biāo)由公式（1）計(jì)算獲得。計(jì)算時取2007年產(chǎn)品平均值穿孔深度（假定為標(biāo)準(zhǔn)制定時選用的參考值），A1取2008-2013年產(chǎn)品平均值穿孔深度。計(jì)算的評價指標(biāo)分別為：462、481、487、533mm和559mm，以新指標(biāo)評價則各年度合格率分別為：100%、100%、81.8%、84.6%、84.6%和72.7%（2011、2012和2013年修正后分別為：100%、92.3%和100%），新的評價指標(biāo)按整體水平上升速度上升（由于計(jì)算方法原因按前一年的上升速率計(jì)算），在評價值的平均值下方約70mm處運(yùn)行?？梢蕴蕹h(yuǎn)遠(yuǎn)低于平均水平的產(chǎn)品，從促進(jìn)產(chǎn)品性能的提高方面考慮更合理。

3.2 新的評價指標(biāo)的合理性預(yù)測

按2007-2013年穿孔深度上升規(guī)律預(yù)測外徑89mm聚能射孔器2014-2018年的監(jiān)督、質(zhì)量評價結(jié)果，穿孔深度年均增長率為4%左右，預(yù)計(jì)2014年以后5年總的增長幅度可能達(dá)20%左右。評價指標(biāo)也應(yīng)按該規(guī)律上升，2014-2018年評價指標(biāo)為：520、541、562、582mm和603mm。監(jiān)督檢驗(yàn)最低值按年均2.4%增長率計(jì)算，預(yù)計(jì)5年的平均穿孔深度為：586、599、613、627mm和641mm；質(zhì)量評價檢驗(yàn)最低值按年均2.4%增長率計(jì)算，預(yù)計(jì)5年的平均穿孔深度為：501、512、524、536mm和548mm。

利用GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》中的評價方法評價。2013年監(jiān)督檢驗(yàn)最低值為520mm，已經(jīng)合格，正常情況下2014年以后的合格率應(yīng)均為100%；質(zhì)量評價檢驗(yàn)最低值也在2016年達(dá)到524mm，正常情況下2016年以后的合格率應(yīng)均為100%。用新的評價方法評價時，監(jiān)督檢驗(yàn)產(chǎn)品的穿孔深度指標(biāo)均合格，質(zhì)量評價檢驗(yàn)的最低值均不合格。

考慮到監(jiān)督檢驗(yàn)樣品具有普遍的代表性，而質(zhì)量評價檢驗(yàn)中的部分樣品可能是新組合，廠家對其重視程度也低于監(jiān)督檢驗(yàn)產(chǎn)品，其結(jié)果的代表性較低。因此，如按GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》中的評價方法評價，標(biāo)準(zhǔn)修訂擬確定的評價指標(biāo)（520mm）也不高，如按新的評價方法評價，可以隨著產(chǎn)品整體水平的提高來修正評價指標(biāo)，評價指標(biāo)定為520mm則相對合理些[5]。

4 結(jié)論與建議

1）國內(nèi)最好的聚能射孔器產(chǎn)品的穿孔深度接近國外最好水平，但國內(nèi)整體水平不高，還有很大的提升空間。

2）國內(nèi)聚能射孔器產(chǎn)品穿孔深度提高緩慢，2007-2013年平均4%左右，部分產(chǎn)品甚至幾年沒有改進(jìn)。

3）給出了新的評價方法，可根據(jù)產(chǎn)品的整體水平修正評價指標(biāo)，以達(dá)到持續(xù)促進(jìn)相對落后產(chǎn)品改進(jìn)的目的。建議修訂GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》時予以考慮，以促進(jìn)國內(nèi)產(chǎn)品穿孔性能的提高。

[1]國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會民用爆破器材服務(wù)中心.油氣井聚能射孔器材性能試驗(yàn)方法:GB/T 20488-2006[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[2]國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件:GB/T 20489-2006[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[3]李東傳,姜延?xùn)|,金成福,等.混凝土靶養(yǎng)護(hù)時間與抗壓強(qiáng)度和聚能射孔器穿孔深度的關(guān)系初探[J].測井技術(shù),2008,32 (5):476-478.

[4]李東傳,金冶,金成福,等.關(guān)于GB/T 20489-2006中聚能射孔器在混凝土靶上穿孔深度評價方法的探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2012,28(7):32-34.

[5]陸大衛(wèi).油氣井射孔技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2012.

The jet perforator concrete target penetration depth evaluation method in GB/T 20489-2006“General Technical Conditions for Oil and Gas Well Perforating Equipment”can not continue to promote the quality improvement of jet perforator products.Through the analysis of the concrete target penetration depth of the jet perforators made in China,a penetration depth increasing law is obtained: the concrete target penetration depth of the jet perforator with 89mm outside diameter(OD)increased about 25%according to the testing data from 2007 to 2013,and a jet perforator concrete target penetration depth evaluation method connected to the overall level of prod?ucts is established.The test results obtained using the new evaluation method show that the evaluation indexes which improve with the improvement of overall quality level of jet perforator products could more effectively promote the quality improvement of jet perforator products.The new evaluation method increases the rationality of evaluation and provides a basis for the revision of the standard.

jet perforator;concrete target;penetration performance;dynamic evaluation

路萍

2016-03-10

李東傳（1969-），男，高級工程師，研究方向?yàn)橛蜌饩蒙淇灼鞑臋z測技術(shù)。