井下導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔可行性試驗(yàn)研究

文 平，陳小元，秦 春，王 委，陳惠卿

(1.中國石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司, 江蘇 揚(yáng)州 225261；2.川南航天能源科技有限公司，四川 瀘州 646000)

井下導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔可行性試驗(yàn)研究

文 平1，陳小元1，秦 春1，王 委1，陳惠卿2

(1.中國石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司, 江蘇 揚(yáng)州 225261；2.川南航天能源科技有限公司，四川 瀘州 646000)

在石油鉆井施工的擴(kuò)孔作業(yè)中，應(yīng)用常規(guī)擴(kuò)孔器進(jìn)行擴(kuò)孔存在斷刀翼、擴(kuò)孔周期長、擴(kuò)孔扭矩大、擴(kuò)孔效果不理想等問題。為掌握更加優(yōu)質(zhì)高效的擴(kuò)孔手段，經(jīng)過理論分析，探索利用導(dǎo)爆索的爆炸所產(chǎn)生的爆炸沖擊波對(duì)預(yù)定井段進(jìn)行擴(kuò)孔的方法。通過裝置結(jié)構(gòu)、輸送手段、發(fā)火序列等關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)導(dǎo)爆索擴(kuò)孔的可行性進(jìn)行了地面試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：運(yùn)用導(dǎo)爆索爆炸產(chǎn)生的沖擊波對(duì)巖石壁進(jìn)行擴(kuò)孔是可行的。

鉆井 導(dǎo)爆索 爆炸 擴(kuò)孔

在石油鉆井施工作業(yè)中，因各種原因和目的需要鉆井?dāng)U孔。目前常規(guī)的鉆井?dāng)U孔作業(yè)主要有鉆后擴(kuò)孔和隨鉆擴(kuò)孔兩種作業(yè)方式[1]。由于受擴(kuò)孔地層的不均質(zhì)性、壓實(shí)強(qiáng)度、巖石硬度和井眼井斜大小等影響，作業(yè)中會(huì)面臨擴(kuò)孔扭矩大、擴(kuò)孔周期長、擴(kuò)孔效果不理想、擴(kuò)孔精度不夠等問題以及工具斷刀翼等風(fēng)險(xiǎn)[2]。而獨(dú)辟蹊徑的石油鉆井井下導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔方法可克服上述缺點(diǎn)，該方法擴(kuò)孔速度快，能降低擴(kuò)孔作業(yè)時(shí)遇阻、卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆井?dāng)U孔效果，縮短處理復(fù)雜情況的時(shí)間，節(jié)約鉆井成本。

1導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔方法的技術(shù)關(guān)鍵

石油鉆井井下導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔方法是利用導(dǎo)爆索的爆炸所產(chǎn)生的爆炸沖擊波對(duì)預(yù)定井段進(jìn)行擴(kuò)孔。該方法的技術(shù)關(guān)鍵主要有三方面：其一是導(dǎo)爆索的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；其二是如何將導(dǎo)爆索下放到預(yù)定井段；其三是如何引爆導(dǎo)爆索。

1.1導(dǎo)爆索的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)爆索結(jié)構(gòu)如圖1所示 ，內(nèi)裝炸藥采用編織方式進(jìn)行裝填，外皮選用尼龍塑料。裝藥線密度可達(dá)8～30 g/m，爆速高達(dá)7 800 m/s，耐溫高達(dá)160 ℃/48 h，井下可承受70 MPa高壓。

1.2 爆炸擴(kuò)孔裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)爆索纏繞在爆炸擴(kuò)孔裝置上，爆炸擴(kuò)孔裝置與鉆桿相連，通過鉆桿輸送至預(yù)定井段。爆炸擴(kuò)孔裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，上端壓力開孔起爆裝置通過螺紋與鉆桿連接。

壓力開孔起爆裝置結(jié)構(gòu)如圖3，撞針通過剪切銷固定在上接頭內(nèi)，起爆器通過螺塞固定在下接頭內(nèi)。導(dǎo)爆索裝入傳爆組件的輸出孔中然后纏繞在爆炸桿上。

圖1 導(dǎo)爆索結(jié)構(gòu)

圖2 爆炸擴(kuò)孔裝置

圖3 壓力開孔起爆裝置

1.3 發(fā)火序列的設(shè)計(jì)

爆炸擴(kuò)孔裝置的發(fā)火序列應(yīng)為：撞針撞擊起爆器，起爆器輸出沖擊波引爆傳爆組件，傳爆組件再引爆導(dǎo)爆索。該發(fā)火序列可靠地將撞針的撞擊能量轉(zhuǎn)換為沖擊波輸出。

2 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔的方法

2.1 理論分析

爆轟是一伴有大量能量釋放、帶有一個(gè)以超聲速運(yùn)動(dòng)的沖擊波前沿的化學(xué)反應(yīng)區(qū)沿炸藥傳播的流體動(dòng)力學(xué)過程。這種帶有高速化學(xué)反應(yīng)區(qū)的沖擊波稱為爆轟波。炸藥爆炸除了形成爆轟波還會(huì)形成能量密度很高的爆轟產(chǎn)物，爆轟波和爆轟產(chǎn)物劇烈的沖擊恰恰是造成目標(biāo)損傷破壞、或使目標(biāo)發(fā)生推進(jìn)加速運(yùn)動(dòng)的根本原因。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，炸藥在水中爆炸時(shí)沖擊波陣面超壓可用下面函數(shù)描述：

這里Δpy為沖擊波陣面超壓，Pa；α為沖擊波壓力的衰減系數(shù)；r0為裝藥半徑，m；r為介質(zhì)與爆心距離，m。

對(duì)于TNT炸藥，當(dāng)35

2.2 實(shí)現(xiàn)過程

采用鉆桿輸送爆炸擴(kuò)孔裝置至預(yù)定的擴(kuò)孔位置，在鉆桿內(nèi)充滿液體，通過地面泥漿泵加壓，剪切銷被剪切，撞針解鎖撞擊起爆器，起爆器輸出沖擊波引爆傳爆組件及導(dǎo)爆索。導(dǎo)爆索爆炸后產(chǎn)生的沖擊波作用在井壁巖石上，造成地層巖石壓碎和破裂，從而達(dá)到擴(kuò)孔的效果。爆炸擴(kuò)孔后所產(chǎn)生的巖石碎屑，通過鉆井液的循環(huán)帶出到地面。

3 導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔可行性驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

將導(dǎo)爆索密集螺旋纏繞在外徑為Φ178 mm的鋼管外圓上，導(dǎo)爆索共纏繞11圈，鋼管纏繞部分長度共58.8 mm，導(dǎo)爆索總長度約為6 150 mm，裝藥量約為129.9 gTNT當(dāng)量。連接好后將鋼管送入混凝土靶中，用塑料導(dǎo)爆管雷管引爆發(fā)火，觀察并對(duì)比發(fā)火前后混凝土靶內(nèi)孔尺寸及形狀，以此驗(yàn)證導(dǎo)爆索是否能將混凝土靶中的孔眼進(jìn)行擴(kuò)孔(見圖4)。

圖4 導(dǎo)爆索爆炸擴(kuò)孔試驗(yàn)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

發(fā)火后，纏繞在鋼管外圓的導(dǎo)爆索完全被引爆，有導(dǎo)爆索纏繞的部分鋼管凹入，外徑減小5～7 mm(見圖5)；混凝土靶內(nèi)孔呈螺紋狀，擴(kuò)孔效果明顯，尺寸較均勻(圖6)，螺紋狀內(nèi)孔底部單邊尺寸擴(kuò)大5～7 mm，頂部尺寸不變，擴(kuò)孔率約為6%。初步分析擴(kuò)孔后混凝土靶內(nèi)孔形狀與導(dǎo)爆索纏繞方式有關(guān)。

圖5 導(dǎo)爆索爆炸后鋼管凹入

圖6 導(dǎo)爆索擴(kuò)孔試驗(yàn)效果

4結(jié)論

(1)通過地面爆炸擴(kuò)孔試驗(yàn)的驗(yàn)證，運(yùn)用導(dǎo)爆索爆炸產(chǎn)生的沖擊波對(duì)巖石壁進(jìn)行擴(kuò)孔是可行的。

(2)巖石壁上的擴(kuò)孔痕跡與導(dǎo)爆索的纏繞密度有關(guān)。只有在所纏繞導(dǎo)爆索正對(duì)的巖石壁上才會(huì)形成擴(kuò)孔痕跡。

[1] 秦春，陳小元，董來名，等．定向隨鉆擴(kuò)孔技術(shù)在塔河油田TH10233CH井的應(yīng)用[J]．復(fù)雜油氣藏，2015，8(1)：62-66．

[2] 馬清明，王瑞和．隨鉆擴(kuò)眼工具及技術(shù)研究[J]．天然氣工業(yè)，2006，26(3)：71-74．

Feasibility study on detonating cord explosive reaming of downhole

Wen Ping1，Chen Xiaoyuan1，Qin Chun1, Wang Wei1，Chen Huiqing2

(1.JiangsuDrillingCompany,SinopecOilfieldServiceHuaDongCorporation,Yangzhou225261,China；2.ChuannanEnergyTechnologyCorporation，Luzhou646000,China)

In the reaming operation of petroleum drilling construction,the application of conventional reamer has problems such as reaming blade broken, long reaming cycle and high reaming torque, so the reaming effect is not ideal.To solve the problems ,the detonating cord explosion reaming method was studied. It is to use the explosion shock waves produced by the explosion of detonating cord to ream the predetermined interval. The key techniques include the design of device structure,transportation and detonation order. The feasibility of detonating cord explosion reaming was tested on the ground.It is shown that the use of detonating cord blast shock waves to ream the rock wall of the borehole is feasible.

drilling; detonating cord; explosion; reaming

TE24

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.03.013

2017-06-19；改回日期：2017-07-24。

文平(1972—)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事鉆井工程技術(shù)的研究及管理工作。E-mail:wenping.oshd@sinopec.com。

攻關(guān)項(xiàng)目：中國石油化工集團(tuán)公司前瞻性研究項(xiàng)目(JP16016)：鉆井爆炸擴(kuò)孔技術(shù)前瞻性研究。

(編輯 韓 楓)