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1、特殊案例的射孔失败分析周璺1张怀银2 魏永刚3(1中国陕西应用物理化学研究所2辽河油田测井公司 3中原油田测井公司)摘要：本文中通过对部分油田中的一些射孔失败的典型案例进行具体分析，说明使用者在生产过 程中，对器材的了解与掌握程度，及对具体的井况采用合理的施工管串设计有极其重要的意义。关键词：射孔失败分析案例0前言射孔作业是完井作业过程中极其重要的一道工序。有效的、合理的射孔作业是最终目的。但有时 由于操作者对施工器材的了解程度有限，或对井下条件的认识不足，或对射孔工艺的要求不够完善，在 施工中，出现了一些误射孔或射孔不完全等的情况。本文根据笔者近年来进行的一些事故分析情况，从 中选出一些案例
2、作为典型介绍，以帮助操作者在今后的工作中，合理使用射孔器材，并根据具体的井况 确定合理的施工工艺与条件。1案例分析11案例分析之一伙X_J2004年元月，在中部某油田施工过程中，发生了一起误_一射孔的情况。该井井深2300m，满井筒清水，有两个射孔层-一段。两个射孔层段之间，有一个80m的夹层。施工管串模式_万 -一如图1。现象： 一o(1)施工后，电测发现，在距下层射孔段29mm处，有误射孔现象(该井为新井)，而上层射孔段为正常射孔。(2)射孔队反映，井下作业队下管串过程有过快行为。可能情况：-_-_ (1)作业队在施工过程中，夹层油管少下了3根；-=(2)下级压力起爆器剪切销值不准，在下的
3、过程中，压力0 b起爆器起爆；(3)其它可能。图1施工管串图事后有关人员当即对施工记录及现场油管进行了检查，确认作业队施工过程中所下的油管数目正确。 由此，事故苗头分析转移到压力起爆器剪切销钉上。该油田委托西安交大材料性能研究室对从误作者简介：周墨，男1961年12月生毕业于北京理工大学兵器工业西安213所研究员级高级工程师，副主任设计师企业科技带头 人。硕士生导师参与六十多项民爆产品的设计，发表学术论文17篇，获六项国家实用新型专利及多项省部级奖116射孔的压力起爆器活塞上取下的剪切销钉进行强度试验。该压力起爆器销钉承压值选用的是28-32MPa。经检验，该销钉实际承压值为29MPa，在规定
4、范 围内。试验中，还选取了同批号的在不同承压值范围的剪切销钉进行剪却试验，结果发现，实验销钉全 部合格。， 。排除法排除了作业队少下油管的情况和压力起爆器剪切销钉值不准的问题，那么原因在哪呢?器 材生产厂家的技术干部与该油田的技术干部对施工过程与施工管串进行了认真的分析，从器材设计上， 从施工工艺与过程来逐步排查。分析过程中，器材生产厂家的技术干部对该施工管串的布局与工艺提 出了问题。该施工管串的工作原理是：环空加压一联作压力起爆器一上级射孔枪一增压装置一下级压力起爆器一下级射孔枪，即：通过环空加压，引爆测试联作压力起爆器，起爆器起爆上级射孔枪，上级射孔枪起爆相连的增压装 置，增压装置作用后，
5、产生大量的高温高压气体，该高温高压气体通过夹层油管将压力传递给下级压力 起爆器，并起爆下级压力起爆器，下级压力起爆器起爆下级射孔枪从而完成全管串的射孔作业。分析认为，该施工管串设计上存在隐患，因为，该施工管串的设计应考虑实际施工的情况，受实际施 工条件的限制，施工中所用的套管为5in套管，内径为124128mm左右，所下的封隔器外径与5in 套管的内径相差不大，当施工管串快速下放时，封隔器胶筒外径与5in套管的内径之间，产生类似打 气筒里产生的“活塞效应”，这“活塞效应”产生的额外压差，通过夹层油管的特制筛管，传递到下级压力 起爆器上，当这压差值大于起爆器的剪却销值时，下级压力起爆器起爆并起爆
6、下级射孔枪，产生误射 孔。由于有增压装置横格在上部，阻挡了爆轰波与液体压力作用于上级射孔枪，以及测试联作起爆器的 特殊起爆方式，只有当射孔管串到位，封隔器坐封后，井口加压时压力才能施加到测试联作起爆器上，上1级射孔枪才能正常射孔。这一案例说明，施工设计者在进行施工方案设计时，不仅要了解使用的任何一个产品的性能，并且 要对整个射孔工艺及可能产生的问题有较清晰地掌握。12案例分析之二2003年，在某厂家进行的增效射孔服务中，出现了射孔器自爆的情况。该射孔井段井温150，输 送方式为采用油管输送射孔，该射孔器所用的各种器材为：采用HMX装药的射孔弹、传爆管，RDX装 药的导爆索等等。分析中，矛头直指
7、RDX装药的导爆索。RDX是一种重要的硝胺炸药，为无色无味的白色粉末结晶，其化学名是：环三甲撑基三硝胺，或1，3，5一三硝基一1，3，5三氮杂环己烷。1922年，冯赫茨(Von Herz)第二个发现并认为黑索金是一种有 价值的炸药，并且成功地用硝酸直接硝化乌洛托品而制得了黑索金。由于黑索金的原料可以说几乎有 着无限的来源(它是从煤炭、空气和水而来)，而且其性能优良，作为炸药的重要性日益显著。因此，二战 后，许多国家对于生产黑索金的方法都进行了积极的研究，使这种炸药得以广泛使用。由于黑索金的爆 速高，爆轰感度好，其猛度和威力都大，因此在石油射孔中，它被广泛使用着_o纯黑索金的熔点为204-205
8、，醋酐法生产的黑索金，因为含有少量杂质，故熔点较低，一般在192-193。关于黑索金在耐高温器材中的使用耐温情况，国外一些石油单位做了大量的试验，图2为schlumberger、Owen、Halliburton等石油公司所做的石油射孔器材中常用的几种炸药的耐温曲线图。 根据资料报道，RDX在160条件下，可耐温2h(适用于有电缆射孔作业)，在120度条件下，可耐温48h(适用于油管传输射孔作业)。通常在进行油管传输射孔作业时，取其耐温值为120，RDX装 药的导爆索在运用于油管传输射孔作业时，是不能耐受150C高温的。因此，射孔作业中出现射孔器自 爆的现象是设计失误造成的。这一案例说明，施工设
9、计者在产品的耐温性能考虑中，不仅要考虑单个产品的耐温性能，更要考虑 整个射孔管串中各部件的耐温情况，要考虑从起爆器、传爆管、导爆索、射孔弹、密封圈等一系列配件的 耐温情况，形成使用产品的合理性能匹配。射孔管串中任何一个部件的耐温如不能通过实际的耐温要 求，就会导致射孔作业的失败。曾经在某油田进行油管传输射孔作业中，设计者选用了耐温220的起1】7123 6 8 10 2448100200600F(3115。c)575F(302。c逛垄550F(288C)-IVOV_I525。F(274C)迫s500。F(260。C475F(246C1_450F232。c)425。P21 8。C)-。400F(
10、204C，375。F(191。C，o、，350F177。C)二=：-_-一、325。F1e3c300F(31 6C)尽2签275F1 35C)-。250F121。c)225F1D7。C200F t93C)图2炸药耐温Tt图：爆器，HNS装药的传爆管和射孔弹，但选用了HMX装药的导爆索，这种设计组合是不合理的。因为， 如果设计者是将该器材用于温度为180的井中，则这种选用是一种浪费；如果设计者是将该器材用于 温度为220的井中，则会由于HMX的耐温不过关造成射孔器的自爆。13案例分析之三2005年初，在某油田的施工过程中，出现了下级射孔枪中的导爆索未完全爆轰的情况，导爆索在燃 烧了近25m后熄爆
11、。对此情况，配套器材的生产厂家技术干部在分析中，对该油田使用的导爆索进行了解剖。解剖发现 该导爆索为矿用线绕棉线导爆索，药芯直径很细(目视约1-2ram)，有的地方药芯部分药剂分布不均 匀，有断药情况，因此，可以认定问题出在导爆索上。矿用棉线导爆索虽有强度高的优点，但其药芯过细，侧面爆轰波输出威力相对较小，不利于满足射 孔弹对高爆速及威力的要求，作为传爆器材，对炸药的爆速要求较高，而影响炸药爆速的因素主要有以下这些： (1)炸药化学性质的影响， 炸药的爆速首先决定于炸药本身的化学性质，主要是炸药的能量性质。对于单质炸药，爆速随爆热和比容的增加而增大。几种炸药的爆热、比容和爆速见表1。表1 单质
12、炸药的爆热、比容和爆速炸药爆热Q。(kJks)比容U(Lkg)密度po(gcm3) 爆速n(ms)梯恩梯 4184 740 1。6 7000 特屈儿 4561 740 1601 7319 黑索金 5774 900 16 8200 太安 5858 800 1，6 8281 硝基胍 2699 1076 16 7920单质炸药的爆速可以近似地用下列公式表示：一2(户一1)Q“2即爆速与炸药的爆热的平方根成正比，或者说，炸药爆热和比容越大时，其反应区的压力和温度就118越高，爆速也就越大。 (2)装药密度对爆速的影响 研究表明，炸药的爆速随密度的增加而增加，在一定的密度范围内，爆速和密度之间存在着很好
13、的线性关系，因而对于每种炸药可以根据下述爆速方程计算不同装药密度下的爆速。U=A+昂式中，Vd为密度为p时的爆速，ms；P为炸药的密度，gcm；A、B为与炸药有关的常数。(3)惰性附加物对爆速的影响一般来说，往炸药中加入惰性附加物，会降低炸药的爆速。附加物对爆速的影响，一方面决定于附 加物的性质，另一方面决定于它的颗粒大小。附加物的颗粒越小，颗粒的比表面越大，对能量的吸收就 越多，降速作用也就越明显。(4)颗粒尺寸和装药外壳对爆速的影响 炸药的颗粒尺寸和装药外壳对其临界直径(维持稳定爆轰需要的最小装药直径)和极限直径(一定密度下，炸药爆速达到极大值时的装药直径)均有影响。当装药直径小于极限直径
14、时，它们对爆速也有 影响，但它们不影响炸药的极限爆速。当装药直径超过极限直径时，只有炸药的成分和装药密度影响爆速。一一。(5)轴向沟槽对爆速的影响 通过上述理论的分析，我们知道，炸药爆轰传播的进行要受到许多因素的影响，有临界直径的影响，有装药物理状态的影响，有炸药装药密度的影响，有装药外壳的影响，有温度的影响，有附加物的影响等。目前的矿用棉线导爆索由于生产工艺与结构的原因，不易达到稳定的装药密度及装药直径。在导 爆索装药中，由于技术、机械、或人为的种种影响，极易发生装药密度不均的情况和包覆层破裂的情况， 装药不均通常发生为装药密度减小，甚至发生漏装药的情况，这些都会造成导爆索由爆轰传递转为燃
15、烧，甚至断火(或熄爆)的可能。对这一不足，90年代中期，有关管理部门曾提到过不再使用矿用棉线导 爆索的要求，因此，作为施工设计者，需要较全面地掌握有关爆破器材的相关知识并很好地继承一些有 用的传统经验。2结论近年来，一方面，随着射孔器材及射孔技术的不断发展，新的射孔器材与射孔工艺层出不断；另一方 面，由于工作等多方面的原因，射孔技术与施工人员都变动很大，这就带来了新的问题。在对射孔器材 新的知识点的掌握上，在对射孔器材整体的综合性能如耐温等的评定上，在对传统射孔器材的经验继承 与掌握上，都出现了一些问题，并导致了对工作的影响。在此，笔者就以上具体问题各提一例，已期起到 抛砖引玉的作用。参考文献1惠君明著炸药爆炸理论南京江苏科学技术出版杜199512陈福梅火工品设计北京工业学院84教研室198311119
