油气井射孔安全型增能连枪接头的研制及应用.pdf

石油仪器 PETROI EUM I NS TRUMENTS 开发设计 油气井射孔安全型增能连枪接头的研制及应用 侯卫东 葛 磊 刘 伟 党有伟 王化伟 崔树屏 1 ． 河南石油勘探局地球物理测井公司 河南 南阳 2 ． 陕两应用物理化学研究所陕西 西安 摘 要 文章对 目前在石油射孔作业中使用的中间连枪接头进行了革新， 使原来连枪的双接头改为单接头， 并在此单 接头内放置了增能器及设计 了传爆通道压控系统 该装置可以有效提高石油射孔的安全性及传爆可靠性。 关 键 词 安全增能接头； 安全性；可靠性 中图法分类号 T E 2 5 7 ． 1 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 4 9 1 3 4 2 0 1 1 0 4 0 0 1 0 0 2 O 引 言 在石油射孔作业时 ， 一次射孔 打开一个或多个生 产层 ， 只要超过单根射孔枪的极限长度， 需要两支以上 射孔枪时不论是油管传输射孔还是 电缆射孔 ， 都要用 到中间连枪接头。目前油田普遍使用的是双接头连枪 装置， 该连枪装置的作用除了起到连接、 密封上下枪体 外 ， 还承担着放置 、 限位导爆索与传爆管的功能， 既而 装置内部的火工组件可以传递爆轰波， 使得全部射孔 枪完整 、 有效地射孔。本文根据 目前射孔存在问题进 行研制安全的连枪接头的研制过程进行了介绍。 1 目前射孔作业时的两个主要问题 1 ． 1 传爆可靠性的问题 目前油气井射孔施工 中由于射孔枪加工精度 、 施 工人员熟练程度问题 ， 在组装和连 接射孔枪时可能损 伤导爆索或传爆管从而在点火时会 出现导爆索或传爆 管中途断爆的情况 ， 使射孑 L 不完全造成返工 ， 不仅使人 力和物力得到浪费， 而且还延误施工周期大大损害了 甲方利益。经过分析可能 出现断爆 的原因有 以下几 种 1 导爆索的质量问题。如 内部装药密度分布不均 匀， 出现了药剂密度极低或空药； 高温下， 导爆索收缩 或其他性能变化等 ； 2 传爆管的质量问题。如生产时未按工艺规程操 作， 压药压力不足或者保压时间不够等； 3 连枪接头的质量 问题。如固定 、 限位传爆管 的 空腔加工偏差大 ， 造成传爆管殉爆 的纵 向及轴 向距离 偏差过大 ， 或是密封性能不好 ， 造成枪体进水 ， 既而使 传爆管 、 导爆索失效等； 4 人为造成 ， 如导爆索折断 ， 导爆索与传爆管连接 时未到位或者导爆索一端空药 ， 留导爆索长度过短 ， 中 间连枪接头忘套密封圈等。 从理论上分析 ， 断爆是 由于断爆处 的药剂无法得 到足够的冲击波速度， 衰减的爆轰压力无法维持波阵 面的推进。断爆时， 在起爆射孔枪后， 爆轰波都经历了 稳定爆轰一不稳定爆轰 爆燃 一熄爆 的过程 ， 这个过 程在时间上是瞬间的， 但在行程上是通过几节枪体的 导爆索和传爆管后逐渐衰减的。 1 ． 2 危险器材的安全性问题 石油射孔作业时所使用的火工器材都是威力强大 的爆炸品， 在使用这些器材时 ， 如何保证器材 的使用安 全可靠性 ， 成为衡量火工器材性能的一大指标。在“ 以 人为本 ， 安全第一” 的原则下， 石油射孔作业时的器材 也要向安全型靠拢。为此设计 的“ 油气井射孔用安全 型增能连枪接头” 就可以通过对传爆通道的“ 通 、 断” 控 制很好的保证了器材 的使用安全性 ， 减少地面爆炸事 故的发生 ， 保障施工人员的生命安全。同时设计 了增 能器用来增强爆轰波的强度减少发生断爆的几率 。 2 油气井射孔用安全型增能连枪接头设计 为了解决上面出现的问题 ， 我们设计 了“ 油气井射 孔用安全型增能连枪接头” 很好的解决这些问题。 2 ． 1 结构特 点 安全型增能连枪接头结构图， 如图 1 所示 。“ 油气 井射孔用安全型增能连枪接头” 为单接头设计 ， 该接头 第一作者简介 侯 卫东 ，男，1 9 6 6年生 ， 助理工程师 ， 1 9 9 2年毕业于河南石 油职工 大学 石油地质专 业， 现在 河南 油田测井公 司从事 测井工作 。邮 编 4 7 3 1 3 2 2 0 l 1 年第 2 5卷第 4期 侯卫东等 油气井射孔安全型增能连枪接头的研制及应用 保证了连接、 密封枪体的作用， 也为导爆索和传爆管的 放置与限位预留了空问。 增 能器 图 1 安 全型增 能连枪接 头结构 图 2 ． 2 传爆通道压控系统工作原理 如图 1 所示 ， 当“ 传爆通道压控系统” 遇压压力达 到设定值 2 M P a 时Ⅲ l j ， 传爆通道打开这时爆轰波才 能从隔板上的传爆通道传递到下级射孔器材。否则传 爆通道关闭， 即使起爆器发火 ， 爆轰波也会被传爆通道 压控系统阻断， 爆轰波不会影响到下级射孔器材。隔 爆系统的设计采用了隔板原理[ ， 在保证国标规定之 传爆性能下设计了最大值的隔板厚度。当每级射孔枪 都装有该接头时 ， 那么整体射孔管串的安全系数将 大 大提高。通过对“ 传爆通道压控 系统” 的“ 通 、 断” 压力 及隔爆性 能进行 了大量试验 ， 确定 “ 传爆通道压控 系 统” 工作可靠达到了设计要求 ， 同一批次试制产品的试 验结果见表 1 。 表 1 “ 传爆通道压控 系统 ” 通、 断压 力及 隔爆性 能试验 数据 平均压力通道打开值 2 ． 3 增能器工作原理 增能器[ 2 ] 为高感度输入高爆速输 出设计 ， 内装药 剂型号 Y Z N一1 型 ， 共 1 ． 8 g 。在大量的试验基础上 ， 技术人员确定了Y Z N一1 型药剂的成分配比及压药工 艺。其输人端高感度接受爆轰或是爆燃能量 ， 而将高 爆速爆轰波输出。每节枪体爆速的稳定输出或大幅度 提高， 可以完全抵消产品问题的偶然因素影响， 提高了 传爆的可靠性。 利用大偏心及大殉爆距离的方法对增能器传爆性 能进行试验 3， 试验设计如图 2 所示。 图 2 增能器传爆能力试验设计 按图 2设计进行 了多批次大量样本试验 ， 增 能器 与传爆管、 导爆索全部被引爆， 即使在偏心达到 5 m m 大于增能器半径 ， 殉爆距 离达到 5 0 m m 的时候 ， 增 能器仍能可靠的接受输入能量并可靠引爆下级传爆 管。 3 结论 1 油气井射孔用安全型增 能接头为单接头设计 ， 较以往使用的双接头减少了射孔盲区， 提高了射孑 L 穿 孔率 ； 2 本接头设计有“ 传爆通道压控系统” ， 可有效保 证施工器材及人员的安全性 ； 3 本接头设计有“ 增能器” ， 可有效提高射孔施工 的成功率 ， 避免了以往断爆现象的发生。 4 油管传输射孔可以不使用安全枪， 节约了施工 成本。 参 考 文 献 [ 1 ] 刘玉芝 ． 油气井射孔井壁取心技术手册[ M] ． 北京 石油 工业出版社 ， 2 0 0 0 [ 2 ] 惠宁利， 王秀芝 ． 石油工业用爆破技术[ M] ． 北京 石油 工业 出版社 ， 1 9 9 4 [ 3 ] 葛磊， 郭继周． 油 、 气井用传爆管质量控制试验方法改 进[ M] ． 火工品， 2 0 0 9 ， 2 1 6 收稿 日期 2 0 1 1 0 31 1 编辑 梁保江