油气井用导爆索收缩性测试技术研究-.pdf

6 O 测 井 与 射孔 2 0 0 8丘 油气井用导爆索收缩性测试技术研究 梁纯 孙新 波 王海 东 石油工业射孔器材检测 中心 摘 要 为在高温环境 中安 全准 确地i 贝 0 量 导爆索 长度的微量 变化 ， 研制 了安全防爆 的导爆 索收缩性 测试 台架。此台架 由导爆安装装置 、 温度控 制系统 、 防爆壳体 、 位移 测量 系统 、 无 震动工作 台面以及数据 采集与处理 系统组成 。其加温过程采用 6点 P I D自动测试控制工矿企业长度 测量互感式位 移传感器 ， 位 移分辨率为 0 ． 1 m或 0 ． 2 m。该 台架 能满 足产 品标 准对测试 的要求。 关键词 石油射孔 导爆索 收缩性 测 试 防爆 测试 台架 1 前言 导爆 索是 指 以猛炸药 为药 芯 ， 以金属 、 玻 璃纤 维 或塑料 等材 料 为外 壳 ， 用 于 传 递爆 轰 波 的索 状 火工 品 。作 为一 种 常用 的起 爆 器材 ， 导爆 索 早 在 1 9 世 纪初 就被发 明并 逐渐 得 到使 用 ， 长 期 以来 一 直作 为传爆 器 材 。在 石油 射 孔 作 业 中 ， 导爆 索作 为一 种传爆 元件 ， 主要 用 于 弹与 弹 之 问 的 联 接 并 起爆 射孔 弹 。随着石 油勘探 开发 的发 展 ， 油 、 气 井 射孔作 业是 在井深 、 温度 高 的条件 下进 行 的 ， 对导 爆索的收缩性有较高的要求 。一旦导爆索收缩引 起索 断裂 和射孔 弹方 向变化 ， 将 会 造 成 爆 轰 无 法 传递 和严 重 的射孔施 工质量 。开 展导 爆索 收缩 性 检 测技术 研究 和确 定 导爆 索 热 收 缩 量 ， 杜 绝 射 孔 事 故 的发生 ， 减少 因事故而 造成 的重 大经 济损 失 ， 为 油气 田开发 提供 有力的技 术保 障 。 2 测试原理 导 爆索 收缩性 测 量 系统 的设 计 原 理 为 在 一 定 的温度范 围内 ， 原 长 为 L 。的物 体 ， 受 热 后其 伸 缩量 △ L与其温度的增加量 △ 近似成正 比， 与原 长 L 。 亦成 正 比， 即 △L 一 口 L o 1 式 中 ， △ L为变形 量 ； L 。为待 测 物 体 的原 长 ； A t 为 温度 的变化 量 为 待测物 体 的线 胀 系数 。 表 1 列 出 了几 种材料 的线 胀系 数 。 表 l 几种 材料 的线 胀系数 3 O O C。 1 ／ C 材 料 Ⅱ L 钢 材 1 ． 0 ～ 2 ． 0 1 0 0 铅 2 ． 91 0 5 石英 水晶 0 ． 7 ～1 ． 3 1 0 0 石英玻璃 0 ． 0 3 5 1 0 0 炸药 5 ． O ～1 0 ． 0 1 0 0 为了测量线胀系数 ， 我们将材料做成条状。由 式 1 可知 ， 测 量 出 t 时刻 的物 体 原 长 L 。 、 受 热 后温度为 t 。 时的伸长量 △ L和受热前后的温度 t 。 及 t 。 ， 则 该材料 在 ， t 温 区的线胀 系数为 0 L-- 2 其物 理意义 是 材 料 在 t ， t 温 区内 ， 温度 每 升高 1 ℃时材 料 的相对 伸长 量 。 本系统主要是解决高危 环境下导爆索长度测量 问题， 由于导爆索在高温环境下存在爆炸隐患， 系统 的控制和测量必须考虑安全性和准确性。该系统采 用 自动控制 和 自动数据采集模式 。系统在加温过程 中采用六点式 P I D控 温方式 ， 长度 测量采用 互感式 位移传感器方式， 互感式传感器亦称差动变压器式 电感传感器。其基本原理是利用点感应中的互感现 象， 当初线圈中输入交流时， 在次线圈中则产生感应 电动势， 其大小正比于电流的变化率 1 2一 一 M d ￡ i 3 式 中， M 为 比例 系数 ， 即互 感 ， 是 线 圈 W 和 Wz 之 第一作者简介 梁纯， 女 ， 高级工程师， 1 9 6 7年 出生 ， 1 9 9 0年毕业于重庆大学检测技术及仪器专业 ， 现从事射孔器 材检测 工作。 维普资讯 第 l期 梁纯 、 孙新 波 、 王 海 东 油 气井 用导爆 索收 缩性 测试技 术研 究 6 l 间耦 合程 度 的度 量 ， 其 大小 与 两 线 圈 的 相对 位 置 及周 围介 质 的磁 导率 等 因素有 关 。互感 式 传感器 正 是利用 上述 原理 将 被测 的位 移转 换 为线 圈互感 的变 化 。这种 传 感 器 实 质 上 就 是 一个 变压 器 ， 其 初级 线 圈接入 稳 定 的 交 流 激励 电 源 ， 次 级线 圈被 感应 而产 生输 出 电压 ， 当被 测 参 数 使 互感 产 生变 化时 ， 输 出 电压 也 随 之 变 化 。 由于 次 级线 圈 常采 用 两个 线 圈接 成差 动 型 ， 因此 这种 传感 器 又称 差 动变压式传感器 。该传感器 的特点是位移变化量 与输 出 电压呈线 性关 系 ， 能保 证 测量 精度 。 3 系统 的组成 为 实现 准确 测 量 导 爆 索 线 收 缩性 的 目的 ， 我 研制 了一 套 测 量 系统 。该 系统 由 导 爆 索 安 装 装 置 、 温度 控制 系统 、 防爆 壳体 、 位移 测量 系统 、 工 作 台面 以及 数据 采集 与 处理 装 置组成 。全部 测试 系 统采 用数 字 化 管 理 。测 量 系 统 示 意 图见 图 1 ， 其 中 ， 各组 成 系统 的功 能如 下 。 I。 。 L r l涩 i 鑫眷 I 薷 蔫誊 1 l l - 9 J 1 系统 可 以同 时测量 3束导爆 索 。 2 恒 温箱 内最 高温度 可达 3 0 0 ℃。 4 测试 方法 将 5 0 0 mm 平 直 、 表 面 清 洁 、 端 面 平 齐 导爆 索 试验样 品装 入 玻璃 试件 管 ， 并 在两 端 装入 石英 棒 。 调整两端位移传感器 ， 使其端部 圆形触片 正对石 英 棒 。按试 验 要求 输 入 试 验 所 需 参 数 ， 在 确 定 关 闭设 备 的左 右 防护端 盖后 对 系统 加 热到产 品技 术 指标 规 定 的温度 ， 运行 测试 软 件 ， 进行 实 时监控 和 数 据处 理 。图 2是某 种 导爆 索 的测试 曲线 。由图 可见 ， 该 试样 在 1 6 3 ℃时其 收 缩量 可达 4 mm， 其 收 缩率 为 0 ． 8 。 4 一 l 3 2 馨 l 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l 0 0 I 2 0 l 4 0 l 6 0 I 8 0 温 度 ℃ 图 2导爆索的温度 一收缩量 测试 曲线 1 ～加热器； 2 、 8 ～石英棒 ； 3 ～温度探头 ； 4 一待测导爆索 ； 5 一 不 锈 钢 管 ； 6 一 恒 温 箱 ； 7 ～ 防 爆 筒 ； 9 一 [ 作 台 5 结论 图 1 导 爆 索 线 胀 系数 测 量 原 理 示 意 图 1 导爆索安 装 装 置 对导 爆 索的 变形 实 现 可 控制性 ， 使被测导爆索沿水平直线方 向自由变形 。 2 温度控制 装 置 采用 P l 1 控 温方 式将 被测 导爆 索加 热至指定 的温度 ， 并有效地控 制温度变化 。 3 防爆壳体 为操 作人员提供 安全保 障 可承 受 2 5 ． 5 g HMX相 当于 3 2 g T N T爆炸冲击 。 4 位移测量 装置 利 用互感 式 位移 传感 器 准 确测量 导爆 索 随 温度 变 化 的 变形 量 ， 测 量 范 围 2 m m 或 0 4 m m， 分辨力 0 ． i ／ t n l 或 0 ． 2 m。 5 数据采集 与处 理装 置 将 来 源 于测量 装 置 中的数据记 录下来 ， 并对实验数 据进行分析 和处理 。 6 工作台面 为 测试 装 置提 供水 平 和无 震 动 的平 台 ， 并便于操作人员工作 。 测量 系统 可达 到 如下 要求 导爆 索 在射 孔 过程 中起 到关 键 作 用 ， 导 爆 索 的 热收 索性 影响 着射 孔施 工质 量 。如何 在 高温 环 境 中安全 准 确测量 导爆 索 长度 的微 量变 化是 本试 验 的关键 技 术 ， 研 制 了安全 防爆 测 量容 器 ， 该容器 可实 现 自动 加 温 和 温 度 控 制 温 度 采 用 多 点 控 制 。长 度测量 采用 互感 式位 移 传感 器技 术进 行 ， 其分辨力为 0 ． 1 m或 0 ． 2 m。该项技术能满足 试 验 和产 品标准 的要求 。所 以在射 孔设 计 和射孔 器 组装 时 一 定 考 虑 导爆 索 的使 用 环 境 和 热 收 缩 量 ， 确 保射 孔施 工质 量和 射孔 安 全 。 参 考 文 献 [ 1 ] 李 围新． 火工品试验与测试技术． 北京理工 大学出版社， 1 9 9 8 [ 2 ] 惠宁利， 王秀芝． 石油工业用爆破器材． 石油工业出版社， 1 9 9 4 维普资讯