油气田用雷管及导爆索起爆性能的试验研究-.pdf

1 9 9 9年 第 1期 测 井与 射孔 7 1 油气 田用雷管及导爆索起爆 性能 的 7 7 试 验 研 究 颜卫军孙新 波 ； I r ～ i f z T 7 ， ／ 摘要通 过测 试雷 管 的轴 向输 出压 力及 末端 的横 向输 出压 力和 导爆 索的 横 向输 出压 力 ， 研 艏兰 爆 喜 起 篙 力 嚣 誓 间 爆 轰啦 旧 ， 需 导 豢 主 翻 词横 向轴 向输 出 压 力墼 曼 里 爆 轰 ， 话 睦 l。 、 l 。 前 言 厮 i 近年 来 ， 由于油气 田监督检 验力度 不 断加强 ， 油气 田用 射孔弹 的质量 及性能 有 了 明显提 高 ． 射孔枪 的质量也有 了一定 的进 步 ， 这给 油气勘探 开发带来了 巨大 的宏观经 济效 益 。作为射 孔器材重 要组成部分 的雷 管和 导爆 索 ， 对 其质量及性能检 测技 术的研 究和 认识 一直处在 一种 较为缓慢发展的境况。 由于在实际应用中缺乏较为科学实用的理论作指导 ， 因此常常只是凭经 验来指 导生产和 实践 ， 这就 出现许多 难 以解决 的起爆 现象 ， 例如 ， 在雷管 和导爆 索质量 都合格 的情况下 ， 雷管起爆 不了导爆 索或导爆索 不能正常 传爆 等现象 为了解决这些 问题 ， 同时也是 为了给现场技术 人员提供 更为现实可靠 的试验和理 论依据 ， 我们利 用试验 室具有 的先 进 的火 工 品爆 炸压力检 测 系统 ． 对雷管 、 导爆索 的输 出压力做 了大量 试验工作 ． 并 采用先进 的计算机 处理 系统 进行试验数据处理分 析 ， 对油气 田用雷管及导爆索起爆性能进行 了专 项试验研 究。 试验 和结果分析 雷管起爆导爆索和导爆索起爆射孔弹的临界起爆压力值测试试验 多年来 ， 我们对雷管和导爆索的起爆能力的检测大都采用定性的方法． 诸如雷管炸铅板的 “ 爆 痘 ” 法试 验 ． 导爆 索起爆 TNT 炸药块试验等 。由于澳 l 到的结果数据与被发药 引爆 进程 的特 性 没有 充分 的联 系， 因而不能充分反映其 真实性能 ， 同时 ， 由于是属于非定量 的试验 ， 因此 无法 上升到理 论 的高度来认识 雷管 和导爆索的起爆性能 。为了真正认识雷管和 导爆 索起爆过程背 后所蕴 含 的起爆 机理 ， 我们采 用了先进 的火工品输 出压力测 试 的定量 方法来 对油气 田用雷管 及 导爆索 起爆性 能进 行研 究 。 根 据被起爆物 的不同 ， 我 们设计 了两 种类型的试验夹具 ， 一 种是澳 l 试雷管起爆导爆 索的轴 向起爆 压力 夹具 ， 另一种是 澳 l 试导爆 索起爆射孔弹的横 向起爆压 力夹具 。在测试过程 中 ， 将测 试压 力传感器夹 紧在 起爆物与被起爆物之 间 ． 同时为达到测 试临界起爆压力 的 目的 ． 我们采 用 聚 四氟 乙稀薄膜 此物质爆 炸特性与被起爆炸药爆炸特性 匹配较好 夹在 压力传感器与起爆物 收稿 日期 i 9 9 9 0 1 1 6 维普资讯 7 2 测井与射孔 1 9 9 9． 之 间以达到 降低起爆 压力 目的 。通过逐渐加 厚薄膜 ， 逐渐降低起爆压力 ， 使其趋近 临界起爆炸 压力 。其试验数 据见表 1和表 2 。 衰 1 置 管 起爆 导 爆寨 临界 压力 试验 试验 序号 1 2 S 5 7 8 9 1 O l l l 2 1 3 l 4 l 5 垫 薄膜层 教 8 l 6 2 4 4 8 4 8 4 0 4 6 4 8 4 7 4 6 4 4 3 0 4 4 导 爆索 爆 否 爆 爆 爆 爆 曩 否 否 爆 爆 否 否 否 否 爆 否 趋 爆 压 力 GPa 7 ． 6 8 5 ． 4 3 4 ． 9 3 ． 8 5 2 ． 2 6 2 ． 3 5 2 5 8 2 ． 4 2 1 ． 6 3 2 ． 0 5 2 ． 4 3 2 ． 4 2 3 ． 7 3 1 ． 2 8 雷管型号 一 S P --Z 普通 电雷管导鬻索娄型 棉线缠绕式导爆索 衰 2 导爆寨起爆射孔弹临界起爆压力试验 试验 序号 3 5 7 8 l O l 2 1 3 垫薄膜层敏 1 6 2 0 3 0 2 5 2 0 3 0 3 0 Z 5 2 5 2 8 2 4 2 O l 6 射孔 弹鬻 否 爆 爆 否 否 爆 爆 爆 否 爆 否 否 否 否 爆 起 爆压 力 GP B 3 ． 2 6 3 3 4 1 ． 5 4 1 6 1 2 3 4 2 - 2 1 1 ． 1 9 1 6 2 1 ． 1 7 1 ． 5 9 1 6 2 射孔弹型号 。 8 9型射孔弹导爆隶类型 棉线缠绕式导爆索 试验 分析 表 1中 4号试验虽因未获取 测试信号而无起爆压力结果数据 ， 但对判 断临界起 爆 压力还是有 意义的 我 们从 表 1试验 数据 分析可 以看到 ． 雷管的起爆压力 降到 2 ． 4 OP a时出 现了临 界爆轰 现象 ， 基本是大 于 2 ． 4 GP a的试验都是 正常起爆 ， 而 小于或等于 2 ． 4 GP a的试验 ， 雷管不能正常起爆导爆索 包括爆燃、 燃烧 ， 由此， 我们可以推断此种 电雷管起爆导爆索的临 界 起爆 点在 2 ． 4 OP a近似 范 围内。 表 2中有 3号 、 1 0号 、 1 l 号三个 试验 因未 获取 渊试信号而无 起爆压力 结果数据 ， 但这并不影响试验分 析。我们从表 2试验数据分析可 以看到 ． 导爆索 的起 爆压 力降到 1 ． 6 OP a时 出现了 临界爆轰 现象 ． 由此我们可 以认 为 ， 此种 导爆索 起爆 8 9型射孔 弹的 临界起 爆点在 近似 1 ． 6 GP a范 围内 。 由以上两组 数据 分析结果 可 以看 出 ， 雷 管起爆导爆 索的 临界压 力 2 ． 4 OP a较 导爆 索起爆 射 孔弹 的临界压力 1 ． 6 OP a要高得多 ， 由于这两组试 验所用 的导爆 索是 同一批号导爆 索 ， 因此 两组试验 数据具 有很高 的相关 性和可 比性 ， 由此 我们认 为 在 应用 同种导 爆索情 况下 ， 雷管 起 爆 导爆索 的难度 要远远大于导爆索 起爆 射孔弹的难度 这是从定性试验 中无法 测试 到的 ， 这说 明我 们以往 只重视导爆索起爆 射孔弹 的难 度 ， 而忽视 了雷管起爆导爆索 的难度 ， 这也是 造成 我 们在试验和 施工中 出现雷管爆后 不能正常起爆导爆索 重要 的根 源之一。 导 爆索 之所以较射孔弹难 于起爆 ， 与 其装药密度较低及外皮材料有关 。 因为装药密度低爆 轰时间长． 易受外界环境影 响， 同时我们用的导爆索的外皮材料大都为棉线或塑料的， 材料钢 性 差 ． 强度低 ， 不利于爆轰快速成 长 ， 而且对 起爆 压力具有一定卸载作用 ， 其边侧稀疏作 用较为 明显 。 这就加大 了稳定爆轰的形成 时间和 距离 ， 最终 造成导爆 索起爆难度 的增大 。 雷 管的 轴向输出压 力和雷 管末端的 横 向输 出压 力对 比试 验 以往我 们认为 ， 理 论上雷管与导爆索 的轴 向对接是最佳的起爆方式 ． 但实际操作 上往往采 用 的是横 向搭接 ． 并常常得到较好 的起爆 效果 这里我 们不考虑 带有导爆索导 向套 的雷管 ， 这 维普资讯 第 1期 油 气田用雷 管及 导爆 索起爆性 能的试验 研 究 7 3 个 认识上 的矛盾一直没有得 到很好 的解决 。 针 对这一 问题我 们分 别馓 了不带导爆 索导向套的长形结构的安全 电雷 管的轴 向输 出压力 和横 向输 出压力试验 ， 试验 结果见表 3 。 衰 3 置管横向、 轴向输出压力的对比试验 试验序号 l 2 3 4 5 6 7 8 9 输 出方 向 檀 横 横 { I 横 轴 轴 轴 轴 输 出压 力 GP a 5 ． 6 7 ． B 7 2 ． 5 6 2 ． 5 B 3 ． 5 4 5 ． 0 4 3 ． 0 7 5 9 0 从以上试验结 果我 们可 以发现雷 管的起爆 末端的横 向输 出压力都大 于导爆索 的 临界起爆 压力 ， 而 且横 向的平 均输 出压力 4 ． 5 6 GP a与轴 向平均 输出压力 4 ． 3 9 GP a两者非 常接 近 ， 甚至 于前者稍高 于后 者 。 由此改变 了我 们对雷 管连接方 式的常规认识 ， 既然雷 管底端 的横 向输 出压 力都大于导爆 索的临 界起爆 压力 ， 那 么这个方 向就 会有 明显的起爆 优势 ， 因为雷 管的横 向压力 输 出面 积要大于 轴 向压力输 出面积 ． 同时在横 向输出压力对导爆 索起爆 作贡献 的同时 轴 向输 出压力也会在一定程度上对导爆索起爆作部分贡献， 而且横 向搭接操作简便， 绑紧的程度高， 所有这些都大大增强 了雷 管的起爆性能 由此我 们认 为这种 长形 结构 ， 不带导爆索 的导 向套的 雷管 ， 雷 管的横 向搭接 起爆 性能优于轴 向对接起爆性 能 。 以往 ， 我 们一直 认 为轴 向起爆在先 ． 可能 是源于军 用产品而 非 民用 产品 ， 因为军用 产品应 用范 围不 同于 民用 ， 其 对产品的性能及精度要求也 比较严 格 ， 因此它对瞬发性 、 时 间精度 、 起爆 精度 、 较高 的恶 劣环境 适应能力等都有很高的要求 ， 这就影响其设计制造方式 的不 同。而 民用 产 品要求 的是其最基本 的起爆 能力和较低的制造成本 ． 因此其 结构设计也不 同于军 用产品 ， 对 雷管起爆方 向并不作严格 要求 。 雷管横 向与 导爆索连接 的紧密 程度对雷管的起爆性能的影响试验 我 们分别做 了两 组试验 ， 一组是在试验模具麦紧 传感器 的状 态下做压力试验 ， 另一组我 们 只是将传感器 用腔带轻徽缠在雷管上做 压力试验 。试验 结果见表 4 。 衰 4 重管横向松 、 紧捆绑输出压力对比试驻 试验序号 1 2 3 4 5 6 7 B 9 输出方向 紧 囊 紧 紧 紧 橙 橙 铪 橙 输 出 压 力 GPa 5 ． 6 7 8 7 2 ． 5 B 2 5 B 2 ． 2 6 2 ． O 3 2 5 1 2 ． 5 7 从 以上 试验结 果我 们可 以发 现雷管绑 紧的状态下 ， 压力输 出值全 部大于导爆 索的 临界起 爆 压力 ， 而 在雷管未绑 紧的状态下 ． 压力输 出值一半小于导爆索的 临界起爆压 力 。这 说 明我们 经验所认为的雷管只要与导爆 索措接上就会起爆导爆索认识是不科学的。 同时， 由对 比试验数 据分析 ， 我 们发 现 ， 虽在压 紧传感器状态 下测试雷管横 输出压 力都大 于临界值 ， 这些值 并不 是 很稳定 ， 这说 明雷管 的内部装药 由于 工艺 问题 ， 一致性 不是非常 好 ， 有不少 压力值 刚好大于 导 爆 索起爆 临界 压力 ， 如 果我们在使用 中用到这种 较低 起爆 压力的雷管 ， 在 连接时又不能 与导爆 索 紧密连接 ， 就有可能 出现不能起爆现象 ， 或 出现导爆索燃烧 、 爆燃 现象等 ， 进 而造成导爆索 拒 爆 或无法正常传爆 。 维普资讯 7 4 测井与射孔 1 9 9 9阜 对 比分 析 雷 管横 向松 、 紧 捆绑示波器信号时发现 ， 图 1 在压 紧 传感 器状 态 下 ， 压 力到 达峰值后 至信号归零持续时 间 很短 ， 在 l O O b t s 左 右 ， 而 图 2在 未 压紧 传感 器 状态 下 ， 压 力到 达峰值后至信号归零持续时间 相 对 较 长 ， 已接 近 l O 0 0 ta s左 右 ， 已达到 前 者 1 O倍 ， 这 说 明 雷 管 在未 绑 紧状 态下 ， 爆 轰 渡 达 到 峰值 压 力后 ， 不能 迅速 集 中作 用在 传感 器上 ， 而 是作 用 在初始压 力和密度都 很低的边 一 ’ ⋯． 1。 ． 1_ I l ～碡燕 - f ／ _ 一v ] r n L ， 一 ＼ ． r 兽 ． ⋯I ～ 、 一 J ， 一 ‘ 一’ ⋯⋯’’一 ． - ， J - 。 ⋯ ．⋯ 一 圈 1 锰铜传感器被夹紧示波器信号 圈 2 锰 铜传 感器 被束 夹 紧示波 器信 号 l 界上 ， 因而就 有 稀疏 波 从分 界 面 向爆炸 产 物 内传波 ， 稀疏 渡 到达之处 ， 压力迅速下 降。 其下降 幅度规律 近似 为 ， 、 9 P 一 曲l 式 中 ， r为爆 炸 产物 半径 } r 。为 装 药半 径 ； 为爆炸 产物 的平 均 初 始 压 力 ； P 为 r处爆 轰 压 力 。 由式 中 可 以看 出 ， 压 力随 距离 衰 减是 非 常快 的 ， 进 而造 成 作 用 在 传 感 器 上 压 力 值 偏 低 ， 甚至低于导爆索临界起爆压力。由此进一步证明， 雷管横向与导爆索连接的紧密程度将严 重 影响雷管 的起爆性能 。 论 能。 结 论 经过 以上 对雷管 与导爆 索 的横 向、 轴 向输 出压力定量 的试 验分析 ， 我 们得 出 以下 三个 结 1 、 在 同种导爆索情 况下 ， 雷 管起爆 导爆索的难度要远远大于导爆索起爆 射孔 弹 的难度 。 2 、 长形结构 、 不带导爆 索的导 向套的雷管 ， 雷管 的横 向搭 接起爆性 能优于轴 向对接 起爆性 3 、 雷管横 向与导 爆索连接 的紧密程度 将严重影响雷管的起爆性能 。 维普资讯