多工位压制技术在石油射孔弹合压中的应用.pdf

2 0 1 1 年第 3 9卷第 l O期 石 油机械 CHI NA PE TR0L EUM MACHI NERY ●J j n - r J 造 多 工位 压 制 技 术在 石 油 射 孔 弹 合 压 中 的应 用 李红星 郭圣延 李立 华 陈树凡 大庆 油田装备 制造 集团射孔弹厂 摘要 1次成型压装法合压成 的石油射孔弹成型压力高 ，不仅有爆 炸的风 险，而且无法将炸 药的能量最大限度地应用在射流的形成和发展上 ，增加 了炸药爆 轰能量 的浪费。为此，研 究了石 油射孔弹多工位压制技术。该技术成型工艺利用 1台多工位液压机 通常是 4工位或 2工位配合 1个气动转盘进行石油射孔弹合压生产，可 以使石油射孔弹成 型压力降到 常规成型压力 的2 5 ％ ～ 3 0 ％ ；使 炸药在壳体 内更加合理地分布 ，将炸药的爆 轰波形调整为最有利于驱动粉末 药型罩的 波形状态，从而提高炸药的利用效率和调整射流结构。这 一工艺的实施 ，使得高 密度低 强度 的粉 末药型罩配方能够顺利地投入生产，为新型射孔弹的研 究和生产提供 了有力的技术支持。 关键词 石油射孔弹 合压 多工位压制 成型压力 射流结构 0 引 言 石油射孑 L 弹是油气 田开发过程 中使用的一种用 于沟通油井套管和油气层的爆炸器材 ，其作用是在 油井套管 、水泥环和油气层之间产生一条油气流动 的通道 ，使油气沿此通道进入油井套管 中。石油射 孔弹主要结构包括粉末药型罩 、壳体和炸药 ，目前 在实际生产 中大多采用 1次成型的压装法将这 3部 分合压成石油射孔弹。在 1次成型生产过程中，为 了获得最佳的射流效果 ，需要将炸药在高压作用下 形成一定 的密度和形状 。由于成型压力较高 ，对粉 末药型罩的强度也有较高的要求 ，从而导致粉末药 型罩 的成 型压 力也 很 高。 通常情况下 ，对于开 口直径 4 0 m m 的粉末药 型罩进行合压时需要 7 0 0～ 8 0 0 k N的压力 ，而且 随 着直径的增大 ，所需的压力也快速增加。但是 ，炸 药的成型压力越高，生产过程中产生爆炸的风险越 大 ，对安全生产 的技术要求也越高。该种成型方式 获得 的石 油射孔 弹 的装药 密度 分 配不 能够 按 照设计 的最佳方案分布 ，无法将炸药的能量最大限度地应 用在射流的形成和发展上 ，增加了炸药爆轰能量的 浪费 。而通过技术升级 ，能够显著降低合压成 型的压力 ，不但可 以使生产更加安全 ，而且还能降 低对设备工装的要求。大庆射孑 L 弹厂通过开发石油 射孔弹多工位压制丁艺技术 ，实现了这一 目标 。 1 理想 的石 油射孔 弹成型工艺 理想的石油射孔弹合压成型工艺利用小压力成 型技术获得设计所需 的炸药密度分布 ，使药型罩获 得理想的爆轰波驱动，同时 由于压制吨位较小 ，生 产过程更加安全。小压力成型技术就是利用炸药成 型时的蠕变特点，采用多次压制的方式 ，在保证相 同空间的炸药量和综合炸药密度情况下 ，使每次所 需的压力下降为传统成型方式所需压力的 甚至 更低 。同时 ，由于每次可以采用的成型凸模的外形 不同，能够设计和获得更加有利于爆轰波驱动药型 罩的炸药密度分布和爆轰波波形 ，提高炸药的能量 利用效率，形成更加理想的射流状态和射孑 L 效果 。 在传统的合压过程 中，将药型罩作为炸药 内腔 成型工具的一部分 ，这对药型罩的强度要求较高 ， 否则会出现药型罩断裂、褶皱等现象。出现这些现 象的石油射孔弹的性能会显著下降 ，一般生产厂商 会作为废 品进行销毁 ，导致原材料的浪费。如果采 用小压力多次成型技术 ，不但能够提高石油射孔弹 生 产过 程 中的安 全性 ，还 能够 降低对 药 型罩 的强度 要求 ，可以使一些低强度 、高性能的粉末配方得到 广泛 的应用 。小 压力 多次 成型技 术 在预压 和炸 药 内 腔 成型 过程 中 ，凸模会 与 炸药直 接 接触 ，为 了 防止 出现黑 金属撞 击 形成 炸药 热点 产生 爆燃 或者爆 轰 现 象 ，一般采用铜质或铜合金的材料制作凸模。 石 油机械 2 0 1 1年第 3 9卷第 l 0期 按照所需的炸药分布，需设计 4种 凸模 第 1 次和第 2次预压凸模 、第 3次 内腔成型凸模 以及合 压 凸模 。第 3次 内腔成 型凸模 的外形 与药 型罩 的外 表 面一致 ，经过 2次 预压和 1次 内腔成 型 ，炸药 的 外表面与粉末罩的外表面达到一致 ，合压凸模则将 药型罩与炸药紧密地结合在一起 ，完成石油射孔弹 的合压过程 。在合压时 ，也可以在药型罩外表面上 涂胶或喷漆 ，防止运输和使用过程中的颠簸导致药 型罩与炸药分离。 小压力多次成型技术的示意图见 图 1～图4 。 ， - ． 一 ＼ ，-一 J| I 图 1 第 1次预压 、 、 一 ／ l 图2第 2次预压 、 ，_，一 ．／ 羹 l 图3 炸 药内腔成型 图 4石 油射 孔 弹 合 压 2 多工位压制技 术成 型工艺 多工位压制技术成型工艺是将小压力多次成型 技术具体应用在石油射孔弹合压生产上 的具体方 案。它是利用 l台多工位液压机 ，通常是 4工位或 2工位，配合相应气动转盘进行石油射孔弹合压生 产 的过程 见图 5 。在这一生产过程 中，定位机 构的设置是技术关键 ，精确的定位机构可 以控制生 产过程 中凸模与射孔弹壳体两者轴线的偏离程度 ， 杜绝偏离程度过大而导致凸模与壳体之间发生啃伤 进而造成爆炸隐患 。 操 作 者 位 置 图 5 4工 位 压 制技 术 示 意 图 多工位压制技术在使用过程 中，建议使用气动 机械手进行盛有炸药的弹壳的准确放置、药型罩 的 放置以及合压完成后取出石油射孔弹，并且配合浮 药清理机构 ，以确保生产过程 中产生的浮药被及时 清理 。 如图5所示 ，正常运行过程中的基本工艺流程 可以分解如下 1 在 1号工位放 置盛装了炸药 的弹 壳 ，同 时在 8号工位放置药型罩 ； 2 关闭防护 门，气动转 盘在气动装置作用 下旋转 4 5 。 ； 3 液压机下行 ，同时完成 1 、3 、5 、7号工 位对应的压制过程； 4 1 号工位顶 出压制完成的石油射孔弹 ，重 复步骤 1 ，循环进行 ； 5 在 4 、6号工位设置浮药清理装置 ，以及 时清理浮药 ，确保生产安全。 大庆油 田装备制造集团射孔弹厂 的应用表明， 采用多工位压制技术可以使石油射孑 L 弹成型压力降 低 到 常 规成 型压 力 的 2 5 ％ ～3 0 ％ ， 同时 由于 成 型 压力降低和炸药密度分布的优化 ，石油射孑 L 弹的产 品性能也得到了稳定的提高。表 1提供 了部分型号 2 0 1 1 年 第 3 9卷第 l 0期 李红星等 多工位压制技 术在 石油射孔 弹合压 中的应用 石油射孔弹在 2种模式下的性能数据 。 表 1 传统压制技术与 多工位 压制技术产品性能对 比 相对于技术条件要求较高 的多工位 压制技术 ， 还有 1 种较为简单的方式双工位压制技术 ，该 技术 只需 要 1台 2工 位 液压机 ，且 不 需要 机械 手 的 配合就可完成相应的操作。使用时 ，操作者将盛有 炸药的弹壳和药型罩放人合压工位的模具中 ，转盘 转动到预压工位时进行预压 ，继续转动 ，在合压工 位完成第 2次压制。试验表明，在保持石油射孔 弹 性能不变的条件下 ，生产压力可以下降到原有传统 生产方式的 6 0 ％ ～ 7 0 ％ ，生产效率基本保持不变 。 双工位压制技术示意图见图 6 。 操 作者位 置 图 6双工位压制技术 示意图 3 多工位压制技术 的特点 多工位压制技术在生产中具备很多优势 ， 点主要有以下几个方面 度和维护的要求 ，提高了生产安全性 。 3 凸模采用铜 质或铜合 金制造 ，避免 了合 压过 程 中黑 金属 撞击 产生 炸 药 的热点起 爆现 象 ，提 高了生产安全性 。 4 由于成型压 力显著 降低 ，对粉末 药型罩 强度 的要求也显著下降 ，使前期粉末药型罩 的生产 更方便 ；同时减少了由于粉末药型罩破裂 、褶皱等 现象造成的废品率 ，更加适合提高产品性能的低强 度 配方 的应 用 。 5 多工位压制 技术 降低 了成型压力 ，为生 产过程的全 自动化打下了良好基础 。 4 结 论 1 大庆油 田装 备制造集 团射孔 弹厂在 国内 率先开发的多工位压制技术 ，有效地降低了石油射 孔弹合压时需要的压力 ，使其生产安全性得到了显 著提高。 2 多工位压制技术降低 了合压所需的压力 ， 解决 了某些需要较大成型压力的超深穿透石油射孑 L 弹的生产难题 。 3 该工艺有效 调整 了石油射孑 L 弹内炸药 的 分布 ，提高了炸药爆轰波能量的利用效率 ，为提高 石油射孔弹的性能开辟 了一条新 的途径。 4 通过多工位压 制工艺 的实施 ，使得高密 度低强度的粉末药 型罩配方能够顺利地 投入生产 ， 为新型 射 孔 弹 的研究 和 生产 提 供 了有 力 的技 术 支持 。 参考文献 [ 1 ] 徐更光 ．炸药性质及应用 [ M]．北京北京理工 大学 出版社 ，1 9 9 1 ． 其特 [ 2 ] 刘德润． 装药丁艺学 [ M]． 北京北京理T大学 出版社 ，1 9 9 1 ． 1 使用多个 凸模 ，每个 凸模 的成 型面根据 所需 的炸药密度分布需求逐次变化 ，最后第 2个凸 模的成型面与粉末药型罩的外形一致。这样就可以 使炸药在壳体 内按照所需的密度分布要求进行更加 合理地分布 ，将炸药的爆轰波形调整为最有利于驱 动粉末药型罩的波形状态 ，从而提高炸药的利用效 率和调整射流结构。 2 每次成型使 用的压力较小 ，约 为 1次合 压成型所需压力的 ，这样就降低 了对生产设备精 [ 3 ] 刘伟钦 ．火工品制造 [ M]．北京北京理工大学 出版社 ，1 9 9 1 ． 第 一作者 简介 李 红星 ，高级工 程 师 ，生 于 1 9 6 7年 ， 1 9 9 0年毕业于大庆石油学 院机械 系 ，现从事射 孔器材 及生 产 丁艺装备 研发工作。地址 1 6 3 8 5 3 黑龙 江省 大庆市 。电 话 0 4 5 9 4 6 9 8 6 0 1 。E ma i l l i h o n g x i n g c n p c ． C O IT I ． c n 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 7～ 2 9 本文编辑南 丽华