复合射孔器射孔后环空压力分布试验研究.pdf

3 8 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第1 期 复合射孔器射孔后环空压力分布试验研究。 李东传金成福余海鹰 石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心 黑龙江大庆，1 6 3 8 5 3 [ 摘要] 提出了一种内置式复合射孔器地面测试方法，可对油田现场常用的l m 复合射孔器进行压力．时间曲线 p - t 曲线 测试。将内置式复合射孔器放置在加固的套管试验装置中，在内置式复合射孔器的第1 发弹射孔孔眼、 第1 6 发弹射孔孔眼位径向9 0 0 位置安装压力传感器，环形空间注满清水后密封、起爆。试验结果表明，内置式复合 射孔器产生的环空压力是不均匀的，第1 6 发弹射孔孔眼位置的压力比第l 发弹射孔孔限位置高1 1 ％左右。可为 复合射孔器评价、优化设计提供依据。 [ 关键词] 复合射孔器环形空间压力分布P ．I 曲线 [ 分类号] 1 2 2 5 7 ．1T J 4 1 3 ． 7 1 引言 复合射孔器在油田使用多年，一直没有一种标 准的检验方法，生产厂家、用户都在偿试使用各种方 法测试、评价复合射孔器的性能，但是，由于各种技 术条件的限制，一直没有建立一套公认有效的试验 方法。 国内部分厂家在混凝土靶上进行复合射孔试 验，并测试P - f 曲线。试验时将1 m 复合射孔器放置 在底部密封套管中，环空注满清水，套管上部安装防 护帽并开直径8m m 泄压孑L ，测试环空P t 曲线，用 于评价复合射孔器的性能。 张国桉等⋯用试验装置在室内测试复合射孔 器单元的P t 曲线。试验装置由其匹配的模拟套管 空间的釜体、测试系统等组成，在釜体上安装压力传 感器，下部连接试验用靶体 一般为砂砾注入清水， 也可以是混凝土靶或砂岩靶 。试验时，将内置式 复合射孔器单元放置在试验装置中，环空注满清水 后封闭，测试枪内及环空P t 曲线，用于评价复合射 孔器的性能。 由于试验方法不同，各厂家得到的定量的产品 性能试验数据无法对比，给现场使用带来诸多不便； 另一方面，由于试验方法的限制，无法确定得到的试 验数据是否能代表现场产品的真实水平。 由于对复合射孔器产品性能的基础参数掌握不 够，对复合射孔效果认识也不够深入，致使国内复合 射孔施工设计主要以经验为主，尚没有定量的优化 设计方法，在一定程度上影响了复合射孔技术的发 展与应用。 国外未检索到实验室压力一时间测试方法珏l ，但 已在现场施工前采用优化设计，施工过程中采用过 程监控，施工后进行结果分析【3 ．‘】，以此来保证施 工作业的质量。 2 试验方案 2 ．1 射孔作用过程分析 现场使用的复合射孔器长度一般大于l m 。射 孔时雷管起爆导爆索，再由导爆索依次起爆聚能射 孔弹。外径1 0 2t o n i 、1 6 孔／m 的内嚣式复合射孔器 从第1 发弹到第1 6 发弹起爆时间约0 ．2m s ，聚能射 孔弹爆轰引起火药燃烧，因此，复合射孔器内部的火 药燃烧是由起爆方向依次完成的。试验表明聚能射 孔弹爆轰引燃火药后燃烧约在0 ．5 0 ．8m s 之间完 成【5 J ，由于受前面火药燃烧的影响，复合射孔器内 部压力分布是不均匀的，应随起爆顺序逐渐上升，可 见环空压力也应按起爆顺序逐渐上升，但具体影响 程度无法确定。 2 ．2 方案设计 现场使用的复合射孔器装配聚能射孔弹、火药 量多，射孔后立即产生大量的高能气体进行压裂，射 孔、压裂的破坏性均很大。单层套管无法承受如此 大的冲击损害，在室外常用的混凝土靶中进行试验 也不方便，主要缺陷是由于混凝土层的阻挡，无法在 套管下端安装传感器。设计思路一方面必须保证 复合射孔器射孔后靶体能够承受射孔弹爆轰、高能 气体的冲击；另一方面必须保证压力传感器能够测 试到射孔器第1 个孔眼、第1 6 个孔眼的压力而不受 到损坏。 收稿日期2 0 0 8 - 0 6 - 2 3 作者简介李东传 1 9 6 9 一 ，男，高级工程师，现从事聚能射孔弹流动检测工作。E - m l t i l l l d o n g c h u a n p e t r o c h l n a ．c o t n ．c n 万方数据 2 0 0 9 年2 月复合射孔器射孔后环空压力分布试验研究等 3 9 3 射孔试验 3 ．1 试验装置设计 内置式复合射孔器由聚能射孔器内装火药饼构 成，聚能射孔器为1 6 Ⅳm ，聚能射孔弹1 6 发药量 为3 8g ，火药饼1 5 个药量为2 5g 。 测试装置由两大部分组成一是试验装置，二是 测试系统。 试验装置主要由内外两层组成。内层由外径 1 4 0 咖、壁厚7 ．7 2m i l l 的套管制作；外套由外径3 4 0 I l L r n 、壁厚1 0m m 的护套制作。在内层套管与第1 发弹、第1 6 发弹相同的位置安装传感器护套。 内外层套管间一端用l O m m 厚钢板焊接，保证 套管居中，在套管与护套间浇注混凝土，养护1 0d 后另一端也用1 0m m 厚钢板封住 图1 。 图1 测试装置结构示意图 测试系统由压力传感器、信号放大器、数据采集 系统、采集与分析软件等组成 图2 。能够完成对 复合射孔器第1 、第1 6 孔眼压力的同时采集。 图2 测试系统示意图 3 ．2 射孔试验 安装一端端盖，将射孔枪放置到试验装置内并 放置护板，观察射孔枪是否到位，枪体到位后将射孔 弹安装到射孔枪内，用定位销固定弹架相位，旋紧另 一端的端盖。 在靶场挖长1 ．5m 、宽0 ．5i n 、深0 ．5m 的槽，用 吊车将试验装置摆放在土槽中，上面摆放砂袋。给 装置加水，水满后旋紧定位螺钉。安装环空传感器 和简体上的传感器，检查正确后接雷管线，测试仪器 处于触发状态后点火。 射孔枪起爆后，沙袋被冲起，测试装置有一定的 轴向移动，测试装置径向有一定的胀形，产生1 6 个 射流孔，其余无破损。 4 试验结果及分析 射孔器射孔后穿孔率1 0 0 ％，盲孔对位率 1 0 0 ％；枪身无横向裂纹，枪头、枪尾无脱落。套管无 横向裂纹，穿孔率1 0 0 ％；射孔枪外径胀大≤5 ．0 m m 0 以上数据均满足G B ／T 2 0 4 8 9 - 2 0 0 6 油气井聚能 射孔器材通用技术条件中的要求【6 】。 从P f 曲线可以看出有4 个特征峰，第l 、2 个是 聚能射孔弹爆轰产生的尖峰，峰值持续时间为0 ．1 m s ，这是第l 传感器、第2 传感器测到的第l 发、第 1 6 发聚能射孔弹爆轰形成的压力峰值；约0 ．3m s 后 测到第3 , 4 峰值，持续时间为5 6m ，这是火药燃 烧产生的 图3 。 l l l 重 杂 幽 【 } 沁} ’- { ．1 N 、f | - “y1 j 融r ～． J ’枷；i 、九 l j l1 ；、 U ．I ‘～ 躔、’Fl 引j r “ ’卧 3 次试验测得P 一￡曲线的峰值压力有一些波动， 这是由于复合射孔器、压力传感器的性能波动造成 峰值压力比第1 孔眼处高约1 l ％ 表1 。 序罢12 嚣鬈嚣主鬻 序号一变化率 率1 0 j ／4 幺翟8 ‘“ ／％ ‘M P a ．8 ～ ■。 注第1 发射孔孔眼处压力传感器；第1 6 发射孔孔 眼处压力传感器。 5 结论与建议 1 内置式复合射孔器起爆方式造成射孔枪内 火药燃烧压力分布不均匀，施工设计时应该考虑下 部压力的变化，尤其是对于现场使用的4m 甚至更 长的复合射孔器，应该防止射孔后枪尾及下挂件脱 落。 2 内置式复合射孔器射孔后环空压力分布不 均匀，第1 6 孔处环空峰值压力比第1 孔处高约 1 l ％。 3 使用内置式复合射孔器单元压力- 时间数据 ∞∞加∞∞∞∞加O 万方数据 4 0 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 8 卷第1 期 时，应该考虑对具体复合射孔器的长度、特点进行修 正。 致谢本文试验部分得到西安通源石油科技股 份有限公司成建龙副总工程师的帮助，在此表示衷 心感谢 参考文献 [ 1 ]张国桉．复合射孔器产品质量控制方法[ J ] ．测井技 术，2 0 0 5 ，2 9 增刊 1 7 1 9 ． [ 2 ]王艳萍，黄寅生，潘永新，薛爱莲．复合射孔技术的现 状与趋势[ J ] ．爆破器材，2 0 0 2 ，3 1 3 ．3 0 3 3 ． 【3 ]郭廷亮，陈峰，袁吉诚，张福祥．S t i m g u n 外套式复合射 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 孔器在塔里木Q L - x 井的应用[ J ] ．测井技术，2 0 0 5 ， 2 9 3 2 5 3 2 5 5 ． J ．F ．S e h a t z ．B ．L ．H a l l e y ，S ．A ．A g e r ．m g h - S r e e d D o w n h o l el V l e m o r yR e c o r d e ra n dS o f t W S ．1 陀l ／s e dt oD e s i g n a n dC o n f i r mP e r f o r a t i n g ／P r o p e l l a n tB e h a v i o ra n dF o r m a - t i o nF r a c t u r i n g [ J ] ．S P E 5 6 4 3 4 - M S ，1 9 9 9 ． 成建龙．内装药复合射孔器爆炸与燃烧过程分析[ A ] ． 山东东营中国石油学会测井专业委员会射孔分会， 2 0 0 6 ．5 5 5 9 ． G B ／T2 0 4 8 9 - 2 0 0 6 ，油气井聚能射孔器材通用技术条 件[ S ] ．北京中国标准出版社。2 0 0 6 ． S t u d yO nA n n u l u sP r e s s u r eD i s t r i b u t i o na l t e rP e r f o r a t i o no tC o m l ，o s i t eP e r f o r a t o r s L ID o n g e h u a n ，J I NC h e n o ‘u ，Y UI - I a i y i n g O i l f i e l dP e r f o r a t o r 8I m p e e t i o nC e n t e r0 fP e t r o l e u mI n d u s t r y I - I e i l o n g i i a n gD a q i I l g ，1 6 3 8 5 3 [ A B S T R A C T ] Ag r o u n dt e s tm e t h o df o rb u i l t - i n t y p ee o m p o e i t ep e r f o r ．t 懈i sp u tf o r w a r dt ot e s to l l c m e t e rp e r f o r a t o m w h i c ha ∞o f t e nu s e di nt h eo i l f i e l d sf o rp r e s s u r e t i m ec l l l t V e ．Ab u i l t i n - t y p ep e r f o r a t o ri ss e ti nac e m e n t e de ．s i I I gt e s t e r 。 a n da p r e s s u r et r 觚8 d u ∞ri sS e ta tr a d i a l9 0 。o ft h e1 s ta n d1 6 t hp e r f o r a t i o n s ．T h ea n n u l a r8 p a c ef l a i lo fw a i s ti ss e a l e da n d t h e nt h ee x p l 0 6 i o ni si n i t i a t e d ．T e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h ea n n u l u sp r e s s u r ep r o d u c e db yb u i l t i n - 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