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.陕西应用物理化学研究所 陕西西安)

油气井射孔安全型增能连枪接头的研制及应用

侯卫东1葛 磊2刘 伟1党有伟2王化伟1崔树屏1

(1.河南石油勘探局地球物理测井公司 河南南阳) (2.陕西应用物理化学研究所 陕西西安)

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。

安全增能接头;安全性;可靠性

0 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,使射孔不完全造成返工,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—不稳定爆轰(爆燃)—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间。

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 MPa)时[1],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[2],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

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:YZN-1型,共1.8 g。在大量的试验基础上,技术人员确定了YZN-1型药剂的成分配比及压药工艺。其输入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 mm(大于增能器半径),殉爆距离达到50 mm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,提高了射孔穿孔率;

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。

[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,2000

[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,1994

[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,2009,21(6)

Study and application of the secure energization joint for oil-gas well perforation.

Hou Weidong,Ge Lei,Liu Wei,Dang Youwei,Wang hua Wei and Cui ShuPing.

This article introduces an innovation in gun joints in current perforation.The innovation turns the traditional doublematch Middle-joints into single one.A built-in an energization and pressure control system are designed.The device can effectively raise the perforation security and explosive delivery reliability.

Energization-Joint;Security;Reliability

TE257+.1

B

1004-9134(2011)04-0010-02

侯卫东,男,1966年生,助理工程师,1992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:473132

2011-03-11编辑梁保江)

PI,2011,25(4):10～11

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