油气井中爆破工艺的设计

夏国宏

中国石化河南石油工程有限公司测井公司

油气井中爆破工艺的设计

夏国宏

中国石化河南石油工程有限公司测井公司

油气井中的爆破属于特种爆破作业类别，在选取雷管时，安全性、耐温抗压性是主要的检测项目。油气井射孔作业中出现的断爆（中途停爆）、拒爆等事故都和导爆索的质量有关。因此要选择耐温性能高、装药密度均匀、无打扭断药的导爆索。数码电子免疫雷管的应用，很好地解决了施工的安全问题。爆破技术和其他井下油气开采技术的联合作业，也是新的发展方向。

爆破；油气井；聚能射孔

在爆破技术中，油气井中的爆破属于特种爆破作业类别，使用的器材与岩土爆破和拆除爆破不同，要满足特定的环境要求。油气井中的爆破，主要解决打开地层和井筒的连接、井下工程事故等作业。具体体现为油气开采中的聚能射孔作业、聚能切割作业、爆炸松扣作业、高能气体燃烧压裂、油井清洁解堵和套管补贴等作业。以上的各种特种爆破作业，都离不开爆破器材，根据爆破对象、目的的不同需要采用专用的爆破器材和特种的爆破工艺。

我国陆地大部分油气井，都是以套管完井的。也就是在钻井钻开地层后，下入套管。下入套管后，再进行固井作业，将特制的水泥固定在地层和套管之间，防止地层之间沿套管壁外侧联通。一般的爆破作业都是在内层套管中进行的，要通过爆破作业打通套管和水泥环，建立起井筒和地层的通道，油气通过这个通道从地层进入井筒。

1 爆破器材的选取

一般的油气井，油气层的埋藏深度为1 000～4 000m，最高井温为150℃，压力为70MPa；超深井为6 000～8 000m，压力为140MPa。在这样高温、高压下实施爆破，爆破器材的发火感度、热稳定性、爆炸威力等必须确保能够正常作用，以达到工程设计的要求。油气井燃烧爆破器材必须具有良好的密封、绝缘性能。

（1）起爆类器材。目前选取的起爆类器材主要是雷管。按照不同的施工方式分为电缆类射孔及其他作业使用的安全磁电雷管、大电流安全雷管，油管类射孔及其他作业使用的撞击起爆雷管、压力起爆雷管。在选取雷管时，安全性、耐温抗压性是其主要的检测项目。选取时要求产品经过震动试验：150mm/10min不得发火，结构不得破坏；静电感应试验：抗静电10 kV±0.5 kV；耐温发火试验：180℃/2 h应能发火；输出试验：可靠引爆DN6mm长50mm导爆索。辅助起爆的压力开关导通压力大于1.8mPa；耐温达到A型：160℃、60MPa/48 h，B型：220℃、60MPa/36 h；安全电流（直流）达到1A；发火电流达到（直流）：2A。

（2）传爆类器材。目前选取的传爆类器材主要有传爆管和导爆索。这两种器材的药芯直接决定其耐温性能，它的药芯由黑索金、泰安等高威力爆药制成，国产导爆索的爆速为6 500～8 000m/s。在石油射孔系统中，主要用于射孔弹之间的联接并起爆射孔弹作用。油气井射孔作业中出现的断爆（中途停爆）、拒爆等事故都和导爆索的质量有关。因此要选择耐温性能高、装药密度均匀、无打扭断药的导爆索。另外还要注意导爆索遇高温的收缩性，一旦导爆索收缩引起断裂，将会严重影响射孔质量。由于导爆索本身就是一种威力很强的爆炸器材，它也常常应用到油气井的爆炸松开作业中，根据计算药量，在钻井卡点实施松扣爆炸，解决卡钻难题。

（3）射孔弹。射孔弹是根据聚能原理由厂家生产的定型产品，由弹壳、聚能装药、药形罩组成。炸药是聚能射流的能源，孔道容积、射孔深度与爆轰压力有关，同时还应考虑炸药的耐热能力和温度—时间曲线。为了提高射孔弹性能和井下耐温性能，通常采用聚黑—16（R852）炸药、聚黑—14（R791）炸药、聚奥—6（JO—6）炸药和耐高温S992炸药、Y971炸药。药形罩的材料一般是由不易被气化且射孔后不会形成杵体堵塞孔道的材料，如粉末冶金药形罩。随着现代工艺的发展，在药形罩的研究上更先进，目前的自清洁射孔技术，就是利用在药形罩中掺入有效成分，能形成在孔道内的二次燃爆，解决孔道杵堵和扩充孔容。按照射孔弹结构分类，可以选择不同尺寸的弹型，满足不同井况。DP系列射孔弹具有强力穿透性能，适用于低孔、低渗透、致密层等复杂油气井射孔作业；BH系列射孔弹具有大孔径、高孔密、低碎屑等特点，适用于稠油层、疏松岩层等复杂油气井射孔作业。

（4）切割弹。为了修井的需要，必须对一些油管、套管进行打捞、修复，这些措施都要用到爆炸切割处理的方法。聚能切割弹和射孔弹聚能原理相同，但它是平面对称线性装药，形成一个环形射流平面，达到内切目的，见图1。根据不同的油管或套管内径，选择切割弹的尺寸，保留一定的炸高（炸高选择2～15mm，效果最好）和间隙，比如DN55mm切割弹切割DN73mm油管，DN68mm切割弹切割DN89mm油管等。

图1 聚能射孔弹射流的形成

2 爆破工艺的设计

目前在油气中主要的射孔工艺，分为电缆传输方式和油管传输方式。电缆传输射孔特点是施工简便、施工周期短。

（1）电缆传输射孔施工设计。首先要根据油气层的厚度设计射孔枪。射孔枪的长度一般1～4m，由特种钢管加工而成，可以耐压70～140mPa。射孔枪内部弹架按照螺旋方向布孔，一般孔密为每米8～20孔。射孔弹装入孔中固定，再通过导爆索将每个射孔弹连起来，导爆索头部安装磁电雷管，通过上、下接头将射孔枪密封起来，留点火引线和井下工具连接，再由电缆绞车将射孔枪送入目的地层，跟踪校深点火，实现射孔作业。在电缆传输射孔的施工设计中，射孔弹的选择对穿深、防砂有很大影响，可以根据地层性质优化选择射孔。

（2）油管传输射孔（TCP）施工设计。相对于电缆传输的模式，油管传输可以一次射孔开几十米甚至几百米的油层。因此对爆破器材的要求也更高些。除了在电缆射孔中用到的射孔弹、导爆索外，还要有连接射孔枪之间的传爆管和压力或撞击起爆器。在使用压力起爆器时，需要合理计算压力值。

3 爆破作业的现场施工

和其他爆破作业一样，油气井的爆破现场施工，最重要的还是爆破器材的安全问题。必须严格遵守的规则有以下几点:

（1）油管传输方式下起爆器材和传爆器材的连接必须在井口完成，也就是起爆雷管的安装，要等射孔枪（爆炸杆、切割器）下入井中后，再进行起爆雷管和导爆索的连接。同样道理，遇到哑炮时，也要在射孔枪（爆炸杆、切割器）从井下起出至井口时拆卸起爆雷管；若使用撞击起爆方式，未引爆的，必须先打捞撞击投棒。

（2）在电缆传输方式下，磁电雷管和导爆索连接后，严格控制点火线的联通。必须在射孔器下入井中50 m以下再打开仪器电源。严禁在地面联炮期间打开地面电源或校验仪器。遇到哑炮时，也必须在起出射孔器前，关闭电源，起出后拆卸掉雷管，严禁雷管和爆破器材同时运输。

（3）施工现场禁止使用无线通讯工具。

（4）装配射孔弹、导爆索、射孔枪时严禁用铁器及其他硬物打击和冲撞。

4 结语

随着油田勘探开发的需要，爆破技术在油气井中的应用得到了更进一步的发展。如多脉冲复合射孔技术就是近几年推广应用的新技术，它就是利用多种组合的火药依次燃烧，产生的高温高压气体以冲击加载的形式沿射孔孔道冲击挤压地层，使射孔孔道以裂缝的形式延伸扩展，更有益于油气层内油气的产出。再如数码电子免疫雷管的应用，很好地解决了施工的安全问题。爆破技术和其他井下油气开采技术的联合作业，也是新的发展方向，如射孔—测试联作技术，定方位射孔技术等。爆破技术已经成为了油田勘探开发不可或缺的一个方面，今后的应用将更加广泛。

13937796617、R76930@sina.com

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.029

夏国宏：测井工程师，国家注册安全工程师，中级爆破工程技术人员，长期从事油气井射孔及相关的爆破作业工作。