地震勘探电雷管作用时间测试系统的研究

李冰，黄丽娜，廖宁宁，李厚磊

石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心(黑龙江大庆163853)

地震勘探电雷管作用时间测试系统的研究

李冰，黄丽娜，廖宁宁，李厚磊

石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心(黑龙江大庆163853)

通过对地震勘探雷管作用时间参数的分析，建立了地震勘探电雷管作用时间测试系统，设计并研制了室内用且具有绿色环保功能的雷管爆轰测试罐。该爆轰测试罐主要由试样端口、测试端口、安全防护装置和固废处理装置等组成，测试系统使用光电式传感器进行数据采集，通过对采集的测试数据分析和处理，结果表明:该系统能够精确检测雷管的作用时间，降低雷管起爆噪音，减少了因有毒气体和爆轰粉尘的排放而对环境的污染，保证测试人员的安全，且能够满足产品相关标准对测试的要求。

地震勘探电雷管;测试罐;作用时间

根据GB/T 16625-1996《地震勘探电雷管》标准要求'地震勘探电雷管的作用时间t＜1.0ms'试验中要求停止靶为光靶[1］。对地震勘探电雷管进行监督检验时'由于室外测试有多种干扰的自然因素'例如杂散电流、强光等'会导致测试数据失真'所以检验地震勘探雷管的作用时间必须在室内进行。根据GB 8031-2005《工业电雷管》标准要求[2］'测试地震勘探雷管作用时间必然在室内起爆雷管'而室内起爆雷管会产生大量的有毒气体和高分贝噪音'且爆轰后碎片与粉尘难以清理。因此'研制一种室内环保型雷管作用时间测试系统就显得尤为重要。不仅可以准确测试地震勘探雷管的作用时间'而且保证了检验人员的操作安全'减少爆轰有毒气体和噪音对操作人员的伤害'同时还降低了对环境的污染。

1 测试原理

工业电雷管的作用时间是指向雷管输入激发能开始至雷管爆炸所经历的时间'作用时间是依据时间间隔测量原理'即测定起始电压脉冲信号和截止电压脉冲信号之间时基脉冲数[3］。

检验作用时间的系统主要是由高压大电流智能雷管电参数测试仪'光电传感器和雷管爆轰测试罐组成。高压大电流智能雷管电参数测试仪输出起爆初始脉冲'起爆地震勘探电雷管'其产生的光强度触发光电传感器'再根据初始脉冲'测定与其截止电压脉冲信号之间时基脉冲数'即作用时间'而初始脉冲信号与截止脉冲信号由光电传感器根据光强度控制的。光电传感器是一种新型的传感器'是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的'它的物理基础是光电效应'即半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化[4］。一般情况下是由发送器、接收器和检测电路3部分组成'发送器对准目标发射光束'或者改变脉冲宽度'接收器由光电二极管组成'在接收器的前面'装有光学元件如透镜和光圈等'在其后面是检测电路'能滤出有效信号'最后传输给高压大电流智能雷管电参数测试仪。雷管爆轰测试罐主要由试样端口、测试端口、安全防护装置和固废处理装置4部分组成'主要功能是安装和固定光电传感器'将雷管试样放入爆轰测试罐中进行安全爆轰'将产生的光信号传输给传感器'同时对雷管由于爆轰产生的有毒气体'噪音和废弃物等进行无害化处理'避免对检验人员造成人身伤害。

2 系统组成

作用时间测试系统主要由3部分组成:记录系统、接收系统、爆轰测试系统。

1)记录系统主要由高压大电流智能雷管电参数测试仪组成，该测试仪的输出电流10～4 000mA，测量作用时间为0.01～999.9ms'测试精度完全可以满足相关标准检验要求。

2)接收系统主要由信号线和光电传感器组成'光电传感器采用的光敏元件是光敏二极管'它具有精度高'反应迅速等特点。

3)爆轰测试系统主要由雷管爆轰测试罐组成'爆轰测试罐如图1所示'主要是由试样端口、测试端口、安全防护装置和固废处理装置4部分组成。①试样端口:雷管爆轰测试罐试样端口顶部采用弹簧式安全设计'拉动试样入口的防护罩'将试样放入罐体后'防护罩自动弹回'防止雷管爆轰产生的碎片伤害检验人员'同时保证因爆轰产生的有毒气不进行外泄'保护人员安全。试样通过端口进入试样实验区'实验区主要是由防护钢板和泄爆孔道组成'防护钢板保护测试罐体不受雷管爆轰波的冲击'防止雷管爆轰产生的大量碎片破坏罐体的噪音处理壁和水防护层。泄爆孔道可以消除雷管爆轰波冲击钢板时产生的噪音以及压力'降低爆轰波对防护钢板的冲击。②测试端口:测试端口安装了防护装置'确保光电传感器不会因雷管爆轰而遭到破坏'同时安装了光电与压电传感器通用接口'保证了不同种传感器的安装与使用。③安全防护装置:安全防护装置主要由噪音处理壁、水防护层、外层防护钢板和防静电滑轮等4部分组成。外层防护钢板保证罐体的抗冲击强度。防静电滑轮保证罐体整体的静电防护'保证人员测试雷管操作过程中的安全。噪音处理壁和水防护层主要将雷管爆轰产生的噪音进行吸收和消除'达到GB 3096-2008《声环境质量标准》中规定室内噪音不能高于70dB的标准[5］。④固废处理装置:固废处理装置主要由烟尘处理孔道和破片储存间组成。烟尘处理孔道主要处理雷管爆轰产生的各种有毒气体和粉尘'排风机将有毒气体和粉尘吸入处理器中'处理器将有毒气体和粉尘进行吸收和净化'然后进行室外排放。破片储存间储存雷管爆轰产生的破片与导线等废弃物'最多可存储2 000发雷管的废弃物。测试罐底部的固废处理闸门采用开孔补强原理进行了处理'保证实验仪器的耐冲击强度。

图1 地震勘探雷管爆轰测试罐

3 实验测试与数据分析

3.1 实验测试

测试勘探电雷管的作用时间'首先检查并调试作用时间的测试系统仪器'使仪器处于正常工作状态'连接信号测试线'安装光电传感器'调节高压大电流智能雷管电参数测试仪电流'使输出电流为3.5A'实验要求作用时间测试精度0.01ms。取1发雷管'将其放置于爆轰测试罐装置内'脚线末端接在测试仪电流输出端上。清零后启动测试仪的通电开关'准备起爆'确保仪器参数设置正确和运行正常后'将雷管进行通电'起爆。雷管爆轰后'记录测试仪显示的时间'平行实验10次'实验结果见表1。

3.2 数据分析

根据表1所示'某一型号的勘探电雷管的作用时间平均为0.65ms'平行测定的数值之间波动较小'其标准差为0.025'符合相关标准要求。该套系统能够利用光电传感器接收信号'测试精度较高'数值精确'能够较好达到相关标准对于该种雷管检验作用时间的要求。

作用时间测试过程中'为检测雷管爆轰产生噪音对人体的伤害'实验过程中模拟检验操作人员的身高与操作起爆仪器的距离'安装标准声级计并进行测试'实验结果见表2。雷管室内爆轰没有经过处理前噪音声级平均为122.9dB'经过爆轰测试罐的噪音处理壁和水防护层处理'噪音声级平均为47.6dB'相对降低了71%'噪音声级指标达到了国家标准要求'说明雷管爆轰测试罐能够有效地降低噪音'保护检验人员的听力。

同样模拟检验操作人员的身高与操作起爆仪器的距离'安装有毒气体测试仪并进行测试'实验结果见表3'雷管爆轰后产生的有毒气体经过爆轰测试罐处理后'由原来的平均浓度51.0mg/L'降低至10.2mg/L'有毒气体浓度减少了80%。说明雷管爆轰测试罐能够有效地过滤和吸收有毒有害物质'减少了有毒气体和爆轰垃圾产物的排放'有效地保护了检验人员的安全'同时更利于保护环境。

表1 勘探电雷管作用时间测试数据表

表2 地震勘探电雷管爆轰噪音对照表

表3 地震勘探电雷管有毒气体对照

4 结论

1)地震勘探雷管的作用时间测试系统'数据采集停止靶采用光电式传感器'能够精确测试雷管的作用时间'精度达到0.01ms'较好地完成了监督检验产品的相关要求'保证了监督检验工作的科学性和准确性'该套系统的建立'有利于公正科学的评价地震勘探电雷管的产品质量'对于油气田勘探的发展具有一定的促进作用。

2)设计和研制的室内用雷管爆轰测试罐'符合民用爆炸物品检验的安全规定'具有操作简单'安全环保等特点'有效地避免了雷管爆轰后产生的有毒气体和噪声对人体的伤害'很好地完成了作用时间检验项目'保证了地震勘探电雷管在油气田勘探使用中的质量和安全。

3)地震勘探雷管的作用时间测试系统'能为油气田勘探开发提供有效的数据参考'保证了勘探开发的施工质量'为油气田勘探开发提供了技术支撑。

[1］GB/T 16625-1996地震勘探电雷管[S］.

[2］GB 8031-2005工业电雷管[S］.

[3］张立.爆破器材性能与爆炸效应测试[M］.合肥:中国科学技术大学出版社，2006.

[4］任海萍.光电传感器的应用与发展[J］.科技风'2011(1):278.

[5］GB 3096-2008声环境质量标准[S］.

The test system for the electric detonator action time in seismic exploration is established by analyzing the action time of the electric detonators，and a green detonator detonation test tank used in laboratory is developed.The test tank mainly consists of sample port，testing port，safety protection device，solid waste treatment device，etc.The test system uses photoelectric sensors to collect data.The processing and analysis of the collected data show that the test system is capable of accurately detecting the action time of detonators，reducing noise，and decreasing the environment pollution of the toxic gases and dust emissions produced by detonation. So it ensures the safety of testers and can meet the requirements of the relevant standards to the test tank.

electric detonator for seismic exploration;test tank;action time

左学敏

2014-10-16

李冰(1982-)'男'工程师'现从事民用火工品和石油射孔器材检测及管理工作。