李冰，黃麗娜，廖寧寧，李厚磊

石油工業(yè)油氣田射孔器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(黑龍江大慶163853)

地震勘探電雷管作用時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)的研究

李冰，黃麗娜，廖寧寧，李厚磊

石油工業(yè)油氣田射孔器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(黑龍江大慶163853)

通過對(duì)地震勘探雷管作用時(shí)間參數(shù)的分析，建立了地震勘探電雷管作用時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并研制了室內(nèi)用且具有綠色環(huán)保功能的雷管爆轟測(cè)試罐。該爆轟測(cè)試罐主要由試樣端口、測(cè)試端口、安全防護(hù)裝置和固廢處理裝置等組成，測(cè)試系統(tǒng)使用光電式傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過對(duì)采集的測(cè)試數(shù)據(jù)分析和處理，結(jié)果表明:該系統(tǒng)能夠精確檢測(cè)雷管的作用時(shí)間，降低雷管起爆噪音，減少了因有毒氣體和爆轟粉塵的排放而對(duì)環(huán)境的污染，保證測(cè)試人員的安全，且能夠滿足產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試的要求。

地震勘探電雷管;測(cè)試罐;作用時(shí)間

根據(jù)GB/T 16625-1996《地震勘探電雷管》標(biāo)準(zhǔn)要求'地震勘探電雷管的作用時(shí)間t＜1.0ms'試驗(yàn)中要求停止靶為光靶[1］。對(duì)地震勘探電雷管進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)'由于室外測(cè)試有多種干擾的自然因素'例如雜散電流、強(qiáng)光等'會(huì)導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)失真'所以檢驗(yàn)地震勘探雷管的作用時(shí)間必須在室內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)GB 8031-2005《工業(yè)電雷管》標(biāo)準(zhǔn)要求[2］'測(cè)試地震勘探雷管作用時(shí)間必然在室內(nèi)起爆雷管'而室內(nèi)起爆雷管會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體和高分貝噪音'且爆轟后碎片與粉塵難以清理。因此'研制一種室內(nèi)環(huán)保型雷管作用時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)就顯得尤為重要。不僅可以準(zhǔn)確測(cè)試地震勘探雷管的作用時(shí)間'而且保證了檢驗(yàn)人員的操作安全'減少爆轟有毒氣體和噪音對(duì)操作人員的傷害'同時(shí)還降低了對(duì)環(huán)境的污染。

1 測(cè)試原理

工業(yè)電雷管的作用時(shí)間是指向雷管輸入激發(fā)能開始至雷管爆炸所經(jīng)歷的時(shí)間'作用時(shí)間是依據(jù)時(shí)間間隔測(cè)量原理'即測(cè)定起始電壓脈沖信號(hào)和截止電壓脈沖信號(hào)之間時(shí)基脈沖數(shù)[3］。

檢驗(yàn)作用時(shí)間的系統(tǒng)主要是由高壓大電流智能雷管電參數(shù)測(cè)試儀'光電傳感器和雷管爆轟測(cè)試罐組成。高壓大電流智能雷管電參數(shù)測(cè)試儀輸出起爆初始脈沖'起爆地震勘探電雷管'其產(chǎn)生的光強(qiáng)度觸發(fā)光電傳感器'再根據(jù)初始脈沖'測(cè)定與其截止電壓脈沖信號(hào)之間時(shí)基脈沖數(shù)'即作用時(shí)間'而初始脈沖信號(hào)與截止脈沖信號(hào)由光電傳感器根據(jù)光強(qiáng)度控制的。光電傳感器是一種新型的傳感器'是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的'它的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)'即半導(dǎo)體材料的許多電學(xué)特性都因受到光的照射而發(fā)生變化[4］。一般情況下是由發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路3部分組成'發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束'或者改變脈沖寬度'接收器由光電二極管組成'在接收器的前面'裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等'在其后面是檢測(cè)電路'能濾出有效信號(hào)'最后傳輸給高壓大電流智能雷管電參數(shù)測(cè)試儀。雷管爆轟測(cè)試罐主要由試樣端口、測(cè)試端口、安全防護(hù)裝置和固廢處理裝置4部分組成'主要功能是安裝和固定光電傳感器'將雷管試樣放入爆轟測(cè)試罐中進(jìn)行安全爆轟'將產(chǎn)生的光信號(hào)傳輸給傳感器'同時(shí)對(duì)雷管由于爆轟產(chǎn)生的有毒氣體'噪音和廢棄物等進(jìn)行無害化處理'避免對(duì)檢驗(yàn)人員造成人身傷害。

2 系統(tǒng)組成

作用時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)主要由3部分組成:記錄系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、爆轟測(cè)試系統(tǒng)。

1)記錄系統(tǒng)主要由高壓大電流智能雷管電參數(shù)測(cè)試儀組成，該測(cè)試儀的輸出電流10～4 000mA，測(cè)量作用時(shí)間為0.01～999.9ms'測(cè)試精度完全可以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)要求。

2)接收系統(tǒng)主要由信號(hào)線和光電傳感器組成'光電傳感器采用的光敏元件是光敏二極管'它具有精度高'反應(yīng)迅速等特點(diǎn)。

3)爆轟測(cè)試系統(tǒng)主要由雷管爆轟測(cè)試罐組成'爆轟測(cè)試罐如圖1所示'主要是由試樣端口、測(cè)試端口、安全防護(hù)裝置和固廢處理裝置4部分組成。①試樣端口:雷管爆轟測(cè)試罐試樣端口頂部采用彈簧式安全設(shè)計(jì)'拉動(dòng)試樣入口的防護(hù)罩'將試樣放入罐體后'防護(hù)罩自動(dòng)彈回'防止雷管爆轟產(chǎn)生的碎片傷害檢驗(yàn)人員'同時(shí)保證因爆轟產(chǎn)生的有毒氣不進(jìn)行外泄'保護(hù)人員安全。試樣通過端口進(jìn)入試樣實(shí)驗(yàn)區(qū)'實(shí)驗(yàn)區(qū)主要是由防護(hù)鋼板和泄爆孔道組成'防護(hù)鋼板保護(hù)測(cè)試罐體不受雷管爆轟波的沖擊'防止雷管爆轟產(chǎn)生的大量碎片破壞罐體的噪音處理壁和水防護(hù)層。泄爆孔道可以消除雷管爆轟波沖擊鋼板時(shí)產(chǎn)生的噪音以及壓力'降低爆轟波對(duì)防護(hù)鋼板的沖擊。②測(cè)試端口:測(cè)試端口安裝了防護(hù)裝置'確保光電傳感器不會(huì)因雷管爆轟而遭到破壞'同時(shí)安裝了光電與壓電傳感器通用接口'保證了不同種傳感器的安裝與使用。③安全防護(hù)裝置:安全防護(hù)裝置主要由噪音處理壁、水防護(hù)層、外層防護(hù)鋼板和防靜電滑輪等4部分組成。外層防護(hù)鋼板保證罐體的抗沖擊強(qiáng)度。防靜電滑輪保證罐體整體的靜電防護(hù)'保證人員測(cè)試?yán)坠懿僮鬟^程中的安全。噪音處理壁和水防護(hù)層主要將雷管爆轟產(chǎn)生的噪音進(jìn)行吸收和消除'達(dá)到GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定室內(nèi)噪音不能高于70dB的標(biāo)準(zhǔn)[5］。④固廢處理裝置:固廢處理裝置主要由煙塵處理孔道和破片儲(chǔ)存間組成。煙塵處理孔道主要處理雷管爆轟產(chǎn)生的各種有毒氣體和粉塵'排風(fēng)機(jī)將有毒氣體和粉塵吸入處理器中'處理器將有毒氣體和粉塵進(jìn)行吸收和凈化'然后進(jìn)行室外排放。破片儲(chǔ)存間儲(chǔ)存雷管爆轟產(chǎn)生的破片與導(dǎo)線等廢棄物'最多可存儲(chǔ)2 000發(fā)雷管的廢棄物。測(cè)試罐底部的固廢處理閘門采用開孔補(bǔ)強(qiáng)原理進(jìn)行了處理'保證實(shí)驗(yàn)儀器的耐沖擊強(qiáng)度。

圖1 地震勘探雷管爆轟測(cè)試罐

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

測(cè)試勘探電雷管的作用時(shí)間'首先檢查并調(diào)試作用時(shí)間的測(cè)試系統(tǒng)儀器'使儀器處于正常工作狀態(tài)'連接信號(hào)測(cè)試線'安裝光電傳感器'調(diào)節(jié)高壓大電流智能雷管電參數(shù)測(cè)試儀電流'使輸出電流為3.5A'實(shí)驗(yàn)要求作用時(shí)間測(cè)試精度0.01ms。取1發(fā)雷管'將其放置于爆轟測(cè)試罐裝置內(nèi)'腳線末端接在測(cè)試儀電流輸出端上。清零后啟動(dòng)測(cè)試儀的通電開關(guān)'準(zhǔn)備起爆'確保儀器參數(shù)設(shè)置正確和運(yùn)行正常后'將雷管進(jìn)行通電'起爆。雷管爆轟后'記錄測(cè)試儀顯示的時(shí)間'平行實(shí)驗(yàn)10次'實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表1所示'某一型號(hào)的勘探電雷管的作用時(shí)間平均為0.65ms'平行測(cè)定的數(shù)值之間波動(dòng)較小'其標(biāo)準(zhǔn)差為0.025'符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。該套系統(tǒng)能夠利用光電傳感器接收信號(hào)'測(cè)試精度較高'數(shù)值精確'能夠較好達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于該種雷管檢驗(yàn)作用時(shí)間的要求。

作用時(shí)間測(cè)試過程中'為檢測(cè)雷管爆轟產(chǎn)生噪音對(duì)人體的傷害'實(shí)驗(yàn)過程中模擬檢驗(yàn)操作人員的身高與操作起爆儀器的距離'安裝標(biāo)準(zhǔn)聲級(jí)計(jì)并進(jìn)行測(cè)試'實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。雷管室內(nèi)爆轟沒有經(jīng)過處理前噪音聲級(jí)平均為122.9dB'經(jīng)過爆轟測(cè)試罐的噪音處理壁和水防護(hù)層處理'噪音聲級(jí)平均為47.6dB'相對(duì)降低了71%'噪音聲級(jí)指標(biāo)達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)要求'說明雷管爆轟測(cè)試罐能夠有效地降低噪音'保護(hù)檢驗(yàn)人員的聽力。

同樣模擬檢驗(yàn)操作人員的身高與操作起爆儀器的距離'安裝有毒氣體測(cè)試儀并進(jìn)行測(cè)試'實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3'雷管爆轟后產(chǎn)生的有毒氣體經(jīng)過爆轟測(cè)試罐處理后'由原來的平均濃度51.0mg/L'降低至10.2mg/L'有毒氣體濃度減少了80%。說明雷管爆轟測(cè)試罐能夠有效地過濾和吸收有毒有害物質(zhì)'減少了有毒氣體和爆轟垃圾產(chǎn)物的排放'有效地保護(hù)了檢驗(yàn)人員的安全'同時(shí)更利于保護(hù)環(huán)境。

表1 勘探電雷管作用時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)表

表2 地震勘探電雷管爆轟噪音對(duì)照表

表3 地震勘探電雷管有毒氣體對(duì)照

4 結(jié)論

1)地震勘探雷管的作用時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)'數(shù)據(jù)采集停止靶采用光電式傳感器'能夠精確測(cè)試?yán)坠艿淖饔脮r(shí)間'精度達(dá)到0.01ms'較好地完成了監(jiān)督檢驗(yàn)產(chǎn)品的相關(guān)要求'保證了監(jiān)督檢驗(yàn)工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性'該套系統(tǒng)的建立'有利于公正科學(xué)的評(píng)價(jià)地震勘探電雷管的產(chǎn)品質(zhì)量'對(duì)于油氣田勘探的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。

2)設(shè)計(jì)和研制的室內(nèi)用雷管爆轟測(cè)試罐'符合民用爆炸物品檢驗(yàn)的安全規(guī)定'具有操作簡單'安全環(huán)保等特點(diǎn)'有效地避免了雷管爆轟后產(chǎn)生的有毒氣體和噪聲對(duì)人體的傷害'很好地完成了作用時(shí)間檢驗(yàn)項(xiàng)目'保證了地震勘探電雷管在油氣田勘探使用中的質(zhì)量和安全。

3)地震勘探雷管的作用時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)'能為油氣田勘探開發(fā)提供有效的數(shù)據(jù)參考'保證了勘探開發(fā)的施工質(zhì)量'為油氣田勘探開發(fā)提供了技術(shù)支撐。

[1］GB/T 16625-1996地震勘探電雷管[S］.

[2］GB 8031-2005工業(yè)電雷管[S］.

[3］張立.爆破器材性能與爆炸效應(yīng)測(cè)試[M］.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2006.

[4］任海萍.光電傳感器的應(yīng)用與發(fā)展[J］.科技風(fēng)'2011(1):278.

[5］GB 3096-2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[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

左學(xué)敏

2014-10-16

李冰(1982-)'男'工程師'現(xiàn)從事民用火工品和石油射孔器材檢測(cè)及管理工作。