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        分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)在石油射孔中的應(yīng)用

        2021-03-30 01:12:26朱建新
        工程爆破 2021年1期
        關(guān)鍵詞:飛片導(dǎo)爆索分離式

        張 波,朱建新

        (勝利石油工程有限公司測(cè)井公司,山東 東營(yíng) 257000)

        目前,國(guó)內(nèi)井中聚能射孔彈大多采用熱橋絲雷管作為起爆元件[1],這類(lèi)雷管中大多都含有起爆藥。為了降低起爆藥的敏感度,采用羧甲基纖維素包覆疊氮化鉛顆粒,但敏感度仍遠(yuǎn)高于猛炸藥。因此這類(lèi)含有起爆藥的雷管在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝配、拆卸等過(guò)程中容易意外起爆,并且容易受到無(wú)線電、雜散電流及意外撞擊影響,造成地面?zhèn)蛘`射孔事故[2]。

        為了提高石油射孔的安全性,人們提出了許多新的設(shè)計(jì)和想法,設(shè)計(jì)出了一些新型的雷管,如爆炸橋絲雷管[3-4]、沖擊片雷管[5-6]、磁電雷管[7-8]和無(wú)起爆藥雷管[9-12]等。但這些雷管都是事先將發(fā)火裝置與藥柱連接在一起,從而可能導(dǎo)致藥柱發(fā)生意外爆炸。因此,研究一種將發(fā)火裝置與藥柱分離的無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)具有非常重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

        1 作用原理

        分離式裝置由發(fā)火裝置和飛片藥柱2個(gè)獨(dú)立部分組成,需要使用時(shí)再將兩者通過(guò)簡(jiǎn)單方便的方法進(jìn)行連接,其連接方式為只有在使用時(shí),將發(fā)火裝置的輸入導(dǎo)線與短路的導(dǎo)線相連,另一端直接插入藥柱預(yù)制圓孔內(nèi)固定,其他時(shí)間發(fā)火裝置與飛片藥柱分開(kāi)。起爆器(高壓脈沖發(fā)生器)產(chǎn)生高壓脈沖,高壓脈沖通過(guò)輸入導(dǎo)線到達(dá)發(fā)火裝置的高壓放電電極兩端,使高壓放電電極周?chē)鷼怏w發(fā)生強(qiáng)烈電離,帶電粒子做定向運(yùn)動(dòng),形成電子崩,電子崩向陽(yáng)極發(fā)展轉(zhuǎn)為流注,形成電離通道,使得電極氣隙阻抗降低,電極間隙被擊穿,電介質(zhì)演變成為導(dǎo)體,產(chǎn)生放電火花,引燃驅(qū)動(dòng)裝藥,驅(qū)動(dòng)飛片高速飛行,達(dá)到一定速度后撞擊爆炸藥柱并引爆,進(jìn)而引爆其他爆炸物質(zhì)。

        2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)由發(fā)火裝置和飛片藥柱組成(見(jiàn)圖1),其中發(fā)火裝置包括殼體、輸入導(dǎo)線、高壓放電電極和連接套筒,飛片藥柱包括頂端敞口、底端封閉的管殼,管殼內(nèi)從上至下依次填裝有密封件、飛片驅(qū)動(dòng)裝藥、飛片和爆炸藥柱,密封件上開(kāi)設(shè)有能與發(fā)火裝置的高壓放電電極插裝配合的孔道,飛片與爆炸藥柱之間留有密閉空間。

        注:1-發(fā)火裝置殼體;2-輸入導(dǎo)線;3-高壓放電電極;4-連接套筒;5-飛片藥柱管殼;6-密封件;7-飛片驅(qū)動(dòng)裝藥;8-飛片;9-爆炸藥柱;10-密閉間隙;11-孔道。圖1 分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of separated type non-primary explosive safe ignition system

        與傳統(tǒng)的電阻式雷管相比,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)存在以下幾個(gè)特點(diǎn):

        1)不含敏感的起爆藥,藥柱所用炸藥的主要成份為黑索今或奧克托今,與常用的射孔彈所用炸藥的主要成分相同;

        2)發(fā)火裝置與藥柱只有在使用時(shí)確保安全的前提下處于連接狀態(tài),其他時(shí)間均處于分離狀態(tài),提高了起爆裝置的安全性;

        3)發(fā)火裝置不含有任何爆炸藥劑成分,在任何情況下不會(huì)單獨(dú)發(fā)生爆炸;

        4)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)屬于瞬發(fā)性起爆,容易實(shí)現(xiàn)較高的爆炸同步性。

        分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)使用的專(zhuān)用高壓脈沖發(fā)生器(見(jiàn)圖2),由控制電路和儲(chǔ)能電路兩部分組成,設(shè)計(jì)成可以安裝在普通射孔馬龍頭內(nèi)(見(jiàn)圖3)。其中控制電路完成高壓升壓、脈沖放電控制以及自鎖控制功能,儲(chǔ)能電路完成能量的蓄積和瞬間釋放。

        圖2 高壓脈沖發(fā)生器模塊Fig.2 High voltage pulse generator module

        圖3 專(zhuān)用高壓脈沖發(fā)生器安裝在普通射孔馬龍頭中Fig.3 Special high-voltage pulse generator is installed in thecommon perforating faucet

        高壓脈沖發(fā)生器的工作原理為:將電源電壓進(jìn)行升壓,升壓后的電能在儲(chǔ)能電路中蓄積,當(dāng)達(dá)到起爆能級(jí)后,控制放電電路將儲(chǔ)能電路中的能量釋放到起爆裝置中完成引爆,同時(shí)控制電路閉鎖自鎖電路,關(guān)閉電源通道,系統(tǒng)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài),直到再次重新啟動(dòng)。

        與傳統(tǒng)起爆器相比,專(zhuān)用高壓脈沖發(fā)生器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

        1)使用特定的電壓工作區(qū)間,區(qū)間外的電源不能使其工作,降低了漏電等雜散電流引起的誤動(dòng)作概率;

        2)能量釋放穩(wěn)定,控制電路能夠穩(wěn)定地控制蓄積能量的總量,提高了起爆裝置的可靠性;

        3)具有自鎖功能,一次引爆完成后自動(dòng)關(guān)閉,提高了起爆裝置的安全性。

        3 可靠性測(cè)試

        3.1 直/交流發(fā)火測(cè)試

        將直/交流調(diào)壓器的輸出端與分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)相連,測(cè)試在一定直、交流電的作用下,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否發(fā)火。

        1)直流電發(fā)火測(cè)試。將型號(hào)為sorensen DC600-1.7E直流調(diào)壓器的輸出端與分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)相連,測(cè)試在一定直流電的作用下,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否發(fā)火。

        從100 V開(kāi)始,以100 V為增量依次增加,直到600 V,檢測(cè)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否發(fā)火。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:從100 V至600 V,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)均未發(fā)火,這說(shuō)明600 V直流電不能引爆飛片裝藥。

        2)交流電發(fā)火測(cè)試。將型號(hào)為CW1251 continuous wave AC power source交流調(diào)壓器的輸出端與分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)相連,測(cè)試在一定交流電的作用下,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否發(fā)火。

        從50 V開(kāi)始,以50 V為增量依次增加,直到380 V,檢測(cè)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否發(fā)火。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:從50 V至380 V,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)均未發(fā)火,這說(shuō)明380 V交流電不能引爆飛片裝藥。

        3.2 引爆導(dǎo)爆索測(cè)試

        將飛片藥柱分別與直徑為6 、5.3 mm導(dǎo)爆索用膠帶相連,檢測(cè)飛片藥柱能否引爆導(dǎo)爆索。用200 m膠結(jié)銅線將遠(yuǎn)程高壓放電裝置與分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)連接,實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

        圖4 引爆導(dǎo)爆索測(cè)試裝置Fig.4 Testing device of detonating detonating fuse

        圖5 引爆導(dǎo)爆索測(cè)試結(jié)果Fig.5 Testing results of detonating detonating fuse

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:直徑為6、5.3 mm導(dǎo)爆索,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)均能可靠引爆。

        3.3 引爆射孔彈測(cè)試

        將飛片藥柱分別與直徑為6、5.3 mm導(dǎo)爆索用膠帶相連,再將導(dǎo)爆索與射孔彈相連,檢測(cè)飛片藥柱能否引爆導(dǎo)爆索并引爆射孔彈。實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示,試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

        圖6 引爆射孔彈測(cè)試裝置Fig.6 Testing device of detonating perforating charge

        圖7 引爆射孔彈測(cè)試結(jié)果Fig.7 Testing results of detonating perfoating charge

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:導(dǎo)爆索直徑為6 mm時(shí),3發(fā)射孔彈穿深分別為168、158、161 mm,平均穿深為162 mm。導(dǎo)爆索直徑為5.3 mm時(shí),3發(fā)射孔彈的穿深分別為158、162、165 mm,平均穿深為162 mm。均滿足射孔彈要求。這說(shuō)明分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)具有較高且穩(wěn)定的能量輸出。

        4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        目前,分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)在石油射孔中已經(jīng)實(shí)驗(yàn)多次,用于高溫高壓射孔實(shí)驗(yàn)9次,電纜輸送射孔作業(yè)12井次,非常規(guī)分段多次射孔10井次,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1和表2所示。

        表1 點(diǎn)火系統(tǒng)在電纜輸送射孔作業(yè)中的應(yīng)用情況

        表2 點(diǎn)火系統(tǒng)在分段多次射孔作業(yè)中的應(yīng)用情況

        現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,射孔彈起爆成功率和發(fā)射率均達(dá)到100%。

        5 結(jié)語(yǔ)

        1)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)在380 V交流電和600 V直流電作用下不會(huì)發(fā)火。

        2)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)爆炸后能夠可靠引爆導(dǎo)爆索。

        3)應(yīng)用分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)后的射孔起爆成功率達(dá)到100%。

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