豆進(jìn)元

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶分公司 陜西高陵 710201)

為了切實(shí)提升石油射孔的安全效果，各大專業(yè)人士和科研專家提出了多樣化的設(shè)計(jì)理念與觀點(diǎn)，并設(shè)計(jì)出全新的雷管裝置，但是這些雷管在實(shí)際應(yīng)用階段中往往會(huì)產(chǎn)生意外爆炸現(xiàn)象。因此，運(yùn)用由發(fā)火裝置和藥柱分離板塊所構(gòu)建的無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)呈現(xiàn)出重要的價(jià)值效用。

1 可燃?xì)獍踩扔绊懸蛩?/h2>

1.1 裝藥量影響

一般情況下，主裝藥的總體數(shù)量與壓藥密度高低汪汪隊(duì)系統(tǒng)安全度產(chǎn)生不容小覷的影響，當(dāng)主裝藥量大時(shí)，整體系統(tǒng)引爆的威力相對(duì)較大；壓藥密度大時(shí)整體裝置引爆的速率也會(huì)有所提高，引爆威力也會(huì)增大。然而系統(tǒng)威力增大后，引爆一瞬間向外部散發(fā)的溫度也會(huì)隨之增高，所以高爆溫和高能量沖擊波引燃的幾率相對(duì)較大。通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)可以看出，運(yùn)用密度為0.87～0.93 g/cm3的RDX，其壓藥密度超出1.4 g/cm3期間，整體系統(tǒng)的引燃率將會(huì)呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的發(fā)展趨勢(shì)，而壓藥密度超出1.5 g/cm3期間，系統(tǒng)引燃率也會(huì)穩(wěn)步上升。

1.2 管殼強(qiáng)度及形狀影響

通常情況下，在開(kāi)展分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)工作試驗(yàn)階段中，所采用的試樣主要為鐵質(zhì)法蘭管殼，此種材料呈現(xiàn)出較低的韌性水平，在開(kāi)展一系列加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中往往會(huì)存在或多或少的裂縫或紋路等現(xiàn)象。如果操作人員運(yùn)用攜帶裂紋的管體后，系統(tǒng)雷管引爆后發(fā)火裝置會(huì)在裂縫處向外噴出劇烈的火焰，進(jìn)而引燃可燃?xì)?。除此之外，這種管殼在閑置階段中往往會(huì)受到內(nèi)部裝藥劑的腐蝕影響，受到腐蝕后的管殼自身強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，系統(tǒng)引爆階段中，高溫高壓氣流會(huì)直接突破管殼的薄弱位置，進(jìn)而對(duì)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)的安全性造成影響。另外，管殼底部形狀也會(huì)對(duì)系統(tǒng)安全度帶來(lái)不容小覷的影響，一般情況下，雷管呈現(xiàn)出高強(qiáng)度的聚能效應(yīng)，而當(dāng)能量完全集中在某一位置后，便會(huì)導(dǎo)致此位置迅速升溫至金屬射流，因此雷管系統(tǒng)可燃?xì)獾囊悸氏鄬?duì)較高[1]。

1.3 引燃球及封口影響

一般情況下，引燃球?qū)Ψ蛛x式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)安全度產(chǎn)生的影響主要包括飛散燃燒、藥頭重量和藥劑燃燒溫度等封面。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究，通常采用的藥劑所具備的燃燒溫度及飛散燃燒效果完全低于Pb3O4-Si和其他類型引燃球藥劑。引燃球自重?cái)?shù)量與可燃?xì)獾陌踩纫灿兄艽蟮年P(guān)聯(lián)性，主要體現(xiàn)在引燃球重量越大，燃燒過(guò)程中向外部釋放的氣體量也會(huì)隨之增大。在氣室長(zhǎng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍期間，燃燒過(guò)程中所釋放的氣體量也會(huì)有所增加，這也在一定程度上導(dǎo)致氣室內(nèi)部所具備的壓力逐漸升高，進(jìn)而形成脫爆并引燃可燃?xì)獾默F(xiàn)象。除此之外，封口的密閉程度及氣密性也會(huì)對(duì)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)的可燃?xì)獍踩葞?lái)不小的影響及干擾。當(dāng)封口直徑較大的情況下，往往會(huì)提高引燃可燃?xì)獾母怕?，而且?dāng)卡頭印彼此間的距離較大時(shí)，氣室還會(huì)發(fā)生小范圍漏氣問(wèn)題，引燃球在發(fā)生燃燒過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致火焰由封口位置竄出，進(jìn)而引燃可燃?xì)?，而且管口存在裂縫或裂紋其間也會(huì)產(chǎn)生此種不良問(wèn)題。

1.4 延期元件影響

延期元件對(duì)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)可燃?xì)獍踩葞?lái)的影響主要體現(xiàn)在以下3 方面內(nèi)容：一是延期藥的自身燃燒溫度；二是火焰維持周期；三是熱粒子等殘?jiān)膰娚鋽?shù)量等。因?yàn)樵谑蜕淇组_(kāi)展試驗(yàn)期間，往往會(huì)受到外界因素及內(nèi)部因素的干擾及約束，無(wú)起爆藥雷管樣品的延期元件可以運(yùn)用相關(guān)延期藥拔制的鉛延期體，此種藥物在發(fā)生燃燒階段中所出現(xiàn)的殘?jiān)肯鄬?duì)較少，而且鉛體會(huì)接納過(guò)多的燃燒熱物質(zhì)進(jìn)而形成熔化現(xiàn)象，促使殘?jiān)行д尺B在鉛管壁表層結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步減少高熱量殘?jiān)膰姵鰯?shù)量。因此，當(dāng)殘?jiān)鼑娚淞枯^小的情況下，可燃?xì)獾陌踩葧?huì)逐漸升高，相反則會(huì)降低。由此可以看出，延期體藥芯粗、數(shù)量多，所以在發(fā)生燃燒狀況后會(huì)噴出大量的殘?jiān)伎扇細(xì)獾母怕室矔?huì)隨之增加，相反如果藥芯細(xì)、藥量少便會(huì)提高分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)可燃?xì)獾陌踩潭萚2]。

1.5 工藝結(jié)構(gòu)及質(zhì)量影響

一般情況下，下印位置是影響可燃?xì)獍踩潭鹊年P(guān)鍵部位，壓加強(qiáng)帽或壓延期體期間，當(dāng)定位低于標(biāo)準(zhǔn)條件后，下印的頂部端口會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的變形彎曲問(wèn)題，進(jìn)而降低管壁整體強(qiáng)度，在此問(wèn)題影響效果下，便會(huì)引燃可燃?xì)?。另外，氣室的具體長(zhǎng)度也會(huì)對(duì)可燃?xì)獍踩葞?lái)不同等級(jí)的影響。當(dāng)藥頭和延期體一成不變的基礎(chǔ)上，如果氣室長(zhǎng)度小，便意味著其內(nèi)部所含壓力逐漸升高，進(jìn)而造成脫爆現(xiàn)象，引燃可燃?xì)獾母怕室矔?huì)隨之增大。除此之外，延期體的卡中印與不卡中印也會(huì)對(duì)可燃?xì)獍踩潭仍斐捎绊?，卡中印期間，可以將藥頭飛散燃燒所產(chǎn)生的熱粒子完全固定于封閉式氣室當(dāng)中，在根本上削弱熱粒子與可燃?xì)獾慕佑|效果，由此可以看出，卡中印的雷管與不卡中印的雷管相比，前者的可燃?xì)獍踩认鄬?duì)較高。

2 石油射孔中分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)用概述

2.1 作用原理

通常情況下，分離式裝置的基本構(gòu)架包括飛片藥柱和發(fā)火裝置，在實(shí)際應(yīng)用階段中，操作人員需要將此兩種獨(dú)立板塊展開(kāi)科學(xué)化銜接處理，具體的銜接模式體現(xiàn)在將發(fā)火裝置的接入線路與短路導(dǎo)線形成關(guān)聯(lián)狀態(tài)，而剩余端口需要完全投放于藥柱預(yù)制圓孔內(nèi)部加以牢固處理，在閑置或不予使用時(shí)間范圍內(nèi)需要促使發(fā)火裝置與飛片藥柱始終保持阻隔狀態(tài)。起爆器也被廣泛稱為高壓脈沖發(fā)生器，其會(huì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中向外部產(chǎn)生大量的脈沖作用力，高壓脈沖會(huì)在各路輸出導(dǎo)線的支持下進(jìn)入發(fā)火裝置的兩側(cè)電極端口，促使高壓放電電極周邊的氣體產(chǎn)生高強(qiáng)度的電離反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致帶電粒子在此情況下形成定向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)電子崩；電子崩會(huì)朝向正極方向穩(wěn)步發(fā)展直至轉(zhuǎn)化為流柱，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出科學(xué)完善的電力渠道，促使整體電極氣隙的阻抗能力逐漸下降；電極間隙會(huì)在此情況下受到強(qiáng)大的沖擊力，電介質(zhì)進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭▽?dǎo)體形態(tài)，并向外部環(huán)境釋放大量的電火花做出引燃驅(qū)動(dòng)裝藥的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)飛片在此項(xiàng)工序支持下可以短時(shí)間內(nèi)提升自身的飛行速率，在滿足標(biāo)準(zhǔn)速度條件后對(duì)爆炸藥柱產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊作用力，最后引爆周邊所存在的爆炸物質(zhì)[3]。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

一般情況下，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)的構(gòu)造由飛片藥柱和發(fā)火裝置共同組建而成，在此期間，發(fā)火裝置內(nèi)部構(gòu)件主要涵蓋導(dǎo)線、放電電極、殼體和連接套筒等，飛片藥柱由底端密閉且頂端敞開(kāi)的管殼、飛片驅(qū)動(dòng)裝藥、爆炸藥柱等，而且密封件上方還設(shè)計(jì)可以與發(fā)火裝置高壓放電電極相互協(xié)調(diào)配合的孔道裝置，飛片與爆炸藥柱彼此間存留適當(dāng)寬度的封閉式空間范圍。將分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)與傳統(tǒng)電阻式雷管相比可以看出，前者的基礎(chǔ)特征主要體現(xiàn)在以下幾方面內(nèi)容當(dāng)中：第一，內(nèi)部不具備敏感性較強(qiáng)的起爆藥，在實(shí)際應(yīng)用階段中藥柱所含炸藥的成分主要涵蓋奧克托今和黑索今等，與一般情況下石油射孔彈在投入使用期間必需的炸藥成分完全一致；第二，發(fā)火裝置與藥柱會(huì)在實(shí)踐操作期間維護(hù)工作人員的健康安全，并在此基礎(chǔ)上確保系統(tǒng)裝置始終處于穩(wěn)定性、可靠性的安全銜接狀態(tài)，在其閑置時(shí)間范圍下保持分離狀態(tài)，此種特征也足以證明分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)和起爆裝置的安全效果；第三，發(fā)火裝置內(nèi)部不具備爆炸藥劑的組成構(gòu)件和成分，在外部作用力或多種環(huán)境條件影響下不會(huì)產(chǎn)生突發(fā)性爆炸事故；第四，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)被納入瞬發(fā)性起爆范疇內(nèi)，其可以在實(shí)際應(yīng)用階段中凸顯出高強(qiáng)度的爆炸同步性特點(diǎn)。一般情況下，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)在投入使用期間離不開(kāi)專業(yè)高壓脈沖發(fā)生器的支持與保障，此裝置部件主要由儲(chǔ)能電路和控制電路兩種形式組建而成，相關(guān)人員可以將其合理布設(shè)在普通石油射孔馬龍頭內(nèi)部。在此期間，控制電路主要負(fù)責(zé)高壓升壓、自鎖控制和放電控制等功能作業(yè)，而儲(chǔ)能電路所負(fù)責(zé)的作業(yè)任務(wù)包括電能儲(chǔ)備及快速釋放等。分離式裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高壓脈沖發(fā)生器在實(shí)際應(yīng)用期間的工作原理體現(xiàn)在促使電源電壓實(shí)現(xiàn)持續(xù)升壓，升壓處理后的電能會(huì)在儲(chǔ)能電路中展開(kāi)大范圍儲(chǔ)備，在滿足系統(tǒng)起爆標(biāo)準(zhǔn)條件期間，其可以及時(shí)控制放電電路并引導(dǎo)其將內(nèi)部能量完全釋放出起爆裝置內(nèi)部完成一系列引爆作業(yè)，并在此基礎(chǔ)上控制電路閉鎖進(jìn)行自主性封鎖電路和電源通道，促使系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為整體關(guān)閉狀態(tài)。與傳統(tǒng)起爆器相比而言，專業(yè)高壓脈沖發(fā)生器的優(yōu)勢(shì)主要凸顯在下面幾項(xiàng)內(nèi)容當(dāng)中：一是運(yùn)用針對(duì)性電壓工作區(qū)域期間，區(qū)間外部的電源無(wú)法正常運(yùn)作，在根本上減少漏電和不良電流帶來(lái)的錯(cuò)誤動(dòng)作問(wèn)題；二是能量釋放過(guò)程體現(xiàn)出高強(qiáng)度的穩(wěn)定性和安全性，在電路控制過(guò)程中可以良好掌控蓄積能量的整體數(shù)量，切實(shí)提升起爆裝置的可靠性能；三是內(nèi)部設(shè)有專業(yè)化自鎖功能板塊，在完成第一次引爆作業(yè)后可以迅速轉(zhuǎn)化為關(guān)閉狀態(tài)，有效強(qiáng)化整體起爆裝置的安全性和穩(wěn)定性。

3 分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)在石油射孔中的可靠性測(cè)試

3.1 引爆射孔彈測(cè)試

在實(shí)際測(cè)試工作當(dāng)中，相關(guān)人員需要將飛片藥柱與6 mm、5 mm和3 mm不同直徑的導(dǎo)爆索進(jìn)行有效銜接，并在此基礎(chǔ)上將射孔彈與導(dǎo)爆索加以連接，主要檢測(cè)飛片藥柱能否在根本上引爆導(dǎo)爆索和射孔彈。據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果可以看出，當(dāng)導(dǎo)爆索直徑體現(xiàn)為6 mm期間，3個(gè)射孔彈穿深系數(shù)分別為168 mm、158 mm和161 mm，取平均數(shù)主要為162 mm。當(dāng)導(dǎo)爆索直徑為5 mm和3 mm期間，3 發(fā)射孔彈的穿深主要體現(xiàn)為158 mm、162 mm和165 mm，平均值為162 mm。以上幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合射孔彈的具體需求，這也在一定程度上代表分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)呈現(xiàn)出高強(qiáng)度的穩(wěn)定性能量輸出[4]。引爆射孔彈測(cè)試裝置如圖2所示。

圖2 引爆射孔彈測(cè)試裝置

3.2 引爆導(dǎo)爆索測(cè)試

相關(guān)人員需要將飛片藥柱與不同直徑的導(dǎo)爆索進(jìn)行粘結(jié)處理，重點(diǎn)檢測(cè)飛片藥柱是否可以正常引爆導(dǎo)爆索。在具體測(cè)試工作當(dāng)中，可以運(yùn)用200 m 長(zhǎng)的膠帶將遠(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)加以銜接，據(jù)相關(guān)調(diào)查研究可以看出，6 mm、5 mm、3 mm等不同直徑的導(dǎo)爆索測(cè)試當(dāng)中，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)可以進(jìn)行可靠性引爆。

3.3 直流、交流發(fā)火測(cè)試

將直流、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)加以高度結(jié)合和關(guān)聯(lián)，重點(diǎn)測(cè)試在固定交流電壓和直流電壓的影響作用力下，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否可以全面發(fā)揮出自身的價(jià)值作用。第一，直流電發(fā)火測(cè)試。將符合企業(yè)運(yùn)作特點(diǎn)的固定規(guī)格直流調(diào)壓器輸出端與系統(tǒng)裝置加以銜接，測(cè)試在固定直流電壓的干擾影響下分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否可以正常運(yùn)行發(fā)火功能[5-6]。首先以100 V 為基點(diǎn)，并圍繞此基礎(chǔ)進(jìn)行依次增量處理，直到600 V左右后，工作人員需要及時(shí)查看分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)是否仍然保持穩(wěn)定的發(fā)火狀態(tài)。通過(guò)相關(guān)調(diào)查研究表面，在100～600 V范圍內(nèi)，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)并沒(méi)有呈現(xiàn)出良好穩(wěn)定的發(fā)火狀態(tài)，這邊在一定程度上代表600 V直流電無(wú)法有效引爆飛片裝藥。第二，交流電發(fā)火測(cè)試。相關(guān)操作人員需要將型號(hào)固定且符合企業(yè)經(jīng)濟(jì)條件的交流調(diào)壓器輸出端與系統(tǒng)裝置展開(kāi)科學(xué)化銜接處理，并重點(diǎn)檢測(cè)在固定交流電數(shù)值的影響下，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)能否正常發(fā)火。相關(guān)檢測(cè)人員需要以50 V為基礎(chǔ)，并在此前提下不斷增加電壓數(shù)值，直至增加到380 V 左右，并檢測(cè)整體系統(tǒng)裝置是否滿足發(fā)火要求。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究表明，在交流電發(fā)火測(cè)試當(dāng)中，50～380 V范圍內(nèi)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)沒(méi)有正常發(fā)火，這便表示380 V交流電無(wú)法在根本上實(shí)現(xiàn)飛片裝藥的有序引爆。現(xiàn)如今，分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)已經(jīng)在石油射孔中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，并展開(kāi)多樣化實(shí)驗(yàn)，主要包括高溫高壓射孔實(shí)驗(yàn)9 次、電纜輸送射孔作業(yè)12 余次、非常規(guī)多次射孔10 余次等，而且射孔彈起爆成功率均達(dá)到百分百。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)分離式無(wú)起爆藥安全點(diǎn)火系統(tǒng)在石油射孔中的可靠性測(cè)試可以看出，此系統(tǒng)在380 V交流電及600 V直流電的影響作用下不會(huì)產(chǎn)生發(fā)火現(xiàn)象，而且在發(fā)生爆炸后可以高效、可靠引爆導(dǎo)爆索。除此之外，運(yùn)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高達(dá)100%。