油氣井用傳爆管性能影響因素探討

向旭，賴康華

（中國石油四川石油射孔器材有限責任公司，四川隆昌642177）

油氣井用傳爆管性能影響因素探討

向旭，賴康華

（中國石油四川石油射孔器材有限責任公司，四川隆昌642177）

探討了影響油氣井用傳爆管性能的幾個主要因素，主要包括傳爆管底部厚度、傳爆管間距、裝藥密度、溫度、裝藥類型和軸向偏移距離的影響，綜合考慮各種因素的影響。傳爆管傳爆效果在一定范圍內隨著裝藥密度增大而提升，密度超過一定范圍時起爆效果下降明顯；傳爆管底部厚度越厚對爆轟波的衰減越大，達到一定厚度時不能引爆傳爆管；傳爆管的間距越大被傳爆的傳爆管所接收的爆轟能量越少，不能有效引爆傳爆管。經過160℃／48 h高溫試驗后傳爆管的傳爆距離縮短明顯，是常溫下的60%；時間增加到60 h時傳爆效果進一步減弱；口部裝Pb（N3）2、底部裝HMX的傳爆管比純裝HMX藥的傳爆管傳爆效果好；軸向偏移距離達到一定程度后不能有效傳爆，施工過程中應避免軸向偏移距離過大。

石油射孔；油氣井；傳爆管；影響因素；實驗

0 引 言

油氣井用傳爆管是射孔施工中的火工元件之一，它與射孔彈、導爆索、起爆器等形成了射孔施工服務中的火工品序列。各油氣井情況不同，所需管串也不一樣，在地面每根槍是獨立的，下井之后又必須串在一起，所以槍與槍之間必須要有穩定的傳爆聯接才能保證一次點火全管串起爆。傳爆管傳爆的可靠性非常重要。這里對影響傳爆管傳爆性能進行了一些探索，借此對射孔施工有一定的指導和借鑒。

1 傳爆管結構與傳爆機理

傳爆管結構見圖1。圖1中傳爆管外殼為鋁制外殼，上蓋為銅制。傳爆機理見圖2。

管串1的爆轟波將與之相聯的傳爆管A爆轟后經空氣隔板C衰減后，形成沖擊波對管串2與導爆索起始端相聯的傳爆管B進行殉爆。

圖1 傳爆管結構圖

圖2 傳爆機理圖

通常情況下，將與管串1的導爆索相聯的傳爆管A叫主發傳爆管，與管串2相聯的傳爆管B叫被發傳爆管。從下井順序上要求施工人員將主發傳爆管安裝一只槍的下端，被發傳爆管要安裝在同一只槍的上端。這樣區分主發和被發傳爆管比較繁瑣，也容易出現錯誤。因此，現在已不分主發和被發傳爆管。但理論上主發傳爆管要求爆轟能力強，對爆轟感度要求不高，而被發傳爆管對爆轟感度要求高，對爆轟能力要求不高。事實上爆轟能力和爆轟感度是矛盾的，即一種火炸藥的爆轟能力高，它的感度就會較弱，反之感度高爆轟能力就會弱。

2 影響傳爆管殉爆能力的因素分析

2.1 傳爆管底部厚度對殉爆能力的影響

在傳爆管外殼底部加入相同材質的墊片，墊片厚度為0.5 mm，傳爆管裝0.65 g的HMX，定程壓制成形；將2個傳爆管之間的殉爆距離定為80 mm；當墊片的厚度增加到1.5 mm時，已不能殉爆下一個傳爆管了。這說明傳爆管底部厚度不能過大，否則影響其殉爆性能。

2.2 傳爆管裝藥密度對殉爆能力的影響

試驗設計了0.8、0.75、0.7、0.65、0.6 g等5種采用HMX裝藥的傳爆管，進行了初步的殉爆實驗。實驗數據見表1。

由表1可看出，當裝藥量減小時，即傳爆管的裝藥密度降低時，傳爆管的傳爆距離增加，因此之前考慮的通過加大裝藥密度來提高輸出能量從而提高傳爆管的傳爆距離不可行。由于壓藥密度增大，導致裝藥的起爆感度下降，最后導致傳爆管無法有效地接收前一傳爆管傳遞的爆轟能量，不能較大間距成功殉爆。

表1 不同裝藥量的傳爆距離

在此基礎上進一步試驗。針對從0.58～0.66 g裝藥范圍的傳爆管分別做距離逐步遞增的傳爆實驗，并尋找其極限傳爆距離（見表2）。

表2 不同裝藥量的傳爆距離

通過表2可以看出，采用這5種裝藥量的傳爆管在傳爆距離為50 mm時均能殉爆，但是當傳爆距離為55 mm時已經無法殉爆。由于受炸藥輸出能量以及距離過長的限制，即使改變裝藥量，也已經無法再有效地提高傳爆管的傳爆距離。在不分主發和被發傳爆管的情況下，其裝藥密度有一最佳范圍。

2.3 傳爆管間距離及中間介質對殉爆能力的影響

從實驗也可以看出，隨著2個傳爆管之間的距離加大，殉爆能力變弱，當傳爆距離L≥55 mm已不能殉爆。通常情況下空氣是對沖擊波衰減較弱的介質，因此在射孔施工服務中盡量不要在2個傳爆管之間混入紙、泥土等其他雜質，以免影響管串起爆。

2.4 溫度與耐溫時間對殉爆能力的影響

2.4.1 溫度對殉爆能力的影響

傳爆管的使用環境是在井下的高溫狀態，有必要對傳爆管做耐溫性能試驗，一方面測試其在高溫狀態下的安全性能；另一方面測試其在進行耐溫后的傳爆性能。設計了傳爆管的裝藥量從0.58～0.66 g，每一組傳爆管的裝藥量增量為0.02 g，耐溫試驗條件為160℃／48 h。首先，對溫度實驗前后的傳爆管的尺寸進行了測量，無任何明顯的變化。然后，對其進行了殉爆試驗，試驗結果見表3。

表3 高溫試驗后不同裝藥量的傳爆距離

表3可以看出，對于這幾種裝藥的傳爆管在進行了160℃／48 h耐溫實驗之后，其傳爆性能受到了嚴重的影響，其中裝藥量為0.58、0.60、0.62 g的3組傳爆管均無法達到軸向殉爆距離大于等于20 mm的技術指標；而0.64 g和0.66 g的裝藥量的傳爆管在傳爆距離L＝21 mm時仍能夠傳爆。

2.4.2 耐溫時間對殉爆能力的影響

用裝藥量0.66 g的傳爆管在160℃下將時間增加至60 h后進行實驗，發現15 mm的距離已不能殉爆。由于奧克托金存在4種晶形，其熔點為278℃，在常溫熔點之間這4種晶形會相互轉化，因此可以分析出在進行了耐溫試驗后傳爆管內的裝藥在溫度作用下性能發生了改變，最終影響了傳爆管的傳爆距離。

在實際施工服務中，一定要注意油氣井溫與傳爆管可能在井下放置的時間，選用相匹配的傳爆管，否則容易造成工程事故。

2.5 傳爆管裝藥類型和結構對殉爆能力的影響

選用口部裝Pb（N3）2、底部裝HMX的傳爆管做實驗。發現相同條件下，殉爆距離大大提高，在160℃／48 h情況下殉爆距離可達100 mm，這樣可保證施工的可靠性，基本規律是和單一裝藥是一樣的。這是由于Pb（N3）2是真正意義上的起爆藥，它的爆轟波感度相當高；如果只裝一種藥其爆轟能力又不夠，所以在它的底部還必須裝HMX。這2種藥的組合滿足了傳爆管的實際需要，在爆轟能力和感度上平衡一致，在施工中不需要區分主發和被發傳爆管，達到了統一方便的目的。

這種裝藥形式的傳爆管實際上相當于一個不帶傳火孔的火雷管，其危險性也大大增加，所以在管理和使用過程中要小心謹慎。

2.6 傳爆管之間軸向偏移距離對殉爆能力的影響

在相同殉爆距離情況下，2個傳爆管的中心軸線在一條線上殉爆能力是最強的。實際施工中2個管串對接時軸線總會有偏移。使用一種裝有Pb（N3）2的標準傳管，在殉爆距離為50 mm的條件下進行了軸向偏移實驗，其結果見表4。可見當軸向偏移大于6 mm時，已不能可靠殉爆了。因此，在施工中安裝傳爆管時要注意對中情況，在允許的條件下盡量對中，以減小斷爆的風險。

表4 不同軸向偏移距離殉爆情況

3 結 論

傳爆管底部厚度越厚對爆轟波的衰減越大，降低了傳爆管的輸出能量，使得有效傳爆距離縮短，達到一定程度時不能引爆傳爆管；傳爆管的間距越大被傳爆的傳爆管所接收的爆轟能量越少，不能有效引爆傳爆管。

傳爆管傳爆效果在一定范圍內隨著裝藥密度增大而提升，但是由于密度影響起爆感度，因此超過一定范圍時，起爆效果下降明顯。

溫度對傳爆管性能有較大影響，經過160℃／48 h高溫試驗后傳爆管的傳爆距離縮短明顯，僅為常溫下的60%；隨著時間增加到60 h，傳爆效果進一步減弱，主要原因是高溫條件下影響了裝藥的性能。

口部裝Pb（N3）2，底部裝HMX的傳爆管比純裝HMX藥的傳爆管傳爆效果好得多，Pb（N3）2爆轟波感度相當高，因此可以在較低的爆轟能量情況下起爆。

軸向偏移距離對傳爆管的傳爆性能也有較大影響，當達到一定程度后不能有效傳爆，因此在施工過程中應該特別注意安裝情況，避免軸向偏移距離過大，不能有效傳爆。

［1］ 戴干策，陳敏恒.化工流體力學［M］.北京：化學工業出版社，1988：659－670.

［2］ 孫金華.燃燒理論［Z］.淮南礦業學院，1991.

［3］ 汪大立.炸藥爆炸理論學［Z］.淮南礦業學院，1993.

［4］ 淮南礦業學院實驗課教學組.爆破器材性能測試實驗［Z］.1991.

［5］ 陳福梅.火工品原理與設計［M］.1版.北京：兵器工業出版社，1990.

Discussion on the Influence Factors on the Booster Tube for Oil and Gas Wells

XIANG Xu，LAI Kanghua
（Sichuan Petroleum Perforation Materials CO.LTD.，CNPC，Longchang，Sichuan 642177，China）

Several key factors influencing on the booster tube for oil and gas wells were discussed in this paper，such as booster tube bottom thickness，the space of booster tubes，the charge density，temperature，the types of charge and the axial offset.The boosting effect goes better as the charge density increases in a certain range，but if this density is above a reasonable range，the boosting effect will go worse obviously.The thicker the booster tube bottom，the more attenuation of the explosion wave；and if this thickness is up to a certain limit，the tube will not be detonated.The larger the tube space，the less explosion energy the tube will receive，so，the tube will not be effectively detonated，too.After 160℃／48 h higher temperature test，the booster tube space is clearly shortened to be 60%of that at normal temperature.When the time is 60 h，the boosting effect further reduces.The booster tube with Pb（N3）2at the mouth and HMX at the bottom has better boosting effect than the tube that only has HMX.If the axial offset between the two tubes is above 6 mm，the tube will not boost，therefore，the offset must not be too large.

petroleum perforation，oil and gas well，booster tube，influence factor，test

1004－1338（2011）04－0384－03

TE258.3

A

向旭，男，高級工程師，從事石油射孔器材研究工作。

2011－01－11 本文編輯 李總南）