混凝土靶抗壓強度對射孔器穿孔深度影響

陳澤宇(大慶油田采油工程研究院射孔器材質量監(jiān)督檢驗中心，黑龍江大慶 163000)

混凝土靶抗壓強度對射孔器穿孔深度影響

陳澤宇(大慶油田采油工程研究院射孔器材質量監(jiān)督檢驗中心，黑龍江大慶 163000)

目前，國內對聚能射孔器進行監(jiān)督檢驗，使用的是按照GB/T 20488-2006（等效采用API RP19B）標準制作的混凝土靶(壓裂砂制作)。檢驗工作中曾出現(xiàn)“混凝土靶抗壓強度過高而影響射孔器穿孔深度，導致產(chǎn)品不合格。”的現(xiàn)象，影響評價的公正性。2007年始，射孔器材檢驗中心進行了大量的理論、試驗研究工作，總結了混凝土靶抗壓強度對聚能射孔器穿孔深度的影響程度，并給出相應的修正方法。

混凝土；射孔；影響

混凝土靶抗壓強度對聚能射孔器的穿孔深度影響，國外研究表明：按照API RP43(第五版)制作的混凝土靶(河砂制作)強度每增加6.9MPa(1000psi)射孔器平均穿孔深度則降低5%-7%。

應用數(shù)值模擬計算研究射孔器在混凝土靶上的穿孔深度，給出了靶抗壓強度對穿孔深度的影響規(guī)律；再利用七塊強度逐漸增大的混凝土靶進行射孔試驗以驗證理論規(guī)律；最后利用國內5個生產(chǎn)廠家的7種產(chǎn)品32次試驗對結果進行修正。

當混凝土靶抗壓強度在大于40.0MPa且不大于50.0MPa時，穿孔深度評價值修正值為5%；當混凝土靶抗壓強度在大于50.0MPa時，穿孔深度評價值修正值為10%。2015年8月4日發(fā)布，2015年11月1日實施。實施過程中發(fā)現(xiàn)如下問題：2015年、2016只有1組抗壓強度低于40.0MPa的混凝土靶射孔試驗數(shù)據(jù)；部分評價值高于平均值；部分聚能射孔器穿孔深度隨靶強度的增加而增加。

問題分析

1 試驗時混凝土靶抗壓強度分布

2015年，試驗使用新混凝土靶117塊，養(yǎng)護時間范圍在47d～204d,混凝土靶抗壓強度范圍在46.2MPa～57.4MPa，均符合GB/T 20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗方法》標準要求。不大于50MPa最大養(yǎng)護時間為74d。在養(yǎng)護時間≤74d的混凝土靶試驗次數(shù)為42次，抗壓強度在（40，50]MPa為30次，占71.4%，其中最小抗壓強度46.2MPa（64d）、最大抗壓強度49.9MPa(70d)，抗壓強度在（50,60)MPa為12次，占28.6%，其中最小抗壓強度50.2MPa(64d)、最大抗壓強度51.2Mpa(70d)。在養(yǎng)護時間大于74d的混凝土靶試驗次數(shù)為75次，抗壓強度在（50, 60)MPa。

2015年與2016年靶強度分布差異較小：2016年，試驗使用新混凝土靶129塊，養(yǎng)護時間范圍在29d～173d,混凝土靶抗壓強度范圍在39.1MPa～57.8MPa，均符合GB/T 20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗方法》標準要求。不大于50MPa最大養(yǎng)護時間為62d。在養(yǎng)護時間≤62d的混凝土靶試驗次數(shù)為28次，抗壓強度在（40，50]MPa為27次，占96.4%，其中最小抗壓強度39.1MPa（30d）、最大抗壓強度49.6MPa(62d)。在養(yǎng)護時間大于62d的混凝土靶試驗次數(shù)為101次，抗壓強度在（50,60)MPa。最小抗壓強度50.2Mpa(64d)，最大抗壓強度57.8Mpa(173d)。

2 部分評價值高于平均值（89型射孔器）

分析2015年監(jiān)督、質量評價數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)有2種89型射孔器修正后的評價值超過修正前的平均值，占11%；4種102型射孔器修正后的評價值超過修正前的平均值，占36%；4種127型射孔器修正后的評價值超過修正前的平均值，占44%。

原因分析——試驗、數(shù)據(jù)處理方法的影響：89型射孔器使用直徑2m的靶試驗、102型/127型射孔器使用直徑2.5m的靶試驗，由于靶直徑、數(shù)據(jù)處理方法（穿透數(shù)據(jù)依據(jù)評價標準篩除）的影響，導致標準差變小，從而造成評價值高于平均值。此因素占評價值過高總量的30%。穩(wěn)定性好的產(chǎn)品標準差小，從而出現(xiàn)（平均值－1.33倍標準差）×1.05倍/1.1倍大于平均值的現(xiàn)象。此因素占評價值過高總量的70%。

原因分析——標準差的影響：當標準差相對較小、修正系數(shù)高時，易出現(xiàn)出現(xiàn)評價值大于平均值的現(xiàn)象！統(tǒng)計2015年修正后評價值大于平均值的10組數(shù)據(jù)均是抗壓強度50MPa以上的穿孔深度修正數(shù)據(jù)！

3 部分聚能射孔器穿孔深度隨靶強度的增加而增加

兩組數(shù)據(jù)中波動均較大，對結果的影響十分明顯。89DP25R16-105大慶彈廠/蓬萊槍廠，用1S剔除極大值后，44.8MPa、49.3MPa和50.4MPa對應的穿孔深度分別為665mm、592mm和662mm，穿孔深度波動分別為3.9%、－7.5%和3.4%，基本穩(wěn)定、均勢向下。但加上最后一個數(shù)據(jù)后均勢向上！89DP25R16-70西安物華/華北槍廠，用1S剔除極小值后，47.1MPa、50.5MPa和53.2MPa對應的穿孔深度分別為735mm、760mm和762mm，穿孔深度波動分別為－2.3%、1.1%和1.3%，不大于3%，十分穩(wěn)定。但加上最后一個數(shù)據(jù)后均勢向上！

4 結語

(1)控制試驗時間，爭取多使用50MPa以下的靶：API標準給出了靶的抗壓強度下限，在34.5MPa～40.0MPa得出的數(shù)據(jù)能夠真實地反映產(chǎn)品性能，且能與國外數(shù)據(jù)進行直接對比。結合中心工作實際情況，建議中心在今后的檢測中爭取多使用強度在34.5MPa～50.0MPa的靶，即爭取在靶靶養(yǎng)護60d內及時進行試驗。

(2)修正方法基本合理，如要準確修正需要做進一步研究：通過對剔除極值影響的數(shù)據(jù)分析表明，同一廠家的同一種產(chǎn)品連續(xù)幾年的數(shù)據(jù)多數(shù)隨靶強度的增大而穿孔深度降低，少數(shù)持平。數(shù)據(jù)波動主要存在兩方面的原因：一是廠家對工藝微調造成的，二是產(chǎn)品自身波動造成的。目前的研究結果只能做區(qū)間性修正，無法給出更準確的修正。

陳澤宇，男，2013年8月參加工作，畢業(yè)于東北石油大學自動化專業(yè)，現(xiàn)工作于大慶油田采油工程研究院射孔器材質量監(jiān)督檢驗中心。