王 銳，荊立英，李東傳，余海鷹

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

高溫影響射孔器材的穿孔性能和安全性能。高溫井射孔作業(yè)過程中會因溫度的影響而導致事故的發(fā)生,如射孔彈爆燃、射孔器未射孔、射孔器串未完全射孔或射孔效果差等。這主要是由于選用了相對低耐熱指標的射孔器材、導爆索和傳爆管傳爆性能下降、射孔彈聚能效果下降、射孔槍內(nèi)炸藥熱分解釋放出氣體造成槍內(nèi)壓力過高點火起爆時射孔器不能正常起爆等原因造成的。

為了保證射孔施工的質(zhì)量需要控制射孔器材產(chǎn)品質(zhì)量。目前，國內(nèi)射孔器材檢測與評價執(zhí)行的是GB/T 20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗方法》[1]和GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》[2]，其中GB/T 20488-2006修改采用了API RP19B油氣井射孔器評價的推薦作法[3]中的試驗方法。

對比現(xiàn)場需求標準中關(guān)于射孔器材耐溫性能的規(guī)定存在如下缺陷：①由于高溫射孔器材產(chǎn)品在高溫條件下使用,常溫條件下評價的意義不大;②高溫、超高溫射孔彈在高溫條件下的評價指標僅為要求恒溫2h，需要增加產(chǎn)品的耐溫時間來反映產(chǎn)品的性能變化；③高溫常壓檢驗項目未給出統(tǒng)一的要求為產(chǎn)品設(shè)計要求,不利于在同一水平上的質(zhì)量評價。

國內(nèi)部分油田用戶開展了溫度對聚能射孔彈性能影響研究，但未給出評價指標[4]。為了完善檢驗、評價標準，在分析了現(xiàn)場需求、國內(nèi)產(chǎn)品整體水平基礎(chǔ)上探討了在現(xiàn)有檢測技術(shù)基礎(chǔ)上合理評價的可行性。

1 溫度對產(chǎn)品性能的影響

1.1 溫度對炸藥性能的影響

聚能射孔彈常用炸藥有 RDX、HMX、HNS和PYX 4種，熱分解遵循相應(yīng)的炸藥規(guī)律[5]，熱分解過程中不僅產(chǎn)生氣體，而且要釋放出熱量。隨著溫度的升高，分解加快并釋放出氣體使射孔器內(nèi)部壓力升高，受壓力的影響炸藥分解速度有所降低。國外給出了炸藥耐熱的溫度-時間曲線[6]，現(xiàn)場施工時一般參照使用以保證安全性。

1.2 溫度對火工件的影響

聚能射孔器內(nèi)裝有射孔彈、導爆索和傳爆管等火工件。對于聚能射彈，高溫影響了裝藥成份、密度和應(yīng)力分布，因而影響了爆速及射流，表現(xiàn)為聚能射孔器的穿孔性能；對導爆索、傳爆管而言，其裝藥密度要遠小于射孔彈的裝藥，高溫主要影響了裝藥成份、密度表現(xiàn)為傳爆性能下降。

一般而言，射孔槍的接頭處導爆索是斷開的，傳爆是依靠兩端頭裝有的傳爆管在一定距離內(nèi)殉爆。由于導爆索受熱作用要發(fā)生收縮（80RDX收縮率一般小于6%，80HMX收縮率一般小于1%），造成兩傳爆管之間距離拉大，傳爆性能明顯下降。再者導爆索的包覆層和涂層的耐溫性能可也能影響其整體性能，如某型聚能射孔器在200℃、100h的高溫常壓試驗中因?qū)П魍繉尤紵鸬脑囼炇。▓D1）。

圖1 涂層引起燃燒后的導爆索

2 井下施工對射孔器性能的要求

2.1 井下環(huán)境條件及輸送方式

隨著國內(nèi)油氣田勘探開發(fā)技術(shù)的進步，油氣井中目的層度越來越深、溫度也越來越高，施工工藝也隨之發(fā)生了變化。井深不大于4 000m時，井下溫度一般低于120℃，通常采用電纜輸送或油管輸送射孔（TCP）；井深在 4 000～5 500m，井下溫度一般在120～150℃，通常采用油管輸送射孔（壓力和投棒起爆方式射孔都可以）；井深在5 500～6 000m，井下溫度一般在150～180℃，通常采用油管輸送射孔（壓力起爆方式）；井深在6 000～7 000m，井溫達到180℃，最高接近210℃，一般采用油管輸送射孔（壓力起爆方式）。電纜輸送射孔作業(yè)時間較短，正常情況下不超過2h；油管輸送射孔隨著目的層深度的增加時間逐漸延長，正常情況下直井不超過48h、水平井不超過72h，考慮到施工工藝的復(fù)雜性及意外情況處理等原因需要預(yù)留時間，總的作業(yè)時間可能超過100h甚至更長。

2.2 對射孔器耐溫性能的要求

盡管一般的油管輸送射孔作業(yè)需用時間小于100h，但從射孔作業(yè)的復(fù)雜性、安全性和可靠性出發(fā)，需要考慮到具體深度、施工過程中的時間延誤等因素，并依據(jù)井的深度、溫度、工藝以及射孔器材的耐溫極限等選用合適的產(chǎn)品。因井下溫度越高、作業(yè)時間越長對射孔器材的耐溫性能要求也越高。

3 分組與評價

3.1 耐溫指標分組

現(xiàn)場一般依據(jù)井深、目的層溫度、施工特點選擇耐溫性能能夠滿足要求的射孔器材產(chǎn)品，如深度在4 000m以下的井目的層溫度一般不超過120℃，作業(yè)時間不超過48h的，可選擇常溫級的射孔器材產(chǎn)品。

依據(jù)現(xiàn)場施工需要確定了使用的射孔器材產(chǎn)品應(yīng)該達到的耐溫性能，并對射孔器材的耐溫性能進行分組（表1），以滿足檢驗評價的需要。

表1 聚能射孔器耐溫性能分組

3.2 評價方法

將國家標準GB/T 20489-2006中對高溫、超高溫射孔器的抽樣類別由其他改進為計量抽樣 （表2）。判定規(guī)則如下：

表2 穿孔深度、穿孔孔徑計量抽樣方案

其中L為單側(cè)下規(guī)格限（判定為合格的最低指標），k 為接收常數(shù)為樣本均值，mm，按公式（1）計算，s為樣本標準差，mm，按公式（2）計算。

式中：n為樣本量,個；xi為第i個樣本的檢驗值，mm 。

3.2 評價指標

利用GB/T 20488-2006中的高溫常壓鋼靶射孔試驗方法來測試對聚能射孔器性能的影響。試驗樣品選用3個有代表性廠家的外徑102mm的5種聚能射孔器產(chǎn)品。每種聚能射孔器連續(xù)裝配聚能射孔彈8發(fā)，聚能射孔器和靶的間隙為0。試驗后，測量靶上孔道的穿孔孔徑和穿孔深度,并計算平均值和標準。以180℃恒溫150h的試驗條件為例分析確定了外徑102mm聚能射孔器的評價指標（單側(cè)下規(guī)格限），見表 3。

表3 不同溫度條件下的試驗結(jié)果統(tǒng)計 /mm

射孔段套管壁厚一般為8～10mm，水泥環(huán)厚度一般不超過45mm。目前國內(nèi)高溫、超高溫射孔器在鋼靶上的穿孔深度不低于100mm，完全有能力建立起油氣層和井筒間的通道?？紤]到國內(nèi)產(chǎn)品水平等因素，穿孔深度評價指標推薦為130mm，穿孔孔徑評價指標推薦為10.0mm。同理確定了其它直徑的油田常用的高溫級、超高溫級聚能射孔器的評價指標（表 4）。

表4 高溫條件下鋼靶穿孔深度和穿孔孔徑下規(guī)格限 /mm

3 結(jié)論與建議

1）按井下溫度、作業(yè)時間對聚能射孔器的耐溫性能進行分組，為合理檢驗、評價其耐溫性能奠定基礎(chǔ)。

2）在新分組的基礎(chǔ)上對聚能射孔器進行了高溫常壓條件下鋼靶射孔試驗并確定了評價指標，能夠滿足現(xiàn)場需要。建議盡快修訂GB/T 20489-2006以滿足生產(chǎn)需求。

3）聚能射孔器高溫常壓打鋼靶的評價指標需要進一步完善。建議在參考國外產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上合理提高指標，以促進國內(nèi)產(chǎn)品穿孔性能的提高。

[1]GB/T 20488-2006油氣井聚能射孔器材性能試驗方法[S].

[2]GB/T 20489-2006油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件[S].

[3]API RP 19B油氣井射孔器評價的推薦作法[S].

[4]董經(jīng)利,陳序三,邵在平,等.高溫高壓條件下射孔效能試驗研究[J].測井技術(shù),2008,32(2):100-104.

[5]許光,吳承云,于蔭林,等.混合炸藥對溫度漸變環(huán)境適應(yīng)性研究[J].火炸藥,1997,(1):15-19.

[6]陸大衛(wèi).油氣井射孔技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2012.