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油气井中爆破工艺的设计夏国宏【摘要】油气井中的爆破属于特种爆破作业类别，在选取雷管时，安全性、耐温抗压性是主要的检测项目。
油气井射孔作业中出现的断爆（中途停爆）、拒爆等事故都和导爆索的质量有关。
因此要选择耐温性能高、装药密度均匀、无打扭断药的导爆索。
数码电子免疫雷管的应用，很好地解决了施工的安全问题。
爆破技术和其他井下油气开采技术的联合作业，也是新的发展方向。
【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】2页(P48-49)【关键词】爆破;油气井;聚能射孔【作者】夏国宏【作者单位】中国石化河南石油工程有限公司测井公司【正文语种】中文在爆破技术中，油气井中的爆破属于特种爆破作业类别，使用的器材与岩土爆破和拆除爆破不同，要满足特定的环境要求。
油气井中的爆破，主要解决打开地层和井筒的连接、井下工程事故等作业。
具体体现为油气开采中的聚能射孔作业、聚能切割作业、爆炸松扣作业、高能气体燃烧压裂、油井清洁解堵和套管补贴等作业。
以上的各种特种爆破作业，都离不开爆破器材，根据爆破对象、目的的不同需要采用专用的爆破器材和特种的爆破工艺。
我国陆地大部分油气井，都是以套管完井的。
也就是在钻井钻开地层后，下入套管。
下入套管后，再进行固井作业，将特制的水泥固定在地层和套管之间，防止地层之间沿套管壁外侧联通。
一般的爆破作业都是在内层套管中进行的，要通过爆破作业打通套管和水泥环，建立起井筒和地层的通道，油气通过这个通道从地层进入井筒。
一般的油气井，油气层的埋藏深度为1 000～4 000m，最高井温为150℃，压力为70MPa；超深井为6 000～8 000m，压力为140MPa。
在这样高温、高压下实施爆破，爆破器材的发火感度、热稳定性、爆炸威力等必须确保能够正常作用，以达到工程设计的要求。
油气井燃烧爆破器材必须具有良好的密封、绝缘性能。
（1）起爆类器材。
目前选取的起爆类器材主要是雷管。
按照不同的施工方式分为电缆类射孔及其他作业使用的安全磁电雷管、大电流安全雷管，油管类射孔及其他作业使用的撞击起爆雷管、压力起爆雷管。
特种爆破摘⾃⽹络论⽂：常⽤的特种爆破技术主要有：冻⼟爆破技术、静态破碎技术、聚能爆破、⽔下爆破。
⼀、冻⼟爆破技术冻⼟爆破技术在⼯程建设中有着⼴泛应⽤。
随着西部⼤开发战略的实施，在⽢肃、青海、新疆、西藏、宁夏等地区的许多⼯程，如房屋和道路铁路地基建设、矿产的开发、油⽥管道的铺设、⽔利⽔电建设，以及军事⼯程都需要对冻⼟进⾏开挖，冻⼟爆破技术成为建设中的重点。
同时，在煤矿中，冻结爆破在矿井建设中多⽤于⽴井的开凿，可以提⾼施⼯速度，减轻劳动强度。
冻⼟爆破技术按冻⼟冻结状态持续时间的长短，分为多年冻⼟、季节冻⼟、隔年冻⼟。
在我国，多年冻⼟按形成和存在的⾃然条件，分为⾼纬度多年冻⼟和⾼海拔多年冻⼟，主要分布在⼤⼩兴安岭、青藏⾼原和东西部⾼⼭地区。
季节冻⼟主要分布在长江流域以北、东北多年冻⼟南界以南和⾼海拔多年冻⼟下界以下的⼴⼤地区。
1.1冻⼟的形成过程冻⼟的形成过程⼤致可分为以下五个阶段：（1）、冷却段：向⼟层传递冷量后，⼟体逐步降温直⾄⽔的冰点；（2）、多冷段：⼟体温度降到0摄⽒度以下，⾃由⽔仍未结冰，产⽣⽔的过冷现象；（3）、温度突变段：⽔过冷以后，⼀旦开始结晶，就会放出结晶潜热，使温度迅速上升；（4）、冻结段：温度升⾄0摄⽒度附近后稳定下来，⼟体孔隙中的⽔发⽣冻结，使⼟颗粒胶结成冻⼟；（5）、冻⼟继续冷却段：随着温度的降低，冻⼟强度逐渐增⾼。
1.2冻⼟爆破技术在⽴井施⼯中的应⽤井筒冻结地层采⽤钻眼爆破法施⼯的主要问题有以下三个：⼀、爆破对冻结管的危害性；⼆、如何提⾼冻⼟爆破效率；三、钻眼。
近年来，国内外进⾏的⼤量成功的试验证实了井筒冻结段采⽤钻眼爆破的可⾏性。
冻⼟钻眼爆破的施⼯技术要点主要有以下⼏点：（⼀）、布眼和钻眼清底⼯作要彻底，精确确定井筒中⼼位置和轮廓线，严格按照爆破图表要求打眼。
钻眼时，钻进过程不能停⽌，⼀旦停⽌⽴即拔出钻杆，防⽌冻住。
（⼆）、装药和连线雷管必须逐发检查，装药前必须切断井筒内⼀切电源，严格按照设计要求装药。
特殊情况下爆破安全技术措施一、巷道贯穿时爆破巷道贯穿时放炮必须遵守以下规定：1.必须有准确的测量图，每班在图上填明进度。
2.当贯穿的两工作面相距20m(冲击地压煤层掘进工作面相距30m)前，地测部门必须事先下达通知书，并且只准从一个工作面向前接通。
3.停掘的工作面必须保持正常通风，必须经常检查工作面及其回风流中的瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时，必须立即处理。
4.掘进的工作面每次装药放炮前，班组长必须派专人和瓦斯检查员共同检查工作面及其回风流中的瓦斯浓度。
瓦斯浓度超限时，先停止掘进工作面的工作，然后处理瓦斯。
只有在两个工作面及其回风巷风流中的瓦斯浓度都在1%以下时，掘进的工作面方可装药放炮。
5.每次放炮前，在两个工作面必须设置栅栏和有专人警戒，警戒人由班组长指派，并亲自接送，警戒人未接到撤除警戒通知时，不得擅离岗位。
6.间距小于20m的平行巷道，其中一个巷道放炮时，两个工作面的人员都必须撤至安全地点。
7.测量人员在巷道贯穿前，必须勤给中、腰线，打眼工和爆破工要严格按中、腰线调正方向和坡度，布置炮眼。
8.贯穿放炮前，要加固贯穿地点支架，背好帮、顶，防止崩倒支架或冒顶埋人。
9.距贯穿地点5m内，要在工作面中心位置打探眼，探眼深度为进度的二倍，眼内不准装药。
在有瓦斯工作面，放炮前将探眼用炮泥封死。
10.与停掘已久的巷道贯穿时，应按上述规定认真执行.并在贯穿前，严格检查停掘巷道的瓦斯、煤尘、积水、支架和顶板，发现问题，立即处理，否则不准贯穿。
11.按预测位置应贯穿而未贯穿时，应立即停止掘进，查明原因，重新采取贯穿措施。
二、积水区爆破透水是煤矿五大灾害之一。
由于积水区资料不全，位置范围不清或测量不准，往往容易发生突发性放炮透水事故，造成重大伤亡，淹没设备、冲毁设施等重大事故。
接近积水区爆破时注意事项如下：1.接近积水地区，要根据已查明的情况，编制切实可行的排放水设计和安全措施，否则禁止放炮。
2.掘进工作面或其他地点发现有透水预兆(挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板来压、底板臌起或岩面裂隙出现渗水、水色发浑有臭味等异状)时，必须停止作业，采取措施，报告矿调度室。
井下爆破专项安全技术措施井下爆破是矿山开采中常见的一种技术方法，它能够提高采矿效率和生产能力，但也存在着一定的安全隐患和风险。
为了确保井下爆破过程的安全性，必须采取一系列的安全技术措施，以避免事故的发生和损失的产生。
一、爆破技术要求1.爆破的承担岩层必须是坚实的、强度适度，且不含水或者含水量很小；2.在爆破前，需要进行岩层的勘探和分析，并综合考虑炸药的种类和量、点火方式、固定和炸药的密度等因素；3.采用合适的爆破技术和方法，包括钻孔、装药、点火等工作；4.设置爆破参数，如装药量、点火时间、爆炸范围、爆炸后岩石的变形和裂纹等参数要有合理的掌握，以确保安全。
二、井下爆破安全技术措施1.矿山应根据井下爆破实际情况编制专项安全操作规程，并对相关人员进行必要的技术培训和考核，确保其能够正确理解和执行安全操作流程，熟练掌握井下爆破操作技术。
2.针对井下不同的爆破区域，需要设置专门的防护措施，包括限制人员和车辆的进出等措施，以减少人员伤害和设备损坏的风险。
3.针对采矿过程中可能出现的有害气体浓度问题，应设置气体检测设备，并设置不同的警报系统，及时发现和报警挥发出现的有害气体浓度，防止因有害气体的存在而导致爆炸事故和人员伤害。
4.针对炸药的储存和运输问题，应设置专门的爆炸物品储存和运输设施，确保炸药在储存和运输过程中不受到碰撞和火源的影响，防止炸药自爆和燃爆事故的发生。
5.针对采矿设施可能因为爆破造成的损坏问题，采取不同的维护和检修措施，及时检测设备状况，发现异常情况及时修复，保证设备的正常运行。
6.采用新型防爆电器设备替代老旧设备，以提高采矿设施的安全性，避免因设备老化和故障引发事故。
7.针对采矿过程中井下工人的操作状态问题，应对其进行必要的身体检查，确保其身体健康和精神状态良好，减少因人为因素造成的意外伤害。
三、结论在井下爆破过程中，必须采取一系列的安全技术措施，以确保采矿过程的安全性和稳定性。
只有通过了严格的安全技术措施和操作管理流程，才能有效地保障安全和减少事故的发生，保护井下工人的安全和健康。
第五章油气井特别作业平安技术5.1压裂酸化施工作业平安压裂酸化施工是多工种联合作业，其特点是动用机动设备多、马力大、压力高，施工人员多，时刻短。
施工所用液体尽大局部是用各种化学药剂配制而成，对人体都有不同程度的毒性、刺激性或烧伤作用，还有些是易燃品。
施工中任何一个环节发生咨询题，都有造成事故的可能。
因此压裂酸化施工的平安工作只有从总体设计着眼，从根底工作做起，作为一项系统工程来熟悉、来治理，才能做好。
一、施工设计的平安要求1、压裂施工井场布置原那么对井场道路及电力线路的要求压裂酸化施工井场，要依据施工规模统一。
施工车辆停放位置距井口要维持一定距离，最少不要小于10m。
施工区内应填平夯实，维持一定坡度，不存积水，不窝车辆。
时应考虑到在施工过程中拉运支撑剂(或拉运液体)的车辆能顺利出进。
进出井场道路的转弯处，应依据施工车辆的转弯半径适当加宽路面，做到不打倒车，进出方便。
所有施工车辆和液罐的摆放位置应远离已架高的各种电力线路，更不要摆在其线路下面。
横穿道路的电线要在过车前检查，高度不够者应提早加高。
2、液罐、施工车辆、放喷管线和排污池的布局为了施工平安，所有液罐、施工车辆应摆在井口的上风方向。
与施工无直截了当关系的车辆(如交通车、餐车、抢救车等)应停放在井场以外的平安处。
排污池应设在井口的下风方向20m以外。
放喷管线用硬管线，并分段固定牢固，两固定点之间距离不能大于10m。
出口端不能接90°弯头。
(压裂施工井场布置示意见图5.1)。
3．气井施工过程中对放喷流程的安装布局要求为了在压裂酸化前后对气井进行试气而在井场安装临时测气流程时，应结合施工进行统一布局。
全部流程应避开车辆通过区和压裂设备摆放区。
放喷管线和井口出气流程管线应分开，需进哪条管线应可随意用闸门操纵。
天然气出口点火位置应处于距井口100m以外的下风方向。
4、井口装置的平安要求1〕井口装置的选择与试压井口装置应依据压裂酸化设计的最高施工压力来确定，也确实是根基讲所选井口装置的公称压力必须大于或等于施工没计的最高压力。
煤矿井下特殊爆破作业措施一、巷道贯通爆破两条巷道对掘贯通时，涉及到互不通视的两个工作面，极易发生安全事故，为确保爆破安全，特制定以下安全措施：1、用爆破方法进行巷道贯通时，必须有准确的测量图纸，每班必须在图纸上进行填绘，并不断地调整角度及方向，确保贯通无误。
2、当两巷道贯通剩余20米时，测量人员必须先下达巷道贯通通知单，施工单位接到贯通通知单以后，必须立即停止一个掘进工作面，只准从一个掘进工作面进行掘进贯通。
停止掘进的工作面必须通风正常，并安排瓦检员检查巷道内的瓦斯及风筒是否脱落等，如瓦斯超限，应立即停止作业进行处理。
3、当两巷道小于20米时，每次爆破作业前必须检查停掘工作的瓦斯，只有在对头双方两个工作面的瓦斯浓度都在1%以下，无煤尘爆炸危险时，方可爆破。
4、贯通爆破前，应加固贯通地点10米以内巷道支护，防止放炮蹦倒支架造成冒顶。
5、按预测距离该贯通时而未贯通，应立即停止掘进，查明原因，重新制定贯通措施。
6、单头巷道与已停掘巷道贯通时，也按照以上方式进行贯通作业，并在临贯通前检查停止掘进作业巷道内的瓦斯、煤尘、积水、支护质量及顶底板情况，并加强巷道内的通风，否则不准爆破。
二、接近老空区爆破井下老空区也叫老塘，是井下采空区和老塘的总称，由于老空区里面无排水和通风设施，往往存在着大量的积水、瓦斯及有毒有害气体，如果在没有预防措施的情况下与老空区打透，就会发生事故，因此在老空区附近放炮必须采取以下措施：1、测量人员必须提供采空区的位置和面积，安通科必须提供老空区的水、火、瓦斯等情况，避免放炮勿穿老空区。
2、爆破地点临近（15米）老空区前，必须采取有效的防水、瓦斯排放、火区封闭等措施，否则不准爆破。
3、测量人员应给明巷道穿透老空区的具体位置，并提供该处火、水、瓦斯等具体资料，爆破时应采取相应措施，以防发生突发事故。
4、打眼作业时，如发现煤、岩松散，炮眼内出水、温度骤然升高或降低，有大量瓦斯涌出时，就说明已临近老空区，必须查明原因，制定措施，待爆破条件具备时方可进行爆破，否则严禁爆破。
第1章特种爆破工业爆破器材●特种爆破技术是相对普通爆破技术而言。
普通爆破技术讨论的是在正常环境和正常条件下爆破岩土时所涉及到的技术问题，而特种爆破技术则是讨论在特殊环境、特殊条件和特殊要求下对特殊介质进行爆破时所涉及的技术问题。
●在特种爆破技术中，除了使用常规的工业炸药（如2号岩石铵锑炸药、铵油炸药、乳化油炸药，水胶炸药和浆状炸药等）和起爆材料（如火雷管、电雷管、导爆管雷管、导火索、导爆索等）以外，由于爆破对象、条件、环境和要求不同，对爆破器材的性能提出了不同要求。
§1-1 特种工业炸药一、塑性和黏性炸药●塑性炸药是在一定的温度范围内，具有可塑性的混合炸药。
●塑性炸药均匀压实成形，根据爆破的需要加工成不同规格的药柱、药块、药饼、药条等。
●塑性炸药的特点○密度大（最大可达1.7g/ml以上）；○爆速高（最高达8000m/s）；○机械感度低、耐冲击、毒性小、比较安全；○抗水和可塑性好（能够适应爆破对象的形状和尺寸，制成不同形状和尺寸的药包，直接粘贴在爆破对象表面，从而提高爆破效果。
目前国内外已研制成功的塑性炸药的配方已达数百种之多，部分典型炸药配方的组分和性能可见表1-1。
●黏性炸药是在塑性炸药基础上研制成功的一种混合炸药。
它除具有良好的塑性以外，还具有黏性，可直接黏附在混凝土结构物、基础、桥梁和金属等被爆体表面。
二、挠性炸药●挠性炸药是一种较新型的高分子混合炸药，在20世纪60年代得到广泛的应用。
●其最大特点是具有良好的曲挠性、韧性、自持性和弹性。
●挠性炸药主要爆炸组分有黑索金、奥托金、泰安、特屈儿和TNT等。
挠性炸药的配方很多，部分爆速较高的挠性炸药配方和性能见表1-2。
●泰乳炸药是国内研制成功的中等爆速挠性炸药，主要用于输电线的爆炸压接，泰乳炸药两种配方的组分和性能见表1-3。
注：1号配方是通用的泰乳炸药配方；2号配方是在带电作业时，为防止产生电容电流引起炸药自燃而采用的配方。
三、低爆速炸药●低爆速炸药是极限爆速较低的炸药，具有较大的极限直径。
特殊环境爆破--其他特殊爆破有一些爆破是在特定条件下和特定的环境下进行的。
有的介质和对象特别；有的环境特别；有的爆破方法和药包结构特别。
这些爆破虽然离不开最基础的爆破理论和爆破制定计算准则，但是，毕竟在计算公式、参数、药包布置和施工工艺等方面和一般的爆破方法略有不同。
下面简单介绍一些常碰到的特别爆破。
一、金属爆破废旧钢铁回收再生，是解决钢铁原料的来源之一。
我国废旧金属资源非常丰富，而其中有相当一部分必须要进行破碎后，才干重熔再生。
废金属的破碎方法有：人工劈开破碎法、氧气切割破碎法和爆破破碎法。
爆破破碎法是具有工效高、成本低、作业条件好的优点，值得推广。
爆破破碎金属与一般爆破工程爆破不同。
金属密度大，波阻抗大，抗拉、抗压强度高，自由面多，因此，爆破只能用剪切原理、切割爆破的方法来解体。
金属的结构形状不一样，其爆破方法也有所不同。
钢板用聚能穴药包切割爆破；钢管、钢索或圆钢用导爆索缠绕在圆周上切割爆破。
大型块体的金属，用氧气枪和氧气烧成炮孔，待炮眼温度降至40℃后，装药充填爆破。
装药量按下式计算：Q＝AF—0．12 (5—19)式中：Q炸药量，kg；F切割断面积，m2；A系数，kg／m2，关于钢材A＝2．5～5kg／m2，关于铸铁A ＝2．1kg／m2.炮眼的数量，视切割面的大小而定。
爆破破碎金属体应在爆炸场或专用的爆炸坑内进行。
在爆破坑中破碎金属，各别飞散物对人员的安全距离不得小于150m，在空旷的爆炸场地上破碎金属，安全距离不得小于15m，在距爆破地点1m外，应设操作人员的避炮所。
如必须在车间、厂房内破碎解体金属部件时，应采纳各种有效的覆盖防护措施。
二、炽烈体的爆破炽烈体主要是指在冶炼过程中，残留在高炉、平炉或电炉中凝固炽烈固态物体。
它们的温度很高，达到几百度近千度，虽然停炉冷却，但在短时间内很难达到80℃以下，要用爆破的方法拆掉这些高温物体，只能用特别的方法进行爆破。
炸药和其他物质一样，在常温下也要进行分解作用，但分解速度很慢，不会形成爆炸。
文章编号:1006-7051(2003)01-0032-06油气井特种爆破技术景振禹,张双计(西安近代化学研究所,西安710065)摘 要:油气井特种爆破技术是火炸药与油田特种作业紧密相关的技术,用它能有效地解决油田作业中存在的问题。
本文首先简要介绍了油气井爆破的特点,然后结合实际产品研制和现场工作,论述了几种有代表性的油气井特种爆破技术,其中包括聚能射孔、聚能切割、爆炸整形、爆炸焊接以及高能气体压裂;同时分析了几种爆破器材的作用原理。
关键词:油气井;爆破;射孔;切割;压裂;整形;焊接中图分类号:TE357 3;T E358+ 4 文献标识码:ASPECIAL BLAST ING T ECH NOLOGIES FOR OIL GAS WELLJIN G Zhen y u,Z H AN G Shuang j i(Xi an Moder n Chemistry Resear ch I nstitute,Xi an 710065,China)ABSTRAC T:The special blasting technolog ies for oil gas well,closely relating the pow der to special oil field operations,can be used for effectively solv ing the problems in oil field operations Firstly,the characteristics of the special blasting technologies for oil g as well are briefly introduced In the light of product development andsite w ork,then,some of typical special blasting technolog ies are discussed including cumulative perforation and cutting,explosive reshaping and w eld,and pressing crack by high energy gas At the same time,the operation principles of a few ex plosive devices are analyzedKEY WORDS:Oil gas well;Blasting;Perforation;Cutting ;Pressing fracturing;Reshaping;Weld收稿日期:2002-11-06作者简介:景振禹,燃烧爆破工程公司总经理,研究员、硕士。
1 引 言油气井爆破技术是随着我国石油工业的发展而建立和发展起来的一种新型爆破技术,其特点是爆破器材在油气井内特定的环境下进行爆炸或燃烧作用,达到原油或天然气开采和增产的目的。
同时,油气井爆破技术还解决了钻井工艺中的卡钻事故、钻井井壁取芯技术及套损井的爆炸修复技术,促进了我国钻井工艺和采油工艺的发展。
随着我国石油工业的发展,我国的油气井爆破技术也得到了迅速的发展,特别是在改革开放以后,石油钻井和开采技术迅速和国际接轨,其技术和工艺水平得到了很大的提高,从而带动了油气井爆破技术的发展。
近年来,西安近代化学研究所利用军工技术,先后研制成功了特种射孔、油气井切割、套损井爆炸整形与焊接、高能气体压裂等油气井专用特种爆破技术,推动了石油工业的发展,开辟了我国爆破技术的新领域。
油气井爆破主要有以下特点:(1)油气井爆破在特定的条件下进行。
油气井爆破与一般爆破工程不同,它是在油气井特定环境中实施的爆破作业。
油气井的构造见图1,由表层套管、技术套管、油层套管等组成。
爆破施工一般在套管内指定的油气井层位(如油层)进行,如射孔、压裂、整形、切割等施工作业。
我国陆地油田绝大部分井身为5 5英寸套管,其内径为127 3~118 6mm,壁厚分别为6 2、6 98、7 72、9 17、10 54mm 等,井内还充满了各种井液。
在这样的特定条件下进行爆破,首先要求爆破器材的设计制造应结合油气井第9卷 第1期2003年3月工程爆破ENGINEERING BLAST ING Vol 9,No 1M arch 2003施工的特点,爆破施工技术要求十分严格。
图1 油气井结构F ig 1 Structure of an oil gas well(2)油气井爆破在复杂的外界环境中进行。
陆上油井井场,上有高压电缆线,地上有各种施工设备和机械、车辆等,常伴有感应电、杂散电流、射频等不安全因素,安全性要求甚高。
若不加注意,将会带来井毁人亡的灾难。
在海上油田,油气井爆破施工是在固定式钻井平台、自升式平台或半潜式钻井平台上施工,其外界环境更加恶劣。
(3)油气井爆破器材要有良好的耐温、耐压性能。
我国油田的油层,大部分在1000~4000m 深处,超深井可达到6000~8000m 深度,井温很高,可达250!,泥浆的压力可达到140M Pa 。
在这样的高温、高压下实施爆破,其爆破器材必须满足耐高温、高压的要求。
在高温、高压下爆破器材的发火感度、热稳定性、爆炸威力等性能要保证稳定,达到工程设计的要求。
(4)油气井爆破器材应具有良好的密封性能。
油气井爆破在数千米深的油气井内进行,井内充满了井液,这就要求爆破器材具有良好的密封性。
(5)起爆、传爆技术具有特殊要求。
油气井用起爆、传爆器材必须满足耐温、耐压、密封、绝缘的特定要求,为满足这些特殊要求,现在采用安全电雷管起爆、撞击起爆、压差起爆、定时起爆等新技术。
2 典型的油气井爆破技术油气井爆破技术是利用火炸药的作用能量,在油气井中通过特定装置而实施的井下爆破作业技术。
典型的爆破技术有聚能射孔技术、聚能切割技术、高能气体压裂技术和套管爆炸整形焊接技术。
其它的井下爆破技术还有很多,但上述技术应用最广泛、最具有代表性,下面主要简述这几种技术的原理及用途。
2 1 聚能射孔技术聚能射孔技术是石油勘探与开发系统工程中极为重要的技术。
所谓射孔就是依据勘探和开发方案,应用聚能射孔装置在油气层部位射孔,使井下套管和水泥环形成穿孔,沟通井眼与油气层,以便有效地开采原油、天然气或实施井下注水。
聚能射孔技术,根据其射孔弹和射孔装置的不同,又发展出增效射孔、全通径射孔、复合射孔、防砂射孔等技术,但最基本的技术是聚能射孔弹设计,其基本结构见图2。
一般地说,对于聚能作用,能量集中的程度可用单位体积能量密度E 来衡量。
爆轰波的能量密度可用下式表示:E = p (n -1) +12u 2=p n -1+12 u2(1)式中:E 为爆轰波的能量密度; 为爆轰波阵面的密度,kg/m 3;p 为爆轰波阵面的压力,Pa;u 为爆轰波阵面的质点速度,m/s;n 为多方指数。
图2 聚能射孔弹的结构Fig 2 Structure of a cumulative per for at ion dev ice取多方指数为3时,p = 0D 2/4, =4 0/3,u =D /4,代入式(1)中,则得:E =( 0D 2/8)+( 0D 2/24)(2)式中: 0为炸药的密度,kg/m 3;D 为炸药的爆速,m/s 。
式(2)右边第1项为位能,第2项为动能,位能大于动能。
而在聚能过程中,动能是能够集中的,位能则不能集中,反而起分散作用,所以只带锥孔的圆柱形药柱的能量集中程度不是很高。
但是在药柱锥孔表面加一个金属药型罩,爆轰产物推动罩壁向轴线运动,炸药的能量传递给了药型罩,炸药能量的大部分表现为动能形式,这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。
同时,罩壁在轴线处汇聚碰撞时,使能量密度进一步提高,形成高速、高温、高能量密度的金属射流,从而达到提高穿深的∀33∀景振禹等:油气井特种爆破技术目的。
由此可见,聚能装药有以下特点:(1)聚能效应的产生,在于炸药爆轰后能量的调整、集中,它只能改变药柱某个方向的能量,而没有改变整个药包的总能量。
(2)由于金属射流的密度远比爆轰产物聚能流的密度大,能量更集中,所以有金属聚能罩的药包破甲作用比无罩聚能药包大得多,应用也更广泛。
(3)金属射流和爆轰产物聚能流都需要一定的距离来延伸。
能量最集中的断面总是在药柱底部外的某点,该断面至锥底的距离称为炸高。
对位于炸高的目标,破甲效果最好。
2 2 聚能切割技术在油田施工作业中,经常用炸药对油管、套管、钻杆和钻铤等进行切割作业,海洋油田的各种报废桩腿、导管架等也需进行切割作业。
用聚能切割技术进行施工,具有成本低、施工方便、效果较理想等优点。
目前,国内用线形和环形切割技术,成功地对钢框架的构筑物进行了爆破拆除。
炸药聚能切割目前有线形切割和环形切割两种,其聚能原理和射孔弹相同,只是射孔弹为轴对称的聚能效应,对目标靶的作用结果是形成一个穿孔,而切割弹是面对称聚能效应,对目标靶的作用结果是形成一条切缝。
如果聚能药型罩和炸药装药是环形结构,则聚能效应是环形射流。
油气井用的各类切割弹大多采用环形装药结构,根据切割弹对象不同,又分为环形内切割弹和环形外切割弹两种技术。
环形内切割弹的结构是将环形金属药型罩和装药的切割面向外,在炸药爆炸时,就产生一圈向外的均质金属射流,如图3(a)所示。
环形内切割弹是放入被切割管子的内部,从管子内部向外切割管壁。
而环形外切割弹的结构是将环形金属药型罩和装药的切割面向内,在炸药爆炸时产生一圈向内的均质金属射流,如图3(b)所示。
环形外切割弹放在被切割管子的外面,从管子的外部向内切割管壁。
环形内外切割原理相同,弹结构不同,起爆点位置也不同:内切割弹是中心起爆方式,外切割弹一般采用侧向起爆方式。
环形切割技术的设计关键在于环形聚能射流的形成状态,射流的形成、延伸和发展过程,其主要指标为金属射流的头部速度。
采用X 光摄影仪可拍摄切割弹爆炸时某时刻的射流形态,用高速摄影仪可拍摄切割弹聚能射流形成过程及形态。
根据两种图3 两种爆炸切割弹的结构F ig 3 Structur es of tw o cutting charges测试方法的结果,可以计算出环形射流的头部速度。
采用X 光摄影仪拍摄 50mm 的内切割弹金属射流形态,其环形聚能射流头部速度的计算公式如下:v i =( S / t)∀(1/K )(3)式中:v i 为射流头部速度,mm /!s;K 为放大物与实际物比例常数; S 为两射流距离差,mm; t 为两射流电管放电时间,!s 。
采用GSJ 高速摄影仪拍摄的内切割弹聚能射流的形成过程及形态,其射流头部速度计算公式为:v m =(1/K )∀v n ∀tg ∀(4)式中:v m 为射流头部速度,mm/!s;K 为放大系数;v n 为扫描速度,m m/!s 。
