TCP系統(tǒng)安全中可靠起爆技術(shù)的探討

魏 鋒，白 江，姜福成，王 靜

(1.西安物華巨能爆破器材有限責(zé)任公司，西安 710061;2.陜西延長(zhǎng)油田股份有限公司吳起采油廠，陜西 吳起717600;3.中石化東北石油局工程公司測(cè)井站，長(zhǎng)春 130062)

TCP系統(tǒng)安全中可靠起爆技術(shù)的探討

魏 鋒1，白 江2，姜福成3，王 靜1

(1.西安物華巨能爆破器材有限責(zé)任公司，西安 710061;2.陜西延長(zhǎng)油田股份有限公司吳起采油廠，陜西 吳起717600;3.中石化東北石油局工程公司測(cè)井站，長(zhǎng)春 130062)

介紹TCP系統(tǒng)安全中可靠起爆技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)對(duì)加裝安全槍、安全傳爆接頭、撞擊壓控起爆器的分析，對(duì)TCP系統(tǒng)安全中可靠起爆技術(shù)進(jìn)行了探討，為產(chǎn)品選擇和開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持。

油管輸送射孔;起爆技術(shù);安全槍;產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，水平井、側(cè)鉆井和大斜度井不斷被開(kāi)發(fā)，以多采油、快出油、實(shí)現(xiàn)效益最大化。水平井、側(cè)鉆井和大斜度井的射孔需要采用油管輸送射孔(TCP)工藝。另外，油田在后期開(kāi)發(fā)中，多數(shù)油井會(huì)產(chǎn)生不同程度的套管變形，從而使得電纜輸送射孔工藝難以實(shí)施，也需要采用TCP工藝。TCP工藝的實(shí)施，由TCP系統(tǒng)來(lái)完成。在TCP系統(tǒng)中，爆破器材的可靠性和安全性，直接決定著射孔工藝的成敗。特別是起爆裝置(起爆器)的拆裝，對(duì)施工人員的安全構(gòu)成直接威脅。確保井口安全，提高人們的安全意識(shí)，研究安全的工藝技術(shù)和爆炸裝置應(yīng)運(yùn)而生。本文通過(guò)對(duì)加裝安全槍、安全傳爆接頭、研究開(kāi)發(fā)撞擊壓控起爆器的分析和研發(fā)，為產(chǎn)品的選擇和開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持。

1 TCP系統(tǒng)安全起爆技術(shù)的特點(diǎn)

目前，常用的油管輸送射孔(TCP)系統(tǒng)的安全起爆技術(shù)有3種:1)在起爆器與射孔槍之間加裝安全槍;2)用安全傳爆接頭聯(lián)接起爆器與射孔槍;3)采用撞擊壓控起爆器替代普通的撞擊式起爆器。

TCP系統(tǒng)的核心元件是起爆器和安全裝置，其作用過(guò)程按照結(jié)構(gòu)的不同通常有以下3種方式:

1)機(jī)械撞擊式射孔系統(tǒng)工作原理:井口投棒→投棒下行撞擊起爆器(擊針)→起爆器起爆→安全裝置動(dòng)作→引爆射孔槍。2)壓力激發(fā)式射孔系統(tǒng)工作原理:泵車向井內(nèi)加壓→剪斷起爆器承壓銷釘→起爆器活塞下行→起爆器起爆→安全裝置動(dòng)作→引爆射孔槍。3)安全裝置工作原理:TCP系統(tǒng)的核心是安全裝置，在井口及下井初期起到“隔爆”作用，保證施工人員的人身安全;安全裝置在射孔目的層傳爆通道打開(kāi)，起到可靠“傳爆”作用。

2 加裝安全槍技術(shù)

2.1 作用原理

安全槍是在起爆器與射孔槍之間增加了一段6～9 m長(zhǎng)的槍管，中間有彈架和導(dǎo)爆索，可傳遞爆轟波。加裝安全槍的作用是增大起爆器與射孔槍之間的距離。在安裝起爆器時(shí)，射孔彈已在地面6～9 m以下，起爆器一旦意外起爆，射孔槍(射孔彈)會(huì)在地面6～9 m以下射孔，降低了對(duì)地面人員的傷害和對(duì)井口設(shè)施的破壞(見(jiàn)圖1)。

圖1 安全槍連接示意圖

2.2 存在的問(wèn)題

加裝安全槍技術(shù)主要存在3個(gè)問(wèn)題:

1)不能阻止起爆器的能量傳遞到射孔彈上，安裝起爆器時(shí)和槍串下井過(guò)程中一旦發(fā)生意外，將引爆射孔彈的意外穿孔。

2)降低了傳爆的可靠性。安全槍

過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)爆索會(huì)發(fā)生能量衰減甚至斷火。

3)增加了射孔作業(yè)的費(fèi)用。9 m射孔槍管，2個(gè)連槍接頭，導(dǎo)爆索，傳爆管，總共費(fèi)用約為人民幣5 000元。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

加裝安全槍技術(shù)，是石油工人智慧的結(jié)晶，它可在一定程度上解決安全問(wèn)題，但操作繁瑣，不能從根本上解決安全問(wèn)題。

3 安全傳爆接頭技術(shù)

3.1 作用原理及過(guò)程

安全傳爆接頭將“安全隔爆機(jī)構(gòu)”引入產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其作用原理為:起爆器在地面或井口裝配過(guò)程中，隔爆活塞處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)安全傳爆接頭下井后，井內(nèi)的液柱壓力作用在隔爆活塞上，隔爆活塞克服彈簧的預(yù)應(yīng)力向里運(yùn)動(dòng)，處于打開(kāi)狀態(tài)，傳爆通道形成，井口投棒，棒撞擊活塞(擊針)，活塞(擊針)剪斷承壓銷釘，撞擊火工組件發(fā)火，火工組件輸出爆轟經(jīng)傳爆通道起爆傳爆組件，傳爆組件起爆射孔彈(見(jiàn)圖2)。

圖2 安全壓力起爆器與安全傳爆接頭連接圖

3.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

3.2.1 安全性

安全傳爆接頭傳爆通道的形成，是通過(guò)井內(nèi)液柱壓力推動(dòng)隔爆活塞運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。在地面或井口時(shí)，由于沒(méi)有壓力作用在隔爆活塞上，或壓力達(dá)不到隔爆活塞的打開(kāi)壓力，傳爆通道始終處于隔爆狀態(tài)，即便出現(xiàn)誤操作或意外墜物等情況，火工組件發(fā)火，其輸出爆轟波被隔爆活塞阻擋，不會(huì)起爆射孔彈，有效地保障了地面和井口人員及設(shè)備的安全。

3.2.2 通用性

安全傳爆接頭設(shè)計(jì)為2種形式:

1)將安全傳爆接頭設(shè)計(jì)為獨(dú)立一個(gè)產(chǎn)品。此時(shí)安全傳爆接頭可以與撞擊擊發(fā)類起爆器配套使用，也可以與壓力擊發(fā)類起爆器配套使用。

2)將安全傳爆接頭與撞擊擊發(fā)類起爆器設(shè)計(jì)為一個(gè)產(chǎn)品，可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少現(xiàn)場(chǎng)操作，提高可靠性與安全性。

3.2.3 可靠性

當(dāng)3 MPa壓力作用在隔爆活塞上，傳爆通道打開(kāi)，保證了射孔作業(yè)的可靠性。

3.2.4 操作安全性

由于安全傳爆接頭出廠時(shí)已裝配，使用時(shí)無(wú)需裝配和拆卸，方便現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，極大地保證了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的人身安全，從根本上解決了施工中的安全問(wèn)題。

3.3 需關(guān)注的問(wèn)題

臟井、稠油井作業(yè)中，若發(fā)生遇阻問(wèn)題，則需要上提管串。此時(shí)，淤泥、黏土和稠油遇冷，將發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，有時(shí)這種結(jié)塊還特別密實(shí)堅(jiān)硬，會(huì)阻止彈簧的回彈。保證彈簧回彈就保證了上提管拄時(shí)的安全性。

4 撞擊壓控起爆器

4.1 工作過(guò)程

當(dāng)起爆器隨射孔槍下到井里，井內(nèi)的液柱壓力始終作用在承壓銷釘上，井口投棒，棒撞擊承壓銷釘，承壓銷釘剪斷，井內(nèi)的液柱壓力作用在壓力活塞上，壓力活塞壓迫彈簧，當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，鋼銷釘剪斷，活塞組件下行，鋼珠解鎖，活塞套撞擊擊針，火工組件發(fā)火，起爆射孔彈(見(jiàn)圖3)。

圖3 撞擊壓控起爆器示意圖

4.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

4.2.1 安全性

撞擊壓控起爆器在動(dòng)作時(shí)，投棒的目的是打開(kāi)壓力通道，起爆是通過(guò)壓力作用實(shí)現(xiàn)的，即2投棒打開(kāi)壓力通道，壓力起爆。只有具備了這2種條件，才能正常起爆射孔彈。當(dāng)撞擊壓控起爆器在地面進(jìn)行裝配和連接時(shí)，如出現(xiàn)誤操作或意外墜物等情況，由于地面沒(méi)有壓力作用在彈簧上，或壓力達(dá)不到擊針起爆火工組件的最小壓力，擊針不會(huì)撞擊火工組件發(fā)火，從而不會(huì)起爆射孔彈。同樣也能有效地保障地面和井口人員及設(shè)備的安全。

4.2.2 可靠性

當(dāng)投棒打開(kāi)壓力通道時(shí)，壓力達(dá)到預(yù)定壓力(5 MPa)值，確保了彈簧的壓縮與釋放回彈，保證了產(chǎn)品的可靠輸出(發(fā)火)。

4.2.3 操作性

由于撞擊壓控起爆器出廠時(shí)已裝配，使用時(shí)無(wú)需裝配和拆卸，方便現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，極大地保證了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的人身安全。

4.3 需解決的問(wèn)題

應(yīng)降低撞擊壓控起爆器的起爆壓力(5 MPa)值，以增加撞擊壓控起爆器的使用范圍;要確保彈簧經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間受壓后還能夠可靠地回彈。

5 結(jié)語(yǔ)

油管輸送射孔撞擊起爆作業(yè)中，影響安全的因素很多，根據(jù)實(shí)際情況操作者選用合適的撞擊安全起爆技術(shù)(器材)進(jìn)行作業(yè)是非常有必要的。每種撞擊安全起爆技術(shù)(器材)都各有特點(diǎn):如加裝安全槍，6～9 m安全槍，不能真正解決安全問(wèn)題;通過(guò)大量驗(yàn)證，安全傳爆接頭操作方便、可靠性高、安全性好，值得推薦使用;撞擊壓控起爆器的優(yōu)點(diǎn)是在稠油井使用可靠性高，缺點(diǎn)是需要保證有500 m液柱，不適用老井和補(bǔ)孔井。使用時(shí)可根據(jù)這些技術(shù)(器材)的可靠性、可操作性、成本以及使用習(xí)慣等問(wèn)題綜合考慮、適當(dāng)選擇。

［1］兵器工業(yè)第213所.安全傳爆接頭研究報(bào)告［M］.西安:兵器工業(yè)行業(yè)辦，2001.

［2］惠寧利，王秀芝.石油工業(yè)用爆破技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1994.

［3］王秀芝，鄧智杰.油氣井用起爆器材的發(fā)展［J］.火工品，1998(4):45-49.

［4］朱安寧，雷亞萍.入世后我國(guó)石油射孔起爆技術(shù)的發(fā)展［J］.火工品，2003(3):46-48.

［5］丁偉杰，朱建新，楊華.投棒點(diǎn)火頭安全設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.石油儀器，2009(2):15-16，73.

Discussion of Safe and Reliable Initiation Technology of Tubing Conveyed Perforation System

WEI Feng1，BAI Jiang2，JIANG Fucheng3and WANG Jing1
(1.Xian Wuhua Juneng Blasting Equipment Co.Ltd.，Xian 710061，China;2.Wuqi Oil Extraction Factory，Shaanxi Yanchang Petroleum Co.Ltd.Wuqi 717600，China;3.Well Logging Station，Engineering Corporation，Northeast Petroleum Bureau，SINOPEC，Changchun 130062，China)

Safe and reliable initiation technology of tubing conveyed perforation(TCP)is introduced in this paper.The installing safety gun，safety propagated blast joint，and impact press control firing head are analyzed，and the TCP system safe and reliable initiation technology is discussed in detail.The analysis and discussion are beneficial to product development.

Tubing conveyed perforation;initiation technology;safety gun;product development

TE257

A

1008-5440(2012)01-0014-04

2011-12-31

魏鋒(1976-)，男(漢族)，陜西華縣人，工程師，本科，研究方向:石油爆破技術(shù)和射孔技術(shù)研究。

白江(1981-)，男(漢族)，陜西延安人，助理工程師，本科，研究方向:石油開(kāi)采技術(shù)。