TCP系统安全中可靠起爆技术的探讨

魏 锋，白 江，姜福成，王 静

(1.西安物华巨能爆破器材有限责任公司，西安 710061;2.陕西延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西 吴起717600;3.中石化东北石油局工程公司测井站，长春 130062)

TCP系统安全中可靠起爆技术的探讨

魏 锋1，白 江2，姜福成3，王 静1

(1.西安物华巨能爆破器材有限责任公司，西安 710061;2.陕西延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西 吴起717600;3.中石化东北石油局工程公司测井站，长春 130062)

介绍TCP系统安全中可靠起爆技术的发展，通过对加装安全枪、安全传爆接头、撞击压控起爆器的分析，对TCP系统安全中可靠起爆技术进行了探讨，为产品选择和开发提供技术支持。

油管输送射孔;起爆技术;安全枪;产品开发

随着钻井技术的发展，水平井、侧钻井和大斜度井不断被开发，以多采油、快出油、实现效益最大化。水平井、侧钻井和大斜度井的射孔需要采用油管输送射孔(TCP)工艺。另外，油田在后期开发中，多数油井会产生不同程度的套管变形，从而使得电缆输送射孔工艺难以实施，也需要采用TCP工艺。TCP工艺的实施，由TCP系统来完成。在TCP系统中，爆破器材的可靠性和安全性，直接决定着射孔工艺的成败。特别是起爆装置(起爆器)的拆装，对施工人员的安全构成直接威胁。确保井口安全，提高人们的安全意识，研究安全的工艺技术和爆炸装置应运而生。本文通过对加装安全枪、安全传爆接头、研究开发撞击压控起爆器的分析和研发，为产品的选择和开发提供了技术支持。

1 TCP系统安全起爆技术的特点

目前，常用的油管输送射孔(TCP)系统的安全起爆技术有3种:1)在起爆器与射孔枪之间加装安全枪;2)用安全传爆接头联接起爆器与射孔枪;3)采用撞击压控起爆器替代普通的撞击式起爆器。

TCP系统的核心元件是起爆器和安全装置，其作用过程按照结构的不同通常有以下3种方式:

1)机械撞击式射孔系统工作原理:井口投棒→投棒下行撞击起爆器(击针)→起爆器起爆→安全装置动作→引爆射孔枪。2)压力激发式射孔系统工作原理:泵车向井内加压→剪断起爆器承压销钉→起爆器活塞下行→起爆器起爆→安全装置动作→引爆射孔枪。3)安全装置工作原理:TCP系统的核心是安全装置，在井口及下井初期起到“隔爆”作用，保证施工人员的人身安全;安全装置在射孔目的层传爆通道打开，起到可靠“传爆”作用。

2 加装安全枪技术

2.1 作用原理

安全枪是在起爆器与射孔枪之间增加了一段6～9 m长的枪管，中间有弹架和导爆索，可传递爆轰波。加装安全枪的作用是增大起爆器与射孔枪之间的距离。在安装起爆器时，射孔弹已在地面6～9 m以下，起爆器一旦意外起爆，射孔枪(射孔弹)会在地面6～9 m以下射孔，降低了对地面人员的伤害和对井口设施的破坏(见图1)。

图1 安全枪连接示意图

2.2 存在的问题

加装安全枪技术主要存在3个问题:

1)不能阻止起爆器的能量传递到射孔弹上，安装起爆器时和枪串下井过程中一旦发生意外，将引爆射孔弹的意外穿孔。

2)降低了传爆的可靠性。安全枪

过长，导爆索会发生能量衰减甚至断火。

3)增加了射孔作业的费用。9 m射孔枪管，2个连枪接头，导爆索，传爆管，总共费用约为人民币5 000元。

2.3 技术特点

加装安全枪技术，是石油工人智慧的结晶，它可在一定程度上解决安全问题，但操作繁琐，不能从根本上解决安全问题。

3 安全传爆接头技术

3.1 作用原理及过程

安全传爆接头将“安全隔爆机构”引入产品结构设计中，其作用原理为:起爆器在地面或井口装配过程中，隔爆活塞处于关闭状态，当安全传爆接头下井后，井内的液柱压力作用在隔爆活塞上，隔爆活塞克服弹簧的预应力向里运动，处于打开状态，传爆通道形成，井口投棒，棒撞击活塞(击针)，活塞(击针)剪断承压销钉，撞击火工组件发火，火工组件输出爆轰经传爆通道起爆传爆组件，传爆组件起爆射孔弹(见图2)。

图2 安全压力起爆器与安全传爆接头连接图

3.2 产品特点

3.2.1 安全性

安全传爆接头传爆通道的形成，是通过井内液柱压力推动隔爆活塞运动实现的。在地面或井口时，由于没有压力作用在隔爆活塞上，或压力达不到隔爆活塞的打开压力，传爆通道始终处于隔爆状态，即便出现误操作或意外坠物等情况，火工组件发火，其输出爆轰波被隔爆活塞阻挡，不会起爆射孔弹，有效地保障了地面和井口人员及设备的安全。

3.2.2 通用性

安全传爆接头设计为2种形式:

1)将安全传爆接头设计为独立一个产品。此时安全传爆接头可以与撞击击发类起爆器配套使用，也可以与压力击发类起爆器配套使用。

2)将安全传爆接头与撞击击发类起爆器设计为一个产品，可以简化产品结构，减少现场操作，提高可靠性与安全性。

3.2.3 可靠性

当3 MPa压力作用在隔爆活塞上，传爆通道打开，保证了射孔作业的可靠性。

3.2.4 操作安全性

由于安全传爆接头出厂时已装配，使用时无需装配和拆卸，方便现场作业，极大地保证了现场操作人员的人身安全，从根本上解决了施工中的安全问题。

3.3 需关注的问题

脏井、稠油井作业中，若发生遇阻问题，则需要上提管串。此时，淤泥、黏土和稠油遇冷，将发生结块现象，有时这种结块还特别密实坚硬，会阻止弹簧的回弹。保证弹簧回弹就保证了上提管拄时的安全性。

4 撞击压控起爆器

4.1 工作过程

当起爆器随射孔枪下到井里，井内的液柱压力始终作用在承压销钉上，井口投棒，棒撞击承压销钉，承压销钉剪断，井内的液柱压力作用在压力活塞上，压力活塞压迫弹簧，当压力达到预定压力时，钢销钉剪断，活塞组件下行，钢珠解锁，活塞套撞击击针，火工组件发火，起爆射孔弹(见图3)。

图3 撞击压控起爆器示意图

4.2 产品特点

4.2.1 安全性

撞击压控起爆器在动作时，投棒的目的是打开压力通道，起爆是通过压力作用实现的，即2投棒打开压力通道，压力起爆。只有具备了这2种条件，才能正常起爆射孔弹。当撞击压控起爆器在地面进行装配和连接时，如出现误操作或意外坠物等情况，由于地面没有压力作用在弹簧上，或压力达不到击针起爆火工组件的最小压力，击针不会撞击火工组件发火，从而不会起爆射孔弹。同样也能有效地保障地面和井口人员及设备的安全。

4.2.2 可靠性

当投棒打开压力通道时，压力达到预定压力(5 MPa)值，确保了弹簧的压缩与释放回弹，保证了产品的可靠输出(发火)。

4.2.3 操作性

由于撞击压控起爆器出厂时已装配，使用时无需装配和拆卸，方便现场作业，极大地保证了现场操作人员的人身安全。

4.3 需解决的问题

应降低撞击压控起爆器的起爆压力(5 MPa)值，以增加撞击压控起爆器的使用范围;要确保弹簧经过长时间受压后还能够可靠地回弹。

5 结语

油管输送射孔撞击起爆作业中，影响安全的因素很多，根据实际情况操作者选用合适的撞击安全起爆技术(器材)进行作业是非常有必要的。每种撞击安全起爆技术(器材)都各有特点:如加装安全枪，6～9 m安全枪，不能真正解决安全问题;通过大量验证，安全传爆接头操作方便、可靠性高、安全性好，值得推荐使用;撞击压控起爆器的优点是在稠油井使用可靠性高，缺点是需要保证有500 m液柱，不适用老井和补孔井。使用时可根据这些技术(器材)的可靠性、可操作性、成本以及使用习惯等问题综合考虑、适当选择。

［1］兵器工业第213所.安全传爆接头研究报告［M］.西安:兵器工业行业办，2001.

［2］惠宁利，王秀芝.石油工业用爆破技术［M］.北京:石油工业出版社，1994.

［3］王秀芝，邓智杰.油气井用起爆器材的发展［J］.火工品，1998(4):45-49.

［4］朱安宁，雷亚萍.入世后我国石油射孔起爆技术的发展［J］.火工品，2003(3):46-48.

［5］丁伟杰，朱建新，杨华.投棒点火头安全设计及应用［J］.石油仪器，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

魏锋(1976-)，男(汉族)，陕西华县人，工程师，本科，研究方向:石油爆破技术和射孔技术研究。

白江(1981-)，男(汉族)，陕西延安人，助理工程师，本科，研究方向:石油开采技术。