射孔弹自燃原因查找与解决方法
2013-12-29刘云刚张林刘增
摘 要：针对超高温射孔弹出现的自燃问题，模拟储层条件（温度和压力）进行射孔试验与分析，形成了分舱排除法试验方法，查找出了自燃的原因，建立了解决方法，新产品广泛应用于生产。超高温高压射孔效能实验装置为射孔技术研究提供了试验平台。
关键词：超高温射孔弹 自燃 排除法试验 机械锁口
中图分类号：TE9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00
1 引言
目前，国内外用来制造起爆器、射孔弹、导爆索和传爆管等石油工业用的炸药在类型和理化特性基本相同[1]。根据爆轰性能、安定性等指标，用于制造超高温射孔弹的主要炸药有六硝基芪（HNS）、皮威克斯（PYX）等耐热单质炸药及由它们分别制成的混合炸药，这两种炸药耐温250℃持续2h（或耐温220℃持续48h）条件下仍能满足安全性能。
在渤南油田某井，采用以HNS 为主装药的73型超高温射孔器材施工，连续出现2次自燃现象；义和油田某井采用以PYX为主装药的102型超高温射孔器材，也出现射孔弹全部自燃烧毁的现象。初步分析认为，由于火工品药剂容易受到相邻药剂、材料以及环境水分等影响，针对以上现象，胜利油田测井公司依托高温高压射孔效能实验室，模拟储层高温高压的环境，对现用的超高温射孔器材进行自燃原因查找试验，建立了解决问题的方法。
2 自燃原因的查找
为准确查找超高温射孔器材自燃原因和耐温性能指标，模拟4000m左右井深，设计分别在240℃/2h/40Mpa、220℃/12h/40Mpa条件下，对现用的超高温射孔弹、电雷管、传爆管和导爆索进行耐温耐压和联合打四川砂岩靶试验。
2.1 模拟试验与分析
装配试验射孔器和试验靶，下入Ф380mm实验装置，加温到240℃，加压40Mpa，恒定2h后点火，测控台无点火电流显示，瞬间压力信号采集系统未检测到起爆压力信号。将试验容器装置降温冷却，取出实验射孔枪和射孔靶，拆卸后发现射孔弹主装药已经自燃，整个起爆传爆序列包括电雷管、传爆管和导爆索均已烧毁，
继续抽取两发超高温射孔弹分别在相同条件下试验，均出现以上相同自燃现象。实验表明：高温高压射孔效能实验室试验过程中出现自燃现象，与现场施工中出现的自燃现象一致。
初步认为在持续高温高压环境下加速了炸药的分解，放出大量的热，但该超高温射孔弹所使用HNS混合炸药为主装药，热力学性质和热安定性均已符合要求，以此作为自燃的原因分析不符合国内外对炸药研究的结论。因此，高温高压环境在一定程度上降低了该类炸药的稳定性，而不是射孔弹自燃的真正原因。
2.2 电气测控系统可靠性检验
实验装置电气测控系统的温度、压力计均由省技术监督局检验，且在合格期内。为了进一步证实温度的可靠性，将500℉（260℃）留点温度计放入空枪内密封，并下入超高温高压试验容器中加温，当电气测控系统温度检测仪表读数上升到219.5℃时，停止加温并恒温2h；然后，将容器降温，提出枪身，取得留点温度计的读数为426.5℉，折算成摄氏度后约为219.2℃，其温度误差在允许范围内，证实了实验装置及电气测控系统的可靠性。
2.3 爆炸序列分舱排除法试验
将4只射孔枪串接隔离密封成4个独立的舱室，分别安放超高温射孔弹、电雷管、传爆管和导爆索，下入超高温高压试验容器进行240℃/2h/40Mpa试验，结果见表1。又重新装配，进行220℃/12h/40Mpa条件下排除法试验，结果见表2。将经受过高温高压的电雷管、传爆管、导爆索进行地面引爆试验，电雷管正常发火，传爆管和导爆索均正常传爆起爆。
表1 240℃/2h/40Mpa分舱排除法试验结果
火工件名称
试验次数
试验结果
高温高压后地面试验结果
电雷管
2
不燃不爆
起爆正常
传爆管
2
不燃不爆
传爆正常
导爆索
2
不燃不爆
传爆正常
A型超高温射孔弹
2
平均90min自燃
B型超高温射孔弹
2
平均100min自燃
表2 220℃/12h/40Mpa分舱排除法试验结果
火工件名称
试验次数
试验结果
高温高压后地面试验结果
电雷管
2
不燃不爆
起爆正常
传爆管
2
不燃不爆
传爆正常
导爆索
2
不燃不爆
传爆正常
A型超高温射孔弹
2
平均5.5h自燃
B型超高温射孔弹
2
平均6h自燃
试验结果排除了起爆传爆序列造成自燃的疑虑，确定了引起自燃的火工件是超高温射孔弹，且随着温度的升高，自燃的速度加快。
2.4 分解射孔弹分舱排除法试验
对超高温射孔弹结构进行分析，接触主装药的有弹壳、药型罩以及药型罩与主装药的粘结剂，因此，按制作结构将射孔弹分解为药型罩、弹壳与压制在一起的主装药、无粘结剂的射孔弹、有粘结剂的射孔弹4种样品。先将A型超高温射孔弹4种样品放入独立的实验舱，在240℃/2h/40Mpa和220℃/12h/40Mpa条件下排除法试验，带粘结剂的射孔弹自燃，其它样品均完好，
将高温高压后没有使用粘结剂的A型超高温射孔弹样品，地面打45 #钢靶试验，穿孔深度123mm，孔径13mm，孔眼圆润。
将B型超高温射孔弹4种样品放入独立的实验舱，在240℃/2h/40Mpa和220℃/12h/40Mpa条件下排除法试验，仍然是带粘结剂的射孔弹自燃，其它样品均完好。实验表明，粘结剂在高温下与主装药或药型罩发生反应，其相容性差，导致了射孔弹的自燃，致使现场施工中出现不穿孔现象。
3 解决方法
为了解决超高温射孔弹自燃问题，必须放弃粘结药型罩的传统方案。探索实验后提出了锁口环机械锁口方法，该固定方法既能增加了药型罩固定的稳固性，又不受温度的影响，而且还消除了药型罩出现松动和脱落问题。
技术改进后超高温射孔弹在240℃/2h/40Mpa和220℃/12h/40Mpa条件下又经多次打四川砂岩靶试验，均正常起爆射孔，未出现自燃现象。
4 现场应用
新型超高温射孔弹通过现场推广应用，累计完成84井次，均一次成功，未再出现射孔弹自燃现象。其中，义34-斜101井油层温度高达190℃，义115井油层温度高达198℃，均一次成功，突破了超高温射孔的技术难关。部分超高温射孔井见表3。
表3 部分超高温射孔井统计表
井号
储层温度℃
射孔井段m
义115
198
5005.0-4980.0
义34-斜101
190
5011.3-4977.4
坨765
171
4354.1-4386.0
利672
161
4156.54125.3
老292
165
3924.6-4017.4
义34-斜31
189
4420.0-4472.0
孤北古2
174
4579.0-4722.0
义103-1
161
4055.0-4065.0
渤深4
160
4431.0-4441.0
义109-2
164
4303.6-4322.0
义斜175
161
4249.0-4372.0
桩古63
170
4336.1-4332.5
桩海102
183
4594.9-4710.6
田斜307
160
4384.0-4364.0
孤北古2
180
4579.6-4722.0
夏102
184
3999.0-4010.0
5 结论
（1）超高温高压射孔效能实验装置为模拟井下射孔环境进行射孔技术研究提供了试验平台，提高了深部高温储层射孔完善程度，推进了射孔技术的发展。
（2）通过模拟储层环境试验，是查找问题根源有效方法。
（3）试验为常温、高温射孔用粘结剂是否导致自燃的研究提供了借鉴。
参考文献
[1] 唐大贤.孙国祥. 美国几家公司的工业炸药类产品技术概况.火炸药.1980.
[2] 高大元.吕春绪.董海山.陈天云.叶志文.工业炸药的爆轰性能研究.火炸药学报.2003.
[3] 曾雄飞.凝聚炸药的爆轰参数与爆炸反应热.火炸药.1980.
