聚能射孔器混凝土靶穿孔深度动态评价初探

李东传，金成福，余海鹰

石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心（黑龙江大庆163853）

■标准化

聚能射孔器混凝土靶穿孔深度动态评价初探

李东传，金成福，余海鹰

石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心（黑龙江大庆163853）

GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》中聚能射孔器混凝土靶穿孔深度评价方法无法持续地促进产品质量的提高。通过对国内聚能射孔器产品在混凝土靶上的穿孔深度变化规律的分析，给出了穿孔深度增长规律——外径89mm的聚能射孔器2007-2013年增长约25%，提出了建立与产品整体水平联动的评价方法。用新的评价方法对监督检验结果进行分析，表明随着产品整体水平而相应提高的评价指标能更有效地促进产品质量的提高，同时提高了评价的合理性，为标准的修订提供了依据。

聚能射孔器；混凝土靶；穿孔性能；动态评价

在地面条件下，利用混凝土靶检验聚能射孔器的穿孔性能和安全性能是目前国内外最常用的检验方法。在国内执行的是GB/T 20488-2006《油气井聚能射孔器材性能试验方法》[1]中的地面混凝土靶射孔试验（修改采用API RP19B《油气井射孔器评价的推荐作法》），其配套的评价标准是GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》[2]。通过检验和评价来达到保证产品质量稳定，并积极促进提高各项性能指标的目的。

1997年制定SY/T 5128-1997《油气井聚能射孔器通用技术条件》时，外径89mm、102mm聚能射孔器混凝土靶穿孔深度评价指标分别为400mm、500mm；2006年制定GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》时，外径89mm、102mm聚能射孔器混凝土靶穿孔深度评价指标分别上升为450mm、550mm。标准中的判定方法是：评价值（平均值－k倍的标准差，k由标准给出）大于等于评价指标（单侧下规格限，即判定为合格的最低指标）时为合格。随着射孔器材制造技术的发展，聚能射孔器的穿孔深度等指标不断提高，制定的评价指标也相应提高。标准制定时评价指标是合理的，随着时间的推移，技术进步、产品性能指标相应提高，此时评价指标明显偏低，已起不到促进产品质量提高的目的。

通过对2007-2013年监督检验及部分质量评价检验数据的修正、分析，研究了油田常用外径89mm、102mm的聚能射孔器在混凝土靶上的穿孔深度增长规律，并改进评价方法。

1 穿孔深度的增加给评价带来的新问题

1.1 穿孔深度的增加，评价的严格程度随之下降

对2007-2013年监督检验产品进行统计分析，国内外径89mm聚能射孔器材穿孔深度的平均值、评价值的平均值均有明显上升，6年间分别上升了25.4%和25.5%，合格率由87.5%上升为100%；外径102mm聚能射孔器材穿孔深度的平均值、评价值的平均值也均有明显上升，6年间分别上升了26.4%和23.6%，合格率均为100%（表1）。表明国内聚能射孔器材制造技术有了显著进步，尤其是在2011年前后，平均穿孔深度有了大幅度的提高；但不同厂家的产品性能相差较大，穿孔深度最低值较平均值差别大且上升缓慢，说明部分厂家的制造技术较整体水平仍有较大差距。

GB/T 20489-2006标准制定时的评价指标是合理的，随着射孔器材制造技术的发展，产品的穿孔深度不断提高，导致制订标准时合格的评价指标随着时间的推移而明显偏低。这时标准无法达到制定时的目的——促进产品质量的提高。

1.2 国内产品穿孔深度指标提升空间较大

对比同时期国内平均水平、国内外最好水平的数据（表2）表明：国内最好产品与同级别的国外产品的穿孔深度指标十分接近，但平均水平与最好产品间的差距为30%左右，国内部分产品的穿孔深度指标仍有很大的提升空间，至少提升15%～20%没有问题。

表1 2007-2013年聚能射孔器穿孔深度监督检验数据

表2 国内外聚能射孔器孔穿孔深度指标分析

1.3 保持评价水平的思路探讨

鉴于标准中的评价指标一旦制定后就不能随意更改，而制定标准时的评价水平与当年或当时几年的产品整体水平相关。如果要保持评价水平，只能建立评价方法与该年度的产品整体水平间的相关性，通过整体水平的提高来相应修正评价指标。

基本思路:以标准制定年度（如2013年或2011-2013年）整体水平为依据,当某一年度平均值或标准制定年度整体水平大于1时,以该值为系数修正下一年度评价指标；当比值不大于1时,则不需要修正下一年度评价指标。

2 持续促进穿孔深度提高的方法

2.1 确定相对合理的评价指标

按GB/T 20488-2006《油气井聚能射孔器材性能试验方法》要求制作的混凝土靶的抗压强度随养护时间的延长而增大，而抗压强度的变化又影响聚能射孔器的穿孔深度。研究表明混凝土靶的抗压强度随养护时间的增加而增大，穿孔深度随抗压强度的增加而降低，抗压强度每增加10 MPa时平均穿孔深度降低约为6%～12%，聚能射孔器设计不同降低程度不同[3]。给出了抗压强度对穿孔深度修正方法：混凝土靶抗压强度在34.5～45.0MPa时的试验结果不需修正；抗压强度在45.1MPa及以上时抗压强度每增加5MPa（不足5MPa时按5MPa计算）穿孔深度向上修正5%[4]。

经生产厂家、油田使用单位的专家讨论修正了抗压强度对穿孔深度修正方法：当混凝土靶抗压强度大于40.0MPa且不大于50.0MPa时，修正后穿孔深度为测得值的1.05倍；当混凝土靶抗压强度大于50.0MPa时，修正后穿孔深度为测得值的1.1倍。

按以上方法对2011-2013年监督、质量评价产品的穿孔深度进行了修正，外径89mm聚能射孔器的穿孔深度评价最低值分别为505mm、517mm和572mm，外径102mm聚能射孔器的穿孔深度评价最低值分别为556mm、663mm和640mm。经生产厂家、检验部门和油田使用单位的专家协商决定，2014年修订标准时，拟确定外径89mm聚能射孔器的评价指标为520mm，该产品的3年综合合格率为85%、2013年合格率为85%；拟确定外径102mm聚能射孔器的评价指标为640mm，该产品3年综合合格率为89%、2013年合格率为95%。评价指标基本合理。

2.2 建立与整体水平联动的评价方法

为了保持评价严格程度的一致性，建议采用动态评价。当产品整体水平不高时，评价指标也不高；整体水平提高时，评价指标也随之提高，以促进相对落后产品的制造技术升级。判定规则：

当-X-ks≥L×a时，判定合格，当-X-ks＜L×a时，判定不合格。其中，-X为平均穿孔深度，mm；k为系数；s为标准差，mm；L为判定值；mm。

3 动态评价效果分析

3.1 2007-2013年评价结果分析

利用GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》中的评价方法评价外径89mm聚能射孔器的穿孔深度。除了2007年合格率为87.5%外，其它年度均为100%（表1）。

用新的评价方法评价2007-2013年的监督检验结果。2007年、2008年评价指标为450mm，2009年及以后的评价指标由公式（1）计算获得。计算时取2007年产品平均值穿孔深度（假定为标准制定时选用的参考值），A1取2008-2013年产品平均值穿孔深度。计算的评价指标分别为：462、481、487、533mm和559mm，以新指标评价则各年度合格率分别为：100%、100%、81.8%、84.6%、84.6%和72.7%（2011、2012和2013年修正后分别为：100%、92.3%和100%），新的评价指标按整体水平上升速度上升（由于计算方法原因按前一年的上升速率计算），在评价值的平均值下方约70mm处运行。可以剔除远远低于平均水平的产品，从促进产品性能的提高方面考虑更合理。

3.2 新的评价指标的合理性预测

按2007-2013年穿孔深度上升规律预测外径89mm聚能射孔器2014-2018年的监督、质量评价结果，穿孔深度年均增长率为4%左右，预计2014年以后5年总的增长幅度可能达20%左右。评价指标也应按该规律上升，2014-2018年评价指标为：520、541、562、582mm和603mm。监督检验最低值按年均2.4%增长率计算，预计5年的平均穿孔深度为：586、599、613、627mm和641mm；质量评价检验最低值按年均2.4%增长率计算，预计5年的平均穿孔深度为：501、512、524、536mm和548mm。

利用GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》中的评价方法评价。2013年监督检验最低值为520mm，已经合格，正常情况下2014年以后的合格率应均为100%；质量评价检验最低值也在2016年达到524mm，正常情况下2016年以后的合格率应均为100%。用新的评价方法评价时，监督检验产品的穿孔深度指标均合格，质量评价检验的最低值均不合格。

考虑到监督检验样品具有普遍的代表性，而质量评价检验中的部分样品可能是新组合，厂家对其重视程度也低于监督检验产品，其结果的代表性较低。因此，如按GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》中的评价方法评价，标准修订拟确定的评价指标（520mm）也不高，如按新的评价方法评价，可以随着产品整体水平的提高来修正评价指标，评价指标定为520mm则相对合理些[5]。

4 结论与建议

1）国内最好的聚能射孔器产品的穿孔深度接近国外最好水平，但国内整体水平不高，还有很大的提升空间。

2）国内聚能射孔器产品穿孔深度提高缓慢，2007-2013年平均4%左右，部分产品甚至几年没有改进。

3）给出了新的评价方法，可根据产品的整体水平修正评价指标，以达到持续促进相对落后产品改进的目的。建议修订GB/T 20489-2006《油气井聚能射孔器材通用技术条件》时予以考虑，以促进国内产品穿孔性能的提高。

[1]国防科学技术工业委员会民用爆破器材服务中心.油气井聚能射孔器材性能试验方法:GB/T 20488-2006[S].北京:中国标准出版社,2007.

[2]国防科学技术工业委员会.油气井聚能射孔器材通用技术条件:GB/T 20489-2006[S].北京:中国标准出版社,2007.

[3]李东传,姜延东,金成福,等.混凝土靶养护时间与抗压强度和聚能射孔器穿孔深度的关系初探[J].测井技术,2008,32 (5):476-478.

[4]李东传,金冶,金成福,等.关于GB/T 20489-2006中聚能射孔器在混凝土靶上穿孔深度评价方法的探讨[J].石油工业技术监督，2012,28(7):32-34.

[5]陆大卫.油气井射孔技术[M].北京:石油工业出版社,2012.

The jet perforator concrete target penetration depth evaluation method in GB/T 20489-2006“General Technical Conditions for Oil and Gas Well Perforating Equipment”can not continue to promote the quality improvement of jet perforator products.Through the analysis of the concrete target penetration depth of the jet perforators made in China,a penetration depth increasing law is obtained: the concrete target penetration depth of the jet perforator with 89mm outside diameter(OD)increased about 25%according to the testing data from 2007 to 2013,and a jet perforator concrete target penetration depth evaluation method connected to the overall level of prod⁃ucts is established.The test results obtained using the new evaluation method show that the evaluation indexes which improve with the improvement of overall quality level of jet perforator products could more effectively promote the quality improvement of jet perforator products.The new evaluation method increases the rationality of evaluation and provides a basis for the revision of the standard.

jet perforator;concrete target;penetration performance;dynamic evaluation

路萍

2016-03-10

李东传（1969-），男，高级工程师，研究方向为油气井用射孔器材检测技术。