井下导爆索爆炸扩孔可行性试验研究

文 平，陈小元，秦 春，王 委，陈惠卿

(1.中国石化华东石油工程有限公司江苏钻井公司, 江苏 扬州 225261；2.川南航天能源科技有限公司，四川 泸州 646000)

井下导爆索爆炸扩孔可行性试验研究

文 平1，陈小元1，秦 春1，王 委1，陈惠卿2

(1.中国石化华东石油工程有限公司江苏钻井公司, 江苏 扬州 225261；2.川南航天能源科技有限公司，四川 泸州 646000)

在石油钻井施工的扩孔作业中，应用常规扩孔器进行扩孔存在断刀翼、扩孔周期长、扩孔扭矩大、扩孔效果不理想等问题。为掌握更加优质高效的扩孔手段，经过理论分析，探索利用导爆索的爆炸所产生的爆炸冲击波对预定井段进行扩孔的方法。通过装置结构、输送手段、发火序列等关键技术的设计，对导爆索扩孔的可行性进行了地面试验。试验表明：运用导爆索爆炸产生的冲击波对岩石壁进行扩孔是可行的。

钻井 导爆索 爆炸 扩孔

在石油钻井施工作业中，因各种原因和目的需要钻井扩孔。目前常规的钻井扩孔作业主要有钻后扩孔和随钻扩孔两种作业方式[1]。由于受扩孔地层的不均质性、压实强度、岩石硬度和井眼井斜大小等影响，作业中会面临扩孔扭矩大、扩孔周期长、扩孔效果不理想、扩孔精度不够等问题以及工具断刀翼等风险[2]。而独辟蹊径的石油钻井井下导爆索爆炸扩孔方法可克服上述缺点，该方法扩孔速度快，能降低扩孔作业时遇阻、卡钻的风险，提高钻井扩孔效果，缩短处理复杂情况的时间，节约钻井成本。

1导爆索爆炸扩孔方法的技术关键

石油钻井井下导爆索爆炸扩孔方法是利用导爆索的爆炸所产生的爆炸冲击波对预定井段进行扩孔。该方法的技术关键主要有三方面：其一是导爆索的结构设计；其二是如何将导爆索下放到预定井段；其三是如何引爆导爆索。

1.1导爆索的结构设计

导爆索结构如图1所示 ，内装炸药采用编织方式进行装填，外皮选用尼龙塑料。装药线密度可达8～30 g/m，爆速高达7 800 m/s，耐温高达160 ℃/48 h，井下可承受70 MPa高压。

1.2 爆炸扩孔装置的结构设计

导爆索缠绕在爆炸扩孔装置上，爆炸扩孔装置与钻杆相连，通过钻杆输送至预定井段。爆炸扩孔装置结构如图2所示，上端压力开孔起爆装置通过螺纹与钻杆连接。

压力开孔起爆装置结构如图3，撞针通过剪切销固定在上接头内，起爆器通过螺塞固定在下接头内。导爆索装入传爆组件的输出孔中然后缠绕在爆炸杆上。

图1 导爆索结构

图2 爆炸扩孔装置

图3 压力开孔起爆装置

1.3 发火序列的设计

爆炸扩孔装置的发火序列应为：撞针撞击起爆器，起爆器输出冲击波引爆传爆组件，传爆组件再引爆导爆索。该发火序列可靠地将撞针的撞击能量转换为冲击波输出。

2 实现导爆索爆炸扩孔的方法

2.1 理论分析

爆轰是一伴有大量能量释放、带有一个以超声速运动的冲击波前沿的化学反应区沿炸药传播的流体动力学过程。这种带有高速化学反应区的冲击波称为爆轰波。炸药爆炸除了形成爆轰波还会形成能量密度很高的爆轰产物，爆轰波和爆轰产物剧烈的冲击恰恰是造成目标损伤破坏、或使目标发生推进加速运动的根本原因。

试验数据分析表明，炸药在水中爆炸时冲击波阵面超压可用下面函数描述：

这里Δpy为冲击波阵面超压，Pa；α为冲击波压力的衰减系数；r0为装药半径，m；r为介质与爆心距离，m。

对于TNT炸药，当35

2.2 实现过程

采用钻杆输送爆炸扩孔装置至预定的扩孔位置，在钻杆内充满液体，通过地面泥浆泵加压，剪切销被剪切，撞针解锁撞击起爆器，起爆器输出冲击波引爆传爆组件及导爆索。导爆索爆炸后产生的冲击波作用在井壁岩石上，造成地层岩石压碎和破裂，从而达到扩孔的效果。爆炸扩孔后所产生的岩石碎屑，通过钻井液的循环带出到地面。

3 导爆索爆炸扩孔可行性验证试验

3.1 试验方法

将导爆索密集螺旋缠绕在外径为Φ178 mm的钢管外圆上，导爆索共缠绕11圈，钢管缠绕部分长度共58.8 mm，导爆索总长度约为6 150 mm，装药量约为129.9 gTNT当量。连接好后将钢管送入混凝土靶中，用塑料导爆管雷管引爆发火，观察并对比发火前后混凝土靶内孔尺寸及形状，以此验证导爆索是否能将混凝土靶中的孔眼进行扩孔(见图4)。

图4 导爆索爆炸扩孔试验

3.2 试验结果

发火后，缠绕在钢管外圆的导爆索完全被引爆，有导爆索缠绕的部分钢管凹入，外径减小5～7 mm(见图5)；混凝土靶内孔呈螺纹状，扩孔效果明显，尺寸较均匀(图6)，螺纹状内孔底部单边尺寸扩大5～7 mm，顶部尺寸不变，扩孔率约为6%。初步分析扩孔后混凝土靶内孔形状与导爆索缠绕方式有关。

图5 导爆索爆炸后钢管凹入

图6 导爆索扩孔试验效果

4结论

(1)通过地面爆炸扩孔试验的验证，运用导爆索爆炸产生的冲击波对岩石壁进行扩孔是可行的。

(2)岩石壁上的扩孔痕迹与导爆索的缠绕密度有关。只有在所缠绕导爆索正对的岩石壁上才会形成扩孔痕迹。

[1] 秦春，陈小元，董来名，等．定向随钻扩孔技术在塔河油田TH10233CH井的应用[J]．复杂油气藏，2015，8(1)：62-66．

[2] 马清明，王瑞和．随钻扩眼工具及技术研究[J]．天然气工业，2006，26(3)：71-74．

Feasibility study on detonating cord explosive reaming of downhole

Wen Ping1，Chen Xiaoyuan1，Qin Chun1, Wang Wei1，Chen Huiqing2

(1.JiangsuDrillingCompany,SinopecOilfieldServiceHuaDongCorporation,Yangzhou225261,China；2.ChuannanEnergyTechnologyCorporation，Luzhou646000,China)

In the reaming operation of petroleum drilling construction,the application of conventional reamer has problems such as reaming blade broken, long reaming cycle and high reaming torque, so the reaming effect is not ideal.To solve the problems ,the detonating cord explosion reaming method was studied. It is to use the explosion shock waves produced by the explosion of detonating cord to ream the predetermined interval. The key techniques include the design of device structure,transportation and detonation order. The feasibility of detonating cord explosion reaming was tested on the ground.It is shown that the use of detonating cord blast shock waves to ream the rock wall of the borehole is feasible.

drilling; detonating cord; explosion; reaming

TE24

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.03.013

2017-06-19；改回日期：2017-07-24。

文平(1972—)，高级工程师，现从事钻井工程技术的研究及管理工作。E-mail:wenping.oshd@sinopec.com。

攻关项目：中国石油化工集团公司前瞻性研究项目(JP16016)：钻井爆炸扩孔技术前瞻性研究。

(编辑 韩 枫)