油气井特种爆破技术

文章编号:1006-7051(2003)01-0032-06

油气井特种爆破技术

景振禹,张双计

(西安近代化学研究所,西安710065)

摘 要:油气井特种爆破技术是火炸药与油田特种作业紧密相关的技术,用它能有效地解决油田作业

中存在的问题。本文首先简要介绍了油气井爆破的特点,然后结合实际产品研制和现场工作,论述了几种有代表性的油气井特种爆破技术,其中包括聚能射孔、聚能切割、爆炸整形、爆炸焊接以及高能气体压裂;同时分析了几种爆破器材的作用原理。

关键词:油气井;爆破;射孔;切割;压裂;整形;焊接中图分类号:TE357 3;T E358+ 4 文献标识码:A

SPECIAL BLAST ING T ECH NOLOGIES FOR OIL GAS WELL

JIN G Zhen y u,Z H AN G Shuang j i

(Xi an Moder n Chemistry Resear ch I nstitute,Xi an 710065,China)

ABSTRAC T:The special blasting technolog ies for oil gas well,closely relating the pow der to special oil field operations,can be used for effectively solv ing the problems in oil field operations Firstly,the characteristics of the special blasting technologies for oil g as well are briefly introduced In the light of product development and

site w ork,then,some of typical special blasting technolog ies are discussed including cumulative perforation and cutting,explosive reshaping and w eld,and pressing crack by high energy gas At the same time,the operation principles of a few ex plosive devices are analyzed

KEY WORDS:Oil gas well;Blasting;Perforation;Cutting ;Pressing fracturing;Reshaping;Weld

收稿日期:2002-11-06

作者简介:景振禹,燃烧爆破工程公司总经理,研究员、硕士。

1 引 言

油气井爆破技术是随着我国石油工业的发展而建立和发展起来的一种新型爆破技术,其特点是爆破器材在油气井内特定的环境下进行爆炸或燃烧作用,达到原油或天然气开采和增产的目的。同时,油气井爆破技术还解决了钻井工艺中的卡钻事故、钻井井壁取芯技术及套损井的爆炸修复技术,促进了我国钻井工艺和采油工艺的发展。

随着我国石油工业的发展,我国的油气井爆破技术也得到了迅速的发展,特别是在改革开放以后,石油钻井和开采技术迅速和国际接轨,其技术和工艺水平得到了很大的提高,从而带动了油气井爆破

技术的发展。近年来,西安近代化学研究所利用军工技术,先后研制成功了特种射孔、油气井切割、套

损井爆炸整形与焊接、高能气体压裂等油气井专用特种爆破技术,推动了石油工业的发展,开辟了我国爆破技术的新领域。油气井爆破主要有以下特点:

(1)油气井爆破在特定的条件下进行。油气井爆破与一般爆破工程不同,它是在油气井特定环境中实施的爆破作业。油气井的构造见图1,由表层套管、技术套管、油层套管等组成。爆破施工一般在套管内指定的油气井层位(如油层)进行,如射孔、压裂、整形、切割等施工作业。我国陆地油田绝大部分井身为5 5英寸套管,其内径为127 3~118 6mm,壁厚分别为6 2、6 98、7 72、9 17、10 54mm 等,井内还充满了各种井液。在这样的特定条件下进行爆破,首先要求爆破器材的设计制造应结合油气井

第9卷 第1期2003年3月

工程爆破ENGINEERING BLAST ING Vol 9,No 1M arch 2003

施工的特点,

爆破施工技术要求十分严格。图1 油气井结构

F ig 1 Structure of an oil gas well

(2)油气井爆破在复杂的外界环境中进行。陆上油井井场,上有高压电缆线,地上有各种施工设备和机械、车辆等,常伴有感应电、杂散电流、射频等不安全因素,安全性要求甚高。若不加注意,将会带来井毁人亡的灾难。在海上油田,油气井爆破施工是在固定式钻井平台、自升式平台或半潜式钻井平台上施工,其外界环境更加恶劣。

(3)油气井爆破器材要有良好的耐温、耐压性能。我国油田的油层,大部分在1000~4000m 深处,超深井可达到6000~8000m 深度,井温很高,可达250!,泥浆的压力可达到140M Pa 。在这样的高温、高压下实施爆破,其爆破器材必须满足耐高温、高压的要求。在高温、高压下爆破器材的发火感度、热稳定性、爆炸威力等性能要保证稳定,达到工程设计的要求。

(4)油气井爆破器材应具有良好的密封性能。油气井爆破在数千米深的油气井内进行,井内充满了井液,这就要求爆破器材具有良好的密封性。

(5)起爆、传爆技术具有特殊要求。油气井用起爆、传爆器材必须满足耐温、耐压、密封、绝缘的特定要求,为满足这些特殊要求,现在采用安全电雷管起爆、撞击起爆、压差起爆、定时起爆等新技术。

2 典型的油气井爆破技术

油气井爆破技术是利用火炸药的作用能量,在油气井中通过特定装置而实施的井下爆破作业技术。典型的爆破技术有聚能射孔技术、聚能切割技

术、高能气体压裂技术和套管爆炸整形焊接技术。其它的井下爆破技术还有很多,但上述技术应用最

广泛、最具有代表性,下面主要简述这几种技术的原

理及用途。2 1 聚能射孔技术

聚能射孔技术是石油勘探与开发系统工程中极为重要的技术。所谓射孔就是依据勘探和开发方案,应用聚能射孔装置在油气层部位射孔,使井下套管和水泥环形成穿孔,沟通井眼与油气层,以便有效地开采原油、天然气或实施井下注水。聚能射孔技术,根据其射孔弹和射孔装置的不同,又发展出增效射孔、全通径射孔、复合射孔、防砂射孔等技术,但最基本的技术是聚能射孔弹设计,其基本结构见图2。一般地说,对于聚能作用,能量集中的程度可用单位体积能量密度E 来衡量。爆轰波的能量密度可

用下式表示:

E = p (n -1) +12u 2=p n -1+12 u

2

(1)

式中:E 为爆轰波的能量密度; 为爆轰波阵面的密度,kg/m 3

;p 为爆轰波阵面的压力,Pa;u 为爆轰波阵面的质点速度,m/s;n 为多方指数。

图2 聚能射孔弹的结构

Fig 2 Structure of a cumulative per for at ion dev ice

取多方指数为3时,p = 0D 2

/4, =4 0/3,

u =D /4,代入式(1)中,则得:

E =( 0D 2/8)+( 0D 2

/24)

(2)

式中: 0为炸药的密度,kg/m 3

;D 为炸药的爆速,

m/s 。

式(2)右边第1项为位能,第2项为动能,位能大于动能。而在聚能过程中,动能是能够集中的,位能则不能集中,反而起分散作用,所以只带锥孔的圆柱形药柱的能量集中程度不是很高。但是在药柱锥孔表面加一个金属药型罩,爆轰产物推动罩壁向轴线运动,炸药的能量传递给了药型罩,炸药能量的大部分表现为动能形式,这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。同时,罩壁在轴线处汇聚碰撞时,使能量密度进一步提高,形成高速、高温、高能量密度的金属射流,从而达到提高穿深的

∀

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