地震勘探電雷管作用時間測試系統的研究

李冰，黃麗娜，廖寧寧，李厚磊

石油工業油氣田射孔器材質量監督檢驗中心(黑龍江大慶163853)

地震勘探電雷管作用時間測試系統的研究

李冰，黃麗娜，廖寧寧，李厚磊

石油工業油氣田射孔器材質量監督檢驗中心(黑龍江大慶163853)

通過對地震勘探雷管作用時間參數的分析，建立了地震勘探電雷管作用時間測試系統，設計并研制了室內用且具有綠色環保功能的雷管爆轟測試罐。該爆轟測試罐主要由試樣端口、測試端口、安全防護裝置和固廢處理裝置等組成，測試系統使用光電式傳感器進行數據采集，通過對采集的測試數據分析和處理，結果表明:該系統能夠精確檢測雷管的作用時間，降低雷管起爆噪音，減少了因有毒氣體和爆轟粉塵的排放而對環境的污染，保證測試人員的安全，且能夠滿足產品相關標準對測試的要求。

地震勘探電雷管;測試罐;作用時間

根據GB/T 16625-1996《地震勘探電雷管》標準要求'地震勘探電雷管的作用時間t＜1.0ms'試驗中要求停止靶為光靶[1］。對地震勘探電雷管進行監督檢驗時'由于室外測試有多種干擾的自然因素'例如雜散電流、強光等'會導致測試數據失真'所以檢驗地震勘探雷管的作用時間必須在室內進行。根據GB 8031-2005《工業電雷管》標準要求[2］'測試地震勘探雷管作用時間必然在室內起爆雷管'而室內起爆雷管會產生大量的有毒氣體和高分貝噪音'且爆轟后碎片與粉塵難以清理。因此'研制一種室內環保型雷管作用時間測試系統就顯得尤為重要。不僅可以準確測試地震勘探雷管的作用時間'而且保證了檢驗人員的操作安全'減少爆轟有毒氣體和噪音對操作人員的傷害'同時還降低了對環境的污染。

1 測試原理

工業電雷管的作用時間是指向雷管輸入激發能開始至雷管爆炸所經歷的時間'作用時間是依據時間間隔測量原理'即測定起始電壓脈沖信號和截止電壓脈沖信號之間時基脈沖數[3］。

檢驗作用時間的系統主要是由高壓大電流智能雷管電參數測試儀'光電傳感器和雷管爆轟測試罐組成。高壓大電流智能雷管電參數測試儀輸出起爆初始脈沖'起爆地震勘探電雷管'其產生的光強度觸發光電傳感器'再根據初始脈沖'測定與其截止電壓脈沖信號之間時基脈沖數'即作用時間'而初始脈沖信號與截止脈沖信號由光電傳感器根據光強度控制的。光電傳感器是一種新型的傳感器'是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的'它的物理基礎是光電效應'即半導體材料的許多電學特性都因受到光的照射而發生變化[4］。一般情況下是由發送器、接收器和檢測電路3部分組成'發送器對準目標發射光束'或者改變脈沖寬度'接收器由光電二極管組成'在接收器的前面'裝有光學元件如透鏡和光圈等'在其后面是檢測電路'能濾出有效信號'最后傳輸給高壓大電流智能雷管電參數測試儀。雷管爆轟測試罐主要由試樣端口、測試端口、安全防護裝置和固廢處理裝置4部分組成'主要功能是安裝和固定光電傳感器'將雷管試樣放入爆轟測試罐中進行安全爆轟'將產生的光信號傳輸給傳感器'同時對雷管由于爆轟產生的有毒氣體'噪音和廢棄物等進行無害化處理'避免對檢驗人員造成人身傷害。

2 系統組成

作用時間測試系統主要由3部分組成:記錄系統、接收系統、爆轟測試系統。

1)記錄系統主要由高壓大電流智能雷管電參數測試儀組成，該測試儀的輸出電流10～4 000mA，測量作用時間為0.01～999.9ms'測試精度完全可以滿足相關標準檢驗要求。

2)接收系統主要由信號線和光電傳感器組成'光電傳感器采用的光敏元件是光敏二極管'它具有精度高'反應迅速等特點。

3)爆轟測試系統主要由雷管爆轟測試罐組成'爆轟測試罐如圖1所示'主要是由試樣端口、測試端口、安全防護裝置和固廢處理裝置4部分組成。①試樣端口:雷管爆轟測試罐試樣端口頂部采用彈簧式安全設計'拉動試樣入口的防護罩'將試樣放入罐體后'防護罩自動彈回'防止雷管爆轟產生的碎片傷害檢驗人員'同時保證因爆轟產生的有毒氣不進行外泄'保護人員安全。試樣通過端口進入試樣實驗區'實驗區主要是由防護鋼板和泄爆孔道組成'防護鋼板保護測試罐體不受雷管爆轟波的沖擊'防止雷管爆轟產生的大量碎片破壞罐體的噪音處理壁和水防護層。泄爆孔道可以消除雷管爆轟波沖擊鋼板時產生的噪音以及壓力'降低爆轟波對防護鋼板的沖擊。②測試端口:測試端口安裝了防護裝置'確保光電傳感器不會因雷管爆轟而遭到破壞'同時安裝了光電與壓電傳感器通用接口'保證了不同種傳感器的安裝與使用。③安全防護裝置:安全防護裝置主要由噪音處理壁、水防護層、外層防護鋼板和防靜電滑輪等4部分組成。外層防護鋼板保證罐體的抗沖擊強度。防靜電滑輪保證罐體整體的靜電防護'保證人員測試雷管操作過程中的安全。噪音處理壁和水防護層主要將雷管爆轟產生的噪音進行吸收和消除'達到GB 3096-2008《聲環境質量標準》中規定室內噪音不能高于70dB的標準[5］。④固廢處理裝置:固廢處理裝置主要由煙塵處理孔道和破片儲存間組成。煙塵處理孔道主要處理雷管爆轟產生的各種有毒氣體和粉塵'排風機將有毒氣體和粉塵吸入處理器中'處理器將有毒氣體和粉塵進行吸收和凈化'然后進行室外排放。破片儲存間儲存雷管爆轟產生的破片與導線等廢棄物'最多可存儲2 000發雷管的廢棄物。測試罐底部的固廢處理閘門采用開孔補強原理進行了處理'保證實驗儀器的耐沖擊強度。

圖1 地震勘探雷管爆轟測試罐

3 實驗測試與數據分析

3.1 實驗測試

測試勘探電雷管的作用時間'首先檢查并調試作用時間的測試系統儀器'使儀器處于正常工作狀態'連接信號測試線'安裝光電傳感器'調節高壓大電流智能雷管電參數測試儀電流'使輸出電流為3.5A'實驗要求作用時間測試精度0.01ms。取1發雷管'將其放置于爆轟測試罐裝置內'腳線末端接在測試儀電流輸出端上。清零后啟動測試儀的通電開關'準備起爆'確保儀器參數設置正確和運行正常后'將雷管進行通電'起爆。雷管爆轟后'記錄測試儀顯示的時間'平行實驗10次'實驗結果見表1。

3.2 數據分析

根據表1所示'某一型號的勘探電雷管的作用時間平均為0.65ms'平行測定的數值之間波動較小'其標準差為0.025'符合相關標準要求。該套系統能夠利用光電傳感器接收信號'測試精度較高'數值精確'能夠較好達到相關標準對于該種雷管檢驗作用時間的要求。

作用時間測試過程中'為檢測雷管爆轟產生噪音對人體的傷害'實驗過程中模擬檢驗操作人員的身高與操作起爆儀器的距離'安裝標準聲級計并進行測試'實驗結果見表2。雷管室內爆轟沒有經過處理前噪音聲級平均為122.9dB'經過爆轟測試罐的噪音處理壁和水防護層處理'噪音聲級平均為47.6dB'相對降低了71%'噪音聲級指標達到了國家標準要求'說明雷管爆轟測試罐能夠有效地降低噪音'保護檢驗人員的聽力。

同樣模擬檢驗操作人員的身高與操作起爆儀器的距離'安裝有毒氣體測試儀并進行測試'實驗結果見表3'雷管爆轟后產生的有毒氣體經過爆轟測試罐處理后'由原來的平均濃度51.0mg/L'降低至10.2mg/L'有毒氣體濃度減少了80%。說明雷管爆轟測試罐能夠有效地過濾和吸收有毒有害物質'減少了有毒氣體和爆轟垃圾產物的排放'有效地保護了檢驗人員的安全'同時更利于保護環境。

表1 勘探電雷管作用時間測試數據表

表2 地震勘探電雷管爆轟噪音對照表

表3 地震勘探電雷管有毒氣體對照

4 結論

1)地震勘探雷管的作用時間測試系統'數據采集停止靶采用光電式傳感器'能夠精確測試雷管的作用時間'精度達到0.01ms'較好地完成了監督檢驗產品的相關要求'保證了監督檢驗工作的科學性和準確性'該套系統的建立'有利于公正科學的評價地震勘探電雷管的產品質量'對于油氣田勘探的發展具有一定的促進作用。

2)設計和研制的室內用雷管爆轟測試罐'符合民用爆炸物品檢驗的安全規定'具有操作簡單'安全環保等特點'有效地避免了雷管爆轟后產生的有毒氣體和噪聲對人體的傷害'很好地完成了作用時間檢驗項目'保證了地震勘探電雷管在油氣田勘探使用中的質量和安全。

3)地震勘探雷管的作用時間測試系統'能為油氣田勘探開發提供有效的數據參考'保證了勘探開發的施工質量'為油氣田勘探開發提供了技術支撐。

[1］GB/T 16625-1996地震勘探電雷管[S］.

[2］GB 8031-2005工業電雷管[S］.

[3］張立.爆破器材性能與爆炸效應測試[M］.合肥:中國科學技術大學出版社，2006.

[4］任海萍.光電傳感器的應用與發展[J］.科技風'2011(1):278.

[5］GB 3096-2008聲環境質量標準[S］.

The test system for the electric detonator action time in seismic exploration is established by analyzing the action time of the electric detonators，and a green detonator detonation test tank used in laboratory is developed.The test tank mainly consists of sample port，testing port，safety protection device，solid waste treatment device，etc.The test system uses photoelectric sensors to collect data.The processing and analysis of the collected data show that the test system is capable of accurately detecting the action time of detonators，reducing noise，and decreasing the environment pollution of the toxic gases and dust emissions produced by detonation. So it ensures the safety of testers and can meet the requirements of the relevant standards to the test tank.

electric detonator for seismic exploration;test tank;action time

左學敏

2014-10-16

李冰(1982-)'男'工程師'現從事民用火工品和石油射孔器材檢測及管理工作。