聚能射孔器混凝土靶穿孔深度動態評價初探

李東傳，金成福，余海鷹

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）

■標準化

聚能射孔器混凝土靶穿孔深度動態評價初探

李東傳，金成福，余海鷹

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）

GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術條件》中聚能射孔器混凝土靶穿孔深度評價方法無法持續地促進產品質量的提高。通過對國內聚能射孔器產品在混凝土靶上的穿孔深度變化規律的分析，給出了穿孔深度增長規律——外徑89mm的聚能射孔器2007-2013年增長約25%，提出了建立與產品整體水平聯動的評價方法。用新的評價方法對監督檢驗結果進行分析，表明隨著產品整體水平而相應提高的評價指標能更有效地促進產品質量的提高，同時提高了評價的合理性，為標準的修訂提供了依據。

聚能射孔器；混凝土靶；穿孔性能；動態評價

在地面條件下，利用混凝土靶檢驗聚能射孔器的穿孔性能和安全性能是目前國內外最常用的檢驗方法。在國內執行的是GB/T 20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗方法》[1]中的地面混凝土靶射孔試驗（修改采用API RP19B《油氣井射孔器評價的推薦作法》），其配套的評價標準是GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術條件》[2]。通過檢驗和評價來達到保證產品質量穩定，并積極促進提高各項性能指標的目的。

1997年制定SY/T 5128-1997《油氣井聚能射孔器通用技術條件》時，外徑89mm、102mm聚能射孔器混凝土靶穿孔深度評價指標分別為400mm、500mm；2006年制定GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術條件》時，外徑89mm、102mm聚能射孔器混凝土靶穿孔深度評價指標分別上升為450mm、550mm。標準中的判定方法是：評價值（平均值－k倍的標準差，k由標準給出）大于等于評價指標（單側下規格限，即判定為合格的最低指標）時為合格。隨著射孔器材制造技術的發展，聚能射孔器的穿孔深度等指標不斷提高，制定的評價指標也相應提高。標準制定時評價指標是合理的，隨著時間的推移，技術進步、產品性能指標相應提高，此時評價指標明顯偏低，已起不到促進產品質量提高的目的。

通過對2007-2013年監督檢驗及部分質量評價檢驗數據的修正、分析，研究了油田常用外徑89mm、102mm的聚能射孔器在混凝土靶上的穿孔深度增長規律，并改進評價方法。

1 穿孔深度的增加給評價帶來的新問題

1.1 穿孔深度的增加，評價的嚴格程度隨之下降

對2007-2013年監督檢驗產品進行統計分析，國內外徑89mm聚能射孔器材穿孔深度的平均值、評價值的平均值均有明顯上升，6年間分別上升了25.4%和25.5%，合格率由87.5%上升為100%；外徑102mm聚能射孔器材穿孔深度的平均值、評價值的平均值也均有明顯上升，6年間分別上升了26.4%和23.6%，合格率均為100%（表1）。表明國內聚能射孔器材制造技術有了顯著進步，尤其是在2011年前后，平均穿孔深度有了大幅度的提高；但不同廠家的產品性能相差較大，穿孔深度最低值較平均值差別大且上升緩慢，說明部分廠家的制造技術較整體水平仍有較大差距。

GB/T 20489-2006標準制定時的評價指標是合理的，隨著射孔器材制造技術的發展，產品的穿孔深度不斷提高，導致制訂標準時合格的評價指標隨著時間的推移而明顯偏低。這時標準無法達到制定時的目的——促進產品質量的提高。

1.2 國內產品穿孔深度指標提升空間較大

對比同時期國內平均水平、國內外最好水平的數據（表2）表明：國內最好產品與同級別的國外產品的穿孔深度指標十分接近，但平均水平與最好產品間的差距為30%左右，國內部分產品的穿孔深度指標仍有很大的提升空間，至少提升15%～20%沒有問題。

表1 2007-2013年聚能射孔器穿孔深度監督檢驗數據

表2 國內外聚能射孔器孔穿孔深度指標分析

1.3 保持評價水平的思路探討

鑒于標準中的評價指標一旦制定后就不能隨意更改，而制定標準時的評價水平與當年或當時幾年的產品整體水平相關。如果要保持評價水平，只能建立評價方法與該年度的產品整體水平間的相關性，通過整體水平的提高來相應修正評價指標。

基本思路:以標準制定年度（如2013年或2011-2013年）整體水平為依據,當某一年度平均值或標準制定年度整體水平大于1時,以該值為系數修正下一年度評價指標；當比值不大于1時,則不需要修正下一年度評價指標。

2 持續促進穿孔深度提高的方法

2.1 確定相對合理的評價指標

按GB/T 20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗方法》要求制作的混凝土靶的抗壓強度隨養護時間的延長而增大，而抗壓強度的變化又影響聚能射孔器的穿孔深度。研究表明混凝土靶的抗壓強度隨養護時間的增加而增大，穿孔深度隨抗壓強度的增加而降低，抗壓強度每增加10 MPa時平均穿孔深度降低約為6%～12%，聚能射孔器設計不同降低程度不同[3]。給出了抗壓強度對穿孔深度修正方法：混凝土靶抗壓強度在34.5～45.0MPa時的試驗結果不需修正；抗壓強度在45.1MPa及以上時抗壓強度每增加5MPa（不足5MPa時按5MPa計算）穿孔深度向上修正5%[4]。

經生產廠家、油田使用單位的專家討論修正了抗壓強度對穿孔深度修正方法：當混凝土靶抗壓強度大于40.0MPa且不大于50.0MPa時，修正后穿孔深度為測得值的1.05倍；當混凝土靶抗壓強度大于50.0MPa時，修正后穿孔深度為測得值的1.1倍。

按以上方法對2011-2013年監督、質量評價產品的穿孔深度進行了修正，外徑89mm聚能射孔器的穿孔深度評價最低值分別為505mm、517mm和572mm，外徑102mm聚能射孔器的穿孔深度評價最低值分別為556mm、663mm和640mm。經生產廠家、檢驗部門和油田使用單位的專家協商決定，2014年修訂標準時，擬確定外徑89mm聚能射孔器的評價指標為520mm，該產品的3年綜合合格率為85%、2013年合格率為85%；擬確定外徑102mm聚能射孔器的評價指標為640mm，該產品3年綜合合格率為89%、2013年合格率為95%。評價指標基本合理。

2.2 建立與整體水平聯動的評價方法

為了保持評價嚴格程度的一致性，建議采用動態評價。當產品整體水平不高時，評價指標也不高；整體水平提高時，評價指標也隨之提高，以促進相對落后產品的制造技術升級。判定規則：

當-X-ks≥L×a時，判定合格，當-X-ks＜L×a時，判定不合格。其中，-X為平均穿孔深度，mm；k為系數；s為標準差，mm；L為判定值；mm。

3 動態評價效果分析

3.1 2007-2013年評價結果分析

利用GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術條件》中的評價方法評價外徑89mm聚能射孔器的穿孔深度。除了2007年合格率為87.5%外，其它年度均為100%（表1）。

用新的評價方法評價2007-2013年的監督檢驗結果。2007年、2008年評價指標為450mm，2009年及以后的評價指標由公式（1）計算獲得。計算時取2007年產品平均值穿孔深度（假定為標準制定時選用的參考值），A1取2008-2013年產品平均值穿孔深度。計算的評價指標分別為：462、481、487、533mm和559mm，以新指標評價則各年度合格率分別為：100%、100%、81.8%、84.6%、84.6%和72.7%（2011、2012和2013年修正后分別為：100%、92.3%和100%），新的評價指標按整體水平上升速度上升（由于計算方法原因按前一年的上升速率計算），在評價值的平均值下方約70mm處運行。可以剔除遠遠低于平均水平的產品，從促進產品性能的提高方面考慮更合理。

3.2 新的評價指標的合理性預測

按2007-2013年穿孔深度上升規律預測外徑89mm聚能射孔器2014-2018年的監督、質量評價結果，穿孔深度年均增長率為4%左右，預計2014年以后5年總的增長幅度可能達20%左右。評價指標也應按該規律上升，2014-2018年評價指標為：520、541、562、582mm和603mm。監督檢驗最低值按年均2.4%增長率計算，預計5年的平均穿孔深度為：586、599、613、627mm和641mm；質量評價檢驗最低值按年均2.4%增長率計算，預計5年的平均穿孔深度為：501、512、524、536mm和548mm。

利用GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術條件》中的評價方法評價。2013年監督檢驗最低值為520mm，已經合格，正常情況下2014年以后的合格率應均為100%；質量評價檢驗最低值也在2016年達到524mm，正常情況下2016年以后的合格率應均為100%。用新的評價方法評價時，監督檢驗產品的穿孔深度指標均合格，質量評價檢驗的最低值均不合格。

考慮到監督檢驗樣品具有普遍的代表性，而質量評價檢驗中的部分樣品可能是新組合，廠家對其重視程度也低于監督檢驗產品，其結果的代表性較低。因此，如按GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術條件》中的評價方法評價，標準修訂擬確定的評價指標（520mm）也不高，如按新的評價方法評價，可以隨著產品整體水平的提高來修正評價指標，評價指標定為520mm則相對合理些[5]。

4 結論與建議

1）國內最好的聚能射孔器產品的穿孔深度接近國外最好水平，但國內整體水平不高，還有很大的提升空間。

2）國內聚能射孔器產品穿孔深度提高緩慢，2007-2013年平均4%左右，部分產品甚至幾年沒有改進。

3）給出了新的評價方法，可根據產品的整體水平修正評價指標，以達到持續促進相對落后產品改進的目的。建議修訂GB/T 20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術條件》時予以考慮，以促進國內產品穿孔性能的提高。

[1]國防科學技術工業委員會民用爆破器材服務中心.油氣井聚能射孔器材性能試驗方法:GB/T 20488-2006[S].北京:中國標準出版社,2007.

[2]國防科學技術工業委員會.油氣井聚能射孔器材通用技術條件:GB/T 20489-2006[S].北京:中國標準出版社,2007.

[3]李東傳,姜延東,金成福,等.混凝土靶養護時間與抗壓強度和聚能射孔器穿孔深度的關系初探[J].測井技術,2008,32 (5):476-478.

[4]李東傳,金冶,金成福,等.關于GB/T 20489-2006中聚能射孔器在混凝土靶上穿孔深度評價方法的探討[J].石油工業技術監督，2012,28(7):32-34.

[5]陸大衛.油氣井射孔技術[M].北京:石油工業出版社,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

李東傳（1969-），男，高級工程師，研究方向為油氣井用射孔器材檢測技術。