渤海油田K井射孔槍斷爆事故分析

王　帥 ，宋瑞河 ，譚偉雄 ，李　欣

1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司　（天津　300459）

2.中海油田服務股份有限公司油田技術事業部　（天津　300459）

射孔作業是油井順利投產的一個關鍵性環節。油公司對一次成功率相當重視，一旦射孔失敗，往往需要花費大量時間和經濟成本來彌補，更嚴重地會產生不可逆轉的巨大損失。在眾多射孔事故中，射孔槍斷爆所占比例最高。以渤海油田K井斷爆事故為例，按作業工序，對射孔槍管串逐一進行排查，篩選出潛在的問題點，通過模擬試驗，對問題儀器的作業及故障狀態進行還原，得出了導致事故發生的根本原因，總結出一般處理方式，以提高對射孔槍斷爆的整體認識，促進作業程序的規范，從而避免事故發生。

1　工程概況

K井采用上下雙壓力延時負壓射孔，射孔段108.6 m，彈槍加空槍共25根（自下而上編號1號、2號……25號）。作業步驟：下槍、校深、坐封封隔器、再校深、點火、放噴、起槍[1]。射孔數據見表1和表2。

射孔激發完畢后，起出射孔槍至井口，觀察槍串狀態。發現25號至4號槍，未被引爆。21號槍距其底部2.79 m處一盲孔破裂，如圖1所示。3號槍底部0.86 m射孔異常，上部發射正常，下部未正常穿孔，且槍管膨脹。

表1　射孔數據表

2　事故調查及分析

2.1　事故調查

具體槍串狀態：①上部壓力點火頭未動作，剪切銷釘正常。下部點火頭動作，剪切銷被剪斷。②4號射孔槍未發射，底部導爆索爆燃1.5 m，頂部導爆索正常。③5號至19號射孔槍進水，傳爆系統無異常現象。④20號射孔槍頂部中接頭處扶正塞被擠爛，如圖2、圖3所示，部分扶正塞殘片堵在中接頭中心孔處，中接頭3個旁通孔均有堵塞現象，導爆索被壓至彈架管內。⑤22號至25號射孔槍進水，傳爆系統無異常現象。

表2　射孔基本參數

圖1　21號槍盲孔異常情況

2.2　事故分析

綜合上述調查結果，歸納出圖4所示事故分析圖，并進行分析。

2.2.121號槍盲孔破裂分析

從調查結果得出的結論很多，但其中21號槍一盲孔破裂是至關重要的疑點。射孔槍未引爆，但是盲孔破裂。事后對該盲孔進行測量，發現該盲孔加工偏深,盲孔剩余壁厚1.7~1.8 mm，而設計要求為4.59 mm以上。由于該盲孔加工偏深，導致其耐壓極限降低，在靜液柱壓力的作用下，盲孔破裂，射孔槍柱進水[2]。因此，射孔槍盲孔破裂導致射孔槍進水可能是該井發生事故的直接原因。

圖2　20號射孔槍頂部中接頭

2.2.2下點火頭動作而上點火頭未動作分析

首先需要驗證工具本身的質量是否存在問題。對該點火頭進行拆卸檢查，發現點火頭結構完好，剪切銷釘可自由取出，外觀完好。延時火藥和撞擊雷管未起爆，延時火藥外觀無異常，撞擊雷管輸出端有明顯向內凹陷的痕跡。

圖3　20號射孔槍彈架管頂部

試驗驗證：把延時火藥和撞擊雷管拆卸后，復原剪切銷釘（與下井排布相同，并使用原銷釘）進行檢查試驗，該井設計使用1個剪切銷釘，單顆銷釘的剪切值為3.62 MPa，地面剪切壓力為37.83~41.81 MPa。地面連接手壓泵，進行剪切試驗，打壓至40 MPa時，銷釘被剪切（圖 5）。

通過試驗驗證，該點火頭在正常壓力范圍內被擊發，該點火頭不存在質量問題。在井下未正常擊發的原因分析：

1）通過負壓開孔裝置正常開孔的現象說明，負壓開孔裝置傳壓管等傳壓通道暢通（圖6），幾次加

圖4　事故結果分析圖

壓壓力均作用在頂部壓力延時點火頭剪切滑套的頂部[3]。

圖5　點火頭動作后的狀態

圖6　負壓開孔裝置原理示意圖

2）通過撞擊雷管輸出端明顯向內凹陷的現象說明有壓力作用在撞擊雷管的輸出端，而雷管室上下不密封，該壓力必然作用在剪切滑套的底部。

3）21號射孔槍盲孔破裂導致射孔槍進水，靜液柱壓力通過射孔槍作用在了剪切滑套的底部導致地面加壓時剪切滑套上下兩端的壓差不足于剪斷剪切銷釘,壓力延時點火頭結構原理[4]如圖7所示。

圖7　壓力延時點火頭結構原理示意圖

2.2.3射孔槍斷爆及射孔異常分析

1）由于21號射孔槍盲孔破裂，導致射孔槍柱進水，靜液柱壓力作用在20號射孔槍頂部中接頭中心孔處，擠壓傳爆管橡膠扶正塞，擠爛橡膠扶正塞，并把導爆索擠進彈架管。

2）射孔液通過20號射孔槍頂部中接頭中心孔或旁通孔慢慢滲入下部射孔槍，導致在3號射孔槍的底部積水。

3）加壓擊發底部壓力延時點火頭時，因3號射孔槍底部積水，導致射孔彈爆燃，未聚能發射，底部射孔槍膨脹[5]。

4）由于3號射孔槍底部積水，可使導爆索爆速降低，傳至4號射孔槍底部傳爆管時能量不足，導致導爆索爆燃直至斷爆，4號射孔槍射孔彈未發射。

2.2.41、2號射孔槍正常的原因分析

由于20號射孔槍頂部中接頭堵塞嚴重，射孔液只能慢慢滲入下部射孔槍，靜液柱壓力未作用到20號射孔槍以下的射孔槍柱，1、2號射孔槍沒有大量積水，底部壓力延時點火頭未受到影響，在井口加壓時可正常擊發。

3　試驗驗證

為證明上述事故分析的正確性，模擬了射孔槍進水射孔試驗。

1）試驗方法：按正常裝槍狀態裝配射孔彈5發，將尾部3發彈浸泡入清水中3 h后起爆射孔槍，觀察槍身上的穿孔情況，過程如圖8所示。

圖8　模擬射孔槍進水試驗方案

2）試驗結果：空氣中2發彈穿孔正常，3發浸水彈穿孔異常，如圖9所示。由此可知，射孔彈在水中浸泡一定時間后，導致射孔彈功能部分失效，此時引爆的射孔彈會出現穿孔異常現象，此試驗結果與本次斷爆事故現象相符。

圖9　試驗后穿孔情況

4　結論

綜上分析，盲孔加工的誤差導致了這次斷爆事故。21號槍一盲孔壁加工過薄，下井過程中受靜液壓力破裂，井筒液體進入射孔槍，在20號槍以上形成靜液柱，使得井口打壓點火時，點火頭上下壓力差不足以剪切銷釘，故上點火頭沒有動作，井中液體進入21號槍后慢慢向下滲漏至3號槍，在底部積水造成了部分射孔彈爆燃，未聚能發射，致使槍體膨脹，導爆索的爆速降低，無法引爆4號以上的所有射孔槍，造成了斷爆事故，同時由于1號、2號槍受影響較小，得以正常射孔。

由此得出射孔斷爆事故分析的一般處理方式：首先需要對故障器材做認真詳細的調查，搜集原始加工資料，從中尋找到突破口；其次將事故現象按照作業原理及步驟，將可能的疑點一一梳理，并將線索串聯起來，以試驗還原驗證，發現并確認問題；最后劃清事故責任，減少損失。減少事故發生的建議：從源頭裝備器材抓起，嚴格把控質量，促進產品的制造升級；同時按照可能出現的潛在問題，推敲作業程序，完善作業細節，減少類似事故的發生，為油公司提供安全、經濟、高效的射孔服務。

參考文獻：

[1]石油工業標準化技術委員會.射孔作業技術規范：SY/T 5325—2013[S].北京：國家能源局,2013.

[2]唐凱,楊登波,任國輝,等.等深盲孔對射孔槍耐壓及穿深性能的影響分析[J].石油機械,2016,44(1)：34-39.

[3]劉偉,劉練.環空加壓起爆大負壓射孔工藝在大澇壩氣田的應用[J].油氣井測試,2012,21(6)：69-70,76.

[4]張維山,歐陽飛,隋朝明,等.液壓延時射孔起爆裝置的研制與應用[J].測井技術,2016,40(6)：765-768.

[5]徐培剛,陸應輝,聶華富,等.連續油管傳輸射孔異常分析及對策[J].石油礦場機械,2016,45(9)：56-61.