石油射孔中分離式無起爆藥安全點火系統運用分析

豆進元

(中國石油集團測井有限公司長慶分公司 陜西高陵 710201)

為了切實提升石油射孔的安全效果，各大專業人士和科研專家提出了多樣化的設計理念與觀點，并設計出全新的雷管裝置，但是這些雷管在實際應用階段中往往會產生意外爆炸現象。因此，運用由發火裝置和藥柱分離板塊所構建的無起爆藥安全點火系統呈現出重要的價值效用。

1 可燃氣安全度影響因素

1.1 裝藥量影響

一般情況下，主裝藥的總體數量與壓藥密度高低汪汪隊系統安全度產生不容小覷的影響，當主裝藥量大時，整體系統引爆的威力相對較大；壓藥密度大時整體裝置引爆的速率也會有所提高，引爆威力也會增大。然而系統威力增大后，引爆一瞬間向外部散發的溫度也會隨之增高，所以高爆溫和高能量沖擊波引燃的幾率相對較大。通過相關試驗可以看出，運用密度為0.87～0.93 g/cm3的RDX，其壓藥密度超出1.4 g/cm3期間，整體系統的引燃率將會呈現出穩步上升的發展趨勢，而壓藥密度超出1.5 g/cm3期間，系統引燃率也會穩步上升。

1.2 管殼強度及形狀影響

通常情況下，在開展分離式無起爆藥安全點火系統工作試驗階段中，所采用的試樣主要為鐵質法蘭管殼，此種材料呈現出較低的韌性水平，在開展一系列加工生產環節中往往會存在或多或少的裂縫或紋路等現象。如果操作人員運用攜帶裂紋的管體后，系統雷管引爆后發火裝置會在裂縫處向外噴出劇烈的火焰，進而引燃可燃氣。除此之外，這種管殼在閑置階段中往往會受到內部裝藥劑的腐蝕影響，受到腐蝕后的管殼自身強度會逐漸降低，系統引爆階段中，高溫高壓氣流會直接突破管殼的薄弱位置，進而對分離式無起爆藥安全點火系統的安全性造成影響。另外，管殼底部形狀也會對系統安全度帶來不容小覷的影響，一般情況下，雷管呈現出高強度的聚能效應，而當能量完全集中在某一位置后，便會導致此位置迅速升溫至金屬射流，因此雷管系統可燃氣的引燃率相對較高[1]。

1.3 引燃球及封口影響

一般情況下，引燃球對分離式無起爆藥安全點火系統安全度產生的影響主要包括飛散燃燒、藥頭重量和藥劑燃燒溫度等封面。據相關調查研究，通常采用的藥劑所具備的燃燒溫度及飛散燃燒效果完全低于Pb3O4-Si和其他類型引燃球藥劑。引燃球自重數量與可燃氣的安全度也有著很大的關聯性，主要體現在引燃球重量越大，燃燒過程中向外部釋放的氣體量也會隨之增大。在氣室長度達到標準范圍期間，燃燒過程中所釋放的氣體量也會有所增加，這也在一定程度上導致氣室內部所具備的壓力逐漸升高，進而形成脫爆并引燃可燃氣的現象。除此之外，封口的密閉程度及氣密性也會對分離式無起爆藥安全點火系統的可燃氣安全度帶來不小的影響及干擾。當封口直徑較大的情況下，往往會提高引燃可燃氣的概率，而且當卡頭印彼此間的距離較大時，氣室還會發生小范圍漏氣問題，引燃球在發生燃燒過程中會導致火焰由封口位置竄出，進而引燃可燃氣，而且管口存在裂縫或裂紋其間也會產生此種不良問題。

1.4 延期元件影響

延期元件對分離式無起爆藥安全點火系統可燃氣安全度帶來的影響主要體現在以下3 方面內容：一是延期藥的自身燃燒溫度；二是火焰維持周期；三是熱粒子等殘渣的噴射數量等。因為在石油射孔開展試驗期間，往往會受到外界因素及內部因素的干擾及約束，無起爆藥雷管樣品的延期元件可以運用相關延期藥拔制的鉛延期體，此種藥物在發生燃燒階段中所出現的殘渣量相對較少，而且鉛體會接納過多的燃燒熱物質進而形成熔化現象，促使殘渣有效粘連在鉛管壁表層結構中，進一步減少高熱量殘渣的噴出數量。因此，當殘渣噴射量較小的情況下，可燃氣的安全度會逐漸升高，相反則會降低。由此可以看出，延期體藥芯粗、數量多，所以在發生燃燒狀況后會噴出大量的殘渣，引燃可燃氣的概率也會隨之增加，相反如果藥芯細、藥量少便會提高分離式無起爆藥安全點火系統可燃氣的安全程度[2]。

1.5 工藝結構及質量影響

一般情況下，下印位置是影響可燃氣安全程度的關鍵部位，壓加強帽或壓延期體期間，當定位低于標準條件后，下印的頂部端口會發生嚴重的變形彎曲問題，進而降低管壁整體強度，在此問題影響效果下，便會引燃可燃氣。另外，氣室的具體長度也會對可燃氣安全度帶來不同等級的影響。當藥頭和延期體一成不變的基礎上，如果氣室長度小，便意味著其內部所含壓力逐漸升高，進而造成脫爆現象，引燃可燃氣的概率也會隨之增大。除此之外，延期體的卡中印與不卡中印也會對可燃氣安全程度造成影響，卡中印期間，可以將藥頭飛散燃燒所產生的熱粒子完全固定于封閉式氣室當中，在根本上削弱熱粒子與可燃氣的接觸效果，由此可以看出，卡中印的雷管與不卡中印的雷管相比，前者的可燃氣安全度相對較高。

2 石油射孔中分離式無起爆藥安全點火系統應用概述

2.1 作用原理

通常情況下，分離式裝置的基本構架包括飛片藥柱和發火裝置，在實際應用階段中，操作人員需要將此兩種獨立板塊展開科學化銜接處理，具體的銜接模式體現在將發火裝置的接入線路與短路導線形成關聯狀態，而剩余端口需要完全投放于藥柱預制圓孔內部加以牢固處理，在閑置或不予使用時間范圍內需要促使發火裝置與飛片藥柱始終保持阻隔狀態。起爆器也被廣泛稱為高壓脈沖發生器，其會在實際應用過程中向外部產生大量的脈沖作用力，高壓脈沖會在各路輸出導線的支持下進入發火裝置的兩側電極端口，促使高壓放電電極周邊的氣體產生高強度的電離反應，進而導致帶電粒子在此情況下形成定向運動狀態出現電子崩；電子崩會朝向正極方向穩步發展直至轉化為流柱，并在此基礎上構建出科學完善的電力渠道，促使整體電極氣隙的阻抗能力逐漸下降；電極間隙會在此情況下受到強大的沖擊力，電介質進而轉變為固定導體形態，并向外部環境釋放大量的電火花做出引燃驅動裝藥的動作，驅動飛片在此項工序支持下可以短時間內提升自身的飛行速率，在滿足標準速度條件后對爆炸藥柱產生強烈的撞擊作用力，最后引爆周邊所存在的爆炸物質[3]。

2.2 系統結構及特點

一般情況下，分離式無起爆藥安全點火系統的構造由飛片藥柱和發火裝置共同組建而成，在此期間，發火裝置內部構件主要涵蓋導線、放電電極、殼體和連接套筒等，飛片藥柱由底端密閉且頂端敞開的管殼、飛片驅動裝藥、爆炸藥柱等，而且密封件上方還設計可以與發火裝置高壓放電電極相互協調配合的孔道裝置，飛片與爆炸藥柱彼此間存留適當寬度的封閉式空間范圍。將分離式無起爆藥安全點火系統與傳統電阻式雷管相比可以看出，前者的基礎特征主要體現在以下幾方面內容當中：第一，內部不具備敏感性較強的起爆藥，在實際應用階段中藥柱所含炸藥的成分主要涵蓋奧克托今和黑索今等，與一般情況下石油射孔彈在投入使用期間必需的炸藥成分完全一致；第二，發火裝置與藥柱會在實踐操作期間維護工作人員的健康安全，并在此基礎上確保系統裝置始終處于穩定性、可靠性的安全銜接狀態，在其閑置時間范圍下保持分離狀態，此種特征也足以證明分離式無起爆藥安全點火系統和起爆裝置的安全效果；第三，發火裝置內部不具備爆炸藥劑的組成構件和成分，在外部作用力或多種環境條件影響下不會產生突發性爆炸事故；第四，分離式無起爆藥安全點火系統被納入瞬發性起爆范疇內，其可以在實際應用階段中凸顯出高強度的爆炸同步性特點。一般情況下，分離式無起爆藥安全點火系統在投入使用期間離不開專業高壓脈沖發生器的支持與保障，此裝置部件主要由儲能電路和控制電路兩種形式組建而成，相關人員可以將其合理布設在普通石油射孔馬龍頭內部。在此期間，控制電路主要負責高壓升壓、自鎖控制和放電控制等功能作業，而儲能電路所負責的作業任務包括電能儲備及快速釋放等。分離式裝置的系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構

高壓脈沖發生器在實際應用期間的工作原理體現在促使電源電壓實現持續升壓，升壓處理后的電能會在儲能電路中展開大范圍儲備，在滿足系統起爆標準條件期間，其可以及時控制放電電路并引導其將內部能量完全釋放出起爆裝置內部完成一系列引爆作業，并在此基礎上控制電路閉鎖進行自主性封鎖電路和電源通道，促使系統在短時間內轉化為整體關閉狀態。與傳統起爆器相比而言，專業高壓脈沖發生器的優勢主要凸顯在下面幾項內容當中：一是運用針對性電壓工作區域期間，區間外部的電源無法正常運作，在根本上減少漏電和不良電流帶來的錯誤動作問題；二是能量釋放過程體現出高強度的穩定性和安全性，在電路控制過程中可以良好掌控蓄積能量的整體數量，切實提升起爆裝置的可靠性能；三是內部設有專業化自鎖功能板塊，在完成第一次引爆作業后可以迅速轉化為關閉狀態，有效強化整體起爆裝置的安全性和穩定性。

3 分離式無起爆藥安全點火系統在石油射孔中的可靠性測試

3.1 引爆射孔彈測試

在實際測試工作當中，相關人員需要將飛片藥柱與6 mm、5 mm和3 mm不同直徑的導爆索進行有效銜接，并在此基礎上將射孔彈與導爆索加以連接，主要檢測飛片藥柱能否在根本上引爆導爆索和射孔彈。據相關調查結果可以看出，當導爆索直徑體現為6 mm期間，3個射孔彈穿深系數分別為168 mm、158 mm和161 mm，取平均數主要為162 mm。當導爆索直徑為5 mm和3 mm期間，3 發射孔彈的穿深主要體現為158 mm、162 mm和165 mm，平均值為162 mm。以上幾項實驗結果均符合射孔彈的具體需求，這也在一定程度上代表分離式無起爆藥安全點火系統呈現出高強度的穩定性能量輸出[4]。引爆射孔彈測試裝置如圖2所示。

圖2 引爆射孔彈測試裝置

3.2 引爆導爆索測試

相關人員需要將飛片藥柱與不同直徑的導爆索進行粘結處理，重點檢測飛片藥柱是否可以正常引爆導爆索。在具體測試工作當中，可以運用200 m 長的膠帶將遠程高壓放電裝置與分離式無起爆藥安全點火系統加以銜接，據相關調查研究可以看出，6 mm、5 mm、3 mm等不同直徑的導爆索測試當中，分離式無起爆藥安全點火系統可以進行可靠性引爆。

3.3 直流、交流發火測試

將直流、交流調壓器的輸出端與分離式無起爆藥安全點火系統加以高度結合和關聯，重點測試在固定交流電壓和直流電壓的影響作用力下，分離式無起爆藥安全點火系統是否可以全面發揮出自身的價值作用。第一，直流電發火測試。將符合企業運作特點的固定規格直流調壓器輸出端與系統裝置加以銜接，測試在固定直流電壓的干擾影響下分離式無起爆藥安全點火系統是否可以正常運行發火功能[5-6]。首先以100 V 為基點，并圍繞此基礎進行依次增量處理，直到600 V左右后，工作人員需要及時查看分離式無起爆藥安全點火系統是否仍然保持穩定的發火狀態。通過相關調查研究表面，在100～600 V范圍內，分離式無起爆藥安全點火系統并沒有呈現出良好穩定的發火狀態，這邊在一定程度上代表600 V直流電無法有效引爆飛片裝藥。第二，交流電發火測試。相關操作人員需要將型號固定且符合企業經濟條件的交流調壓器輸出端與系統裝置展開科學化銜接處理，并重點檢測在固定交流電數值的影響下，分離式無起爆藥安全點火系統能否正常發火。相關檢測人員需要以50 V為基礎，并在此前提下不斷增加電壓數值，直至增加到380 V 左右，并檢測整體系統裝置是否滿足發火要求。據相關調查研究表明，在交流電發火測試當中，50～380 V范圍內分離式無起爆藥安全點火系統沒有正常發火，這便表示380 V交流電無法在根本上實現飛片裝藥的有序引爆。現如今，分離式無起爆藥安全點火系統已經在石油射孔中實現了廣泛應用，并展開多樣化實驗，主要包括高溫高壓射孔實驗9 次、電纜輸送射孔作業12 余次、非常規多次射孔10 余次等，而且射孔彈起爆成功率均達到百分百。

4 結語

綜上所述，通過對分離式無起爆藥安全點火系統在石油射孔中的可靠性測試可以看出，此系統在380 V交流電及600 V直流電的影響作用下不會產生發火現象，而且在發生爆炸后可以高效、可靠引爆導爆索。除此之外，運用分離式無起爆藥安全點火系統后的射孔起爆成功率高達100%。