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1、射孔器高温常压下打钢靶 评价标准和测试系统分析及改造张贵杰孙新波( 大庆射孔器材检测中心)潦要：本文通过对A P IR P 4 3 第五版中的“高温常压条件下射孔器系统的评价”标准的有关条文及相关试验装置的引用、介绍和论证，闱述了该评价系统中存在的不合理以及与实际情况相脱离之处并通过试验装置改造前后的功能效果对比阐述突出改造的科学性、必要性和实用性关键词：射孔器高温常压评价标准测试系统相位孔密前言引进标准A P IR P 4 3 第五版中规定了对射孔器分别在常温常压和高温常压下打钢靶射孔性能对比分析，即：对于同一射孔系统，在常温( 2 0 2 5 ) 常压( 一个标准大气压) 下的射孔发射性能
2、( 穿钢靶深度) 与在高温( 根据射孔弹的耐温性能而定) 常压下射孔发射性能( 穿钢靶深度) 的对比，来判定某一射孔弹在一定的井下温度作用下，其组装炸药的抗蜕变性能的好坏。这一规定从一个侧面反映了温度对射孔器材性能的影响的客观存在。通过几年来的检测使用证明，该套装置存在着很不完善的地方。比如：射孔相位的单一性( 四相位) 、孔密的固定性( 只有七孔) 、护套的不适用性( 卡枪) 、对位的不安全性( 高温下人工对位) 、引爆的不适用性( 投棒式) 等等。鉴于此种状况，我们在不改变其评价指标和试验效果的前提下，有必要对原来的设备进行重新研制和更新改造，使之既满足评价标准又适合我国国情，达到先进技术
3、标准和我国的实际需要相结合的目的。A P IR 4 3 第五版高温高压打靶的规定此标准规定了在高温和大气压条件下评价射孔系统的八个方面内容。1 、参照基准以在大气压力和室温下进行的相同类型的射孔弹测试为对比基准。2 、测试靶采用若干面板厚3 8 1 n ( 9 5 r a m ) 和整板厚l i n ( 2 5 4 r a m ) 的低碳钢( A S T M A 3 6 ) ，相当于( G B - - 3 5 # 钢的强度) 平板构成层状靶进行( 如图1 ) 9 1图13 、射孔系统由被测试公司提供的完整射孔系统或由检测单位制造的相当于( 或低于) 测试射孔器自由体积与装药之比的具有同一规格和
4、性质的射孔器部件所构成的射孔系统。4 、间隙对于所有的射孔系统，射孔枪与钢靶之间应为零间隙。5 、温度环境a 、射孔系统在额定的时间内置于额定的温度环境之后，在一定的温度( 波动4 - l O F N 土5 “ C1 1 F = 5 9 1 ( = 5 9 ) 下发射。对于电缆作业，额定时问为1 h ，对于油管输送式作业，额最小时间为l O o h 。b 、射孔系统最大升温速率为6 “ F m i n - 3 “ C m i n 。c 、恒温期间，温度的波动应控制在- + - 1 0 “ F ：k 5 “ C 范围之内。6 、测试液环境基准测试应由测试公司选择在空气中或液体环境下进行。高温测试
5、则采用连续的液体介质将热量传给射孔枪。7 、温度测试在整个测试过程中，毗邻底部和顶部射孔弹的射孔枪外表面温度应分别通过直接接触方式监测；热电偶应精确地屏蔽，以确保准确地获得枪体表面温度。9 28 、被测参数对于被评价的射孔系统，应进行总深度、面板孔径和面板孔眼圆度测试。引进设备现状射孔器高温常压下打钢靶可分为三个部分；1 、油浴加热部分( 高温釜)这部分筒体面3 5 0 m m ( 由内胆和保温层构成) 、加热层( 电阻片) 、介质( 导热油) 、输油泵、铂电阻等构成( 如图2a ) 。它的主要作用是不断的产生热能，以保证置于其中的射孔器获得稳定的温度环境。2 、射孔对位部分该部分由四相位钢制
6、靶筒、焊接靶块、射孔枪导向连接定位器和天车等构成( 如图2 b ) 。图2 a3 、数据采集及引爆部分Ill 1萋匿L一一、翳豳U么套当kLIIY AV J由时间记时器、温度控制仪表、程序开关和气压泵等组成。通过实际使用，感到整套装置存在着较大的缺陷：( 1 ) 钢靶定位装置单一，不能满足各种相位的射孔器试验。圈2 b9 3( 2 ) 最关键的射孔枪导向连接定位器与我国的射孔器无法匹配，不能连接使用。因此造成了加温后由人工进行射孔对位，这样在人身安全上存在着极大的危险。( 3 ) 用油浴加热有较大缺欠：污染环境、高温条件下产生可燃性气体、射孔后污染物易对液压管路造成堵塞因为加温的目的主要是对射
7、孔枪内的射孔弹的组装药进行耐温时效考验，看其化学性质有无变化并且对射孔穿深的影响程度。( 4 ) 由于射孔导向连接定位器不能与国产射孔枪相匹配，因而采用投棒式点火装置就相应地被废弃。对原有标准进行修改及对原有设备进行重新改造研制的各种因素分析1 、原有标准中存在的问题本人认为对被测试射孔系统的八项规定中有两项不合理，它们是射孔枪与钢靶之间的零间隙和温度环境中采用的油介质。1因为在理论上规定射孔枪与钢靶之间处于零间隙似乎更为合理，并且有利于测试射孔后钢靶的有效穿深。但是在机械制造和工艺中却很难满足这一要求。因为射孔枪外壁与钢靶的两次零间隙( 加热前对位零间隙和加热后射孔对位零间隙) 接触( 射孔
8、外表面母线与测试靶平面之间的线、面接触) ，将造成由一套复杂的自动化机械对位装置，来保证钢靶两次轴向方向伸缩位移，就是设计制造出了这样一套对位装置，不但造价高而且还难以保证不在射孔器发射后使装置不受损害。合理的修改应是允许射孔枪与钢靶问存在非零间隙( 保证每次测试的非零间隙都一致，这样就保证了测试结果的公正性) ，但非零间隙应规定在一个合理的数量上( 可以为5 m m ) 。对于射孔系统所处的油介质环境，我认为可以把油介质去掉，只要射孔系统能处于一个稳定地被提供热能环境( 或装置) 中，那么，对射孔系统内射孔弹的主装炸药的温度指标考证就达到了预期的要求因而，就没有必要一定要用油浴加热法来为射孔
9、系统提供温度环境。可以考虑采用温控电阻炉式加热法，即通过热空气和电炉丝的热辐射来为射孔器提供热量供应，至于射孔外表面的温度数据测定，则以加热炉体内的温度为准( 误差在士1 之内，可满足标准规定的误差要求士1 0 下= 5 “ C ) 。这样就省去了油介质、油泵和各种管线等，还避免了高温时油的挥发和燃烧等危险。2 、改造研究新设备的必要性由于在原有设备中，最关键的两个部分一一油浴加热和射孔枪导向连接定位器已成为不必要的部分，那么整套装置亦成为无价值的了，所以可以着手对整套装置按修改后的标准进行研制。对整套装置研制的思路是：( 1 ) 建立温控电阻炉用于替代油浴加热釜I( 2 ) 建立有间隙( 或
10、无间隙) 的自动化多相位射孔对位装置I9 4( 3 ) 采用计算机或智能化温控仪表，实现对整个试验过程的全程控制和数据自动化采集。目前，对该测试系统的自动化射孔对位装置的改造工作已经完成；经过一年多的投入检测使用，证明改造后的设备在操作的灵活性、安全性和降低人员的劳动强度上都有了较大的改善，得到了有关部门的认可，并获得了2 0 0 1 年度厂级重大技术革新奖。至于温控电阻炉和计算机控制系统的改造都有成形的技术，只要在这方面投入一定量的资金和时间，就会研制出既符合A P IR P 4 3 第五版要求又能满足国内射孔器检测要求的全新的射孔器高温常压下打钢靶测试系统。这无疑是对我们射孔器材检测中心在
11、检测设备上实现其科学性、实用性和安全性方面又是一次较大的促进!改造后的射孔对位装置介绍该装置主要由井下导轨系统、靶片自动对位系统、微调系统、液压系统和电器系统等部分组成，如图3 所示。圈39 51 、井下导轨系统井下导轨系统是由并下导轨和定位器组成其作用是保证射孔器从打靶位置到加热位置的升降过程中，射孔器盲孔相对靶片的相位不变。在加热和打靶两个位置上装有吊车升降行程开关，以确保射孔器在两个位置的自动控制2 、靶片自动对位系统靶片自动对位系统由底座总成、拨盘总成、立导轨总成和靶片盒总成组成其作用是保证靶片安装在靶片盒内后，在立导轨上手动升降靶片盒，以对准射孔器( 在打靶位置) 的盲孔，并在拨盘的
12、拨动下，靶片盒自动抱紧和离开射孔器。在靶片盒抱紧和离开极限位置上有拨盘装动行程开关，以实现靶片盒进退的自动控制3 、微调系统微调系统由手柄、立轴、摇壁盒拉杆组成。通过手柄转动立轴及摇壁，来推动井下导轨和射器一起转动一个角度，以调整射孔器盲孔对准靶片。4 、液压系统液压系统原理如图4 所示，液压系统由液压源、电磁换向阀、液压管线和液压缸等组成。主要作用是通过液压缸推动拨盘转动，以实现靶片盒的进退。5 、电器系统围4电器控制系统原理如图5 所示，主要由控制台、检测机构与执行机构等组成。( 1 ) 控制台电器控制台内有空气开关、接触器、熔断器、中间继电器、控制变压器等组装成的元件盘，其控制面板如图6
13、 所示。9 6圈5围6( 2 ) 检测与执行机构检测部分由两组防爆行程( 每组由两只并联使用，分别检测射孔器下降到位、射孔器上升到位、靶片后退到位、靶片前进到位) 和一个温度传感器组成；执行机构由吊车、液压泵、液压缸和推杆等组成。，( 3 ) 重要按钮开关功能介绍a 总开关按钮：主要功能是负责总电源的切断和接通，当工作人员在靶台操作对靶时，切断总电源，使整个工作台面上不带电，防止漏电或静电感应引爆射孔器，保护操作人员的人身安全。b 自动一手动开关：它的主要功用是当操作人员在现场时能够进行人工手动调试，当人离开现场后，能够在控制台上自动对靶装置进行控制。C o 点火开关：起到安全保护作用即当开关
14、钥匙拔出后，整个引爆电源断电，其他任何人无法接通电源。“6 、装置性能参数( 1 ) 对靶装置整体尺寸为高1 5 m ，各靶柱分布的圆柱形直径1 5 m 。 ( 2 ) 靶片盒沿导轨分布的有效长度1 0 0 0 m m 。9 7( 3 ) 靶片相位角3 0 。、6 0 。、9 0 。、1 2 0 。( 4 ) 靶片前后最大移动距离5 0 m m ( 满足6 0 一1 2 7 型射孔器检测需要) 。( 5 ) 目的靶与通过射孔器盲孔中心线的同轴度误差4 m m ( 6 ) 液压系统工作压力：0 1 0 M P a 可调。( 7 ) 温度控制仪表显示范围：0 - - 一4 0 0 “ C 与原装置
15、相比具有的优点1 、射孔器加热后，可由设备自动完成提升、停止、定位对靶等操作，完全实现了人与射孔器的隔离操作，解除了高温射孔器对人身安全构成的威胁。2 、射孔相位和孔密与原有装置相比，更加灵活适用，在1 5 m 长的范围内可由9 0 6 狸位角扩展到3 0 。、6 0 。、1 2 0 。等多个相位角，孔密也由原来的7 个固定孔增加到最高可达2 4 孔m 。3 、所采用的枪体护套为一次性加工而成，作为易损件不需要拆卸，消除了原来卡枪后，需人工砸掉护套的艰难工作。4 、引爆方式更为便捷可靠，射孔器的引爆线位于工作台防护罩上部的导线滑轮内，收放自如，不与其他部件缠绕，使起爆操作更加准确可靠。5 、提
16、高了检测工作的科学性、先进性和公正性。因为用户提供的射孔器( 有效射孔部位l m ) 不需做任何改制或添加其他配件，既可按原装结构进行射孔引爆，消除了用户的疑虑，又使被检产品与现场使用的产品达到了完全的一致。因而提高了检测工作的可信度和透明度。6 、使先迸的标准得蓟了更为广泛的应用。原先只能检测较为单一的8 9 型射孔器，而现在从6 0 型到1 2 7 型的各种射孔器都可以检测，因此，为较好地控制产品质量提供了可靠的手段。由此看来，对先进的技术和设备应该结合我国的国情和实际工作的需要加以合理地消化吸收和改进，做到既满足我们的工作需要又融合了国际上先进的方法和技术装备，使理论和实际更好地结合起来，为推动我国石油勘探工业的发展，奠定更加坚实的基础。结论1 、在A P IR P 4 3 第五版中，关于“高温条件下射孔系统的评价一钢靶”存在着不足，尤其是理论与实际相脱离的问题比较严重。2 、引进的用于“高温常压条件下的射孔器打钢靶装置”与我国的射孔器难以
