高孔密89型深穿透射孔器研制
2008年?第l期测井与射孔
高孔密89型深穿透射孔器研制
张月钦石前刘丽敏
(大庆油田射孔弹厂)
摘要：本文从装孔密，射孔弹排列结构，弹间干扰，内炸高，射孔弹的装药结构和药型罩等方面
分析了影响高孔密(HSD)89型深穿透射孔器穿深性能的主要因素.阐述了高孔密条件下弹间干扰对射
孔器性能的影响规律，论述了解决弹间干扰的主要手段；分析了炸高对射孔弹性能的影响；总结了HSD89
型深穿透射孔器研制过程中取得的几点心得，以期为今后的研制工作提供参考. 关键词：高孔密(HsD)深穿透弹间干扰射孔弹药型罩装药几何形状
1前言
随着油田勘探开发进入中后期，油气层类型更
加复杂，中，低渗透油层，致密砂岩油层在油气储量
中占较大比例.射孔参数对油气井产能影响规律
的研究表明，射孔器的穿深和孔密指标是影响油气
井产能的主要射孔参数，提高射孔的深度和孔密均
能达到提高油气井产能的目的，高孔密(HSD)深
穿透射孔器是集高穿深和高孔密两项优点于一体
的新型射孔器.我们根据国内某油田市场的需求
进行立项研制HSD89型深穿透射孔器，该项目主
要应用范围是套管变形,102不能施工等情况,
要求射孔器性能指标为孔密26孔/m，混凝土靶平
均穿深400ram，套管平均孔径7.5mm.
高孔密深穿透射孔器与普通射孔器相比增加
了射孔器孔密，具有弹间距小，排列方式复杂，
内炸高小等技术难点.
2API混凝土靶检测
检测数据见表1.
表lAPI混凝土靶检测数据
开题指标开题指标完成指标
配套身外径(ram)898989
适用套管(mm)140140140
孔密(孔/m)262626
混凝土靶穿深(ram)≥400≥350409
平均孔径(mm)≥7.5≥8.09.0
收稿日期:2007—08—29
3方案设计
谢贤为什么叫四哥3.1相位的确定
水动力学研究表明：按圆周均匀射开井壁不
仅会减少地层和井之间的负压，还对油田注水和加密井都有好处.射孔相位排布的好会提高井的产量，并能减少套管破坏程度；另外相位还涉及到身和弹架强度的问题，也是弹间干扰的关键因素.综合考虑国内钢材及加工能力，最终确定采
用目前普遍使用的八相位,135./45.相位角的三
螺旋线排列方式.
3.2弹间干扰问题
高孔密深穿透射孔器研制中解决弹间干扰是
第一位的，这样不但能提高射孔器的穿深性能，还可提高射孔孔眼的圆孔率.因此，研制高孔密深
穿透射孔器的前提条件是解决弹间干扰问题.
通过分析我们认为弹间干扰主要是射孔弹爆
轰引起的冲击波传播使压力场不对称引起的，即前一发弹的爆轰引起的冲击波穿透壳体后加载到后一发射孔弹上，并且冲击波随着传播距离的增大而衰减，后一发射孔弹爆轰时射流处在一个不对称状态下造成的.
影响弹间干扰的因素很多，主要有以下几个
方面:
疼也要忍着的说说(1)弹间距离的影响
图1是利用SolidWorks软件，绘制的两发弹
测井与射孔2008.兰E.
图1两发射孔弹最近两个面距离
实际装时在弹架内的真实情况，两发射孔弹间距38.46mm，相位差135.，炸高为11.65ram.由
图1可以看出两个最近面距离为6.08mm，这个香蕉价格
距离在以往设计中基本上可以解决弹间干扰，但26孔/m的设计要求穿深性能好，弹的高度就需
要增加，相邻两发弹的交错面积增加，通过实验发现仍然有较大的干扰现象；再把炸高降低2.5ram 后，其同样两个面距离增加到7.47ram.
由此我们可以看出，在射孔弹总高确定以后,
炸高直接影响两发射孔弹最近面的距离.而炸高又是影响射孔弹穿深的主要因素.众所周知提高装炸高，将有利于提高穿深，而此时两发射孔弹最近面距离却减小，容易形成干扰.所以寻炸
高的最佳值，达到既没有弹问干扰，又不过多降低射孔弹穿深，就成为该项目能否完成的关键. (2)的影响
当的爆速增加时，高孔密深穿透射孔
器中相邻射孔弹起爆时间差减小，前一发射孔弹爆轰引起的冲击波对滞后爆轰的射孔弹的作用时间减少，因而弹间干扰作用降低.所以，高孔密深
穿透射孔器主要采用高爆速.
由图1还可以看出，由于起爆点离轴心较远,
与射孔弹接触较多，其冲击波对射孔弹的爆轰也有干扰作用.另外，高孔密深穿透射孔器
存在的弹间干扰作用还与射孔弹本身的装药量和几何结构有关.一般而言，在一定的弹间距条件下，装药量越大，壳体越薄，干扰就越严重.
3.3高孔密深穿透射孔弹的设计
在设计时，我们是基于解决了弹问干扰的前
提条件下进行的.因此射孔弹的体积受到限制,
内炸高很低，通过计算分析，内炸高均为lOmm左右，这样就使其在设计上和以往的射孔弹有所不同.
(1)装药形状的设计
为了解决弹间干扰的影响，射孔弹的装药量
不宜过大，射孔弹装过中心线尺寸不能过多，要求弹不宜过高，所以弹开口不宜太大.药型罩锥
角过大则穿深下降，特别是小炸高条件下影响更大，通过计算开口为33.4mm，药量在20g以下.
A装药结构I装药结构2
图2装药结构设计
装药结构的设计必须以充分提高的有效
利用率为设计思想，同时针对高孔密深穿透射孔器内炸高小的矛盾，提高药型罩顶部装药，增加药型罩单位微元上的药量，提高整体射流速度，有利于低炸高条件下的穿深.图2是试验过程中所采用的射孔弹两种装药结构.
(2)药型罩结构的设计
我们根据理论结合实际的原则，设计了三种
药型罩形状，即等壁厚药形罩，变壁厚药形罩和双锥变壁厚药形罩(图3).
/\等壁厚变壁厚内双锥
图3药型罩结构设计
等壁厚药形罩具有射流拉伸均匀，梯度变化
童安格近况合理，易于批量生产以及射孔弹穿深性能比较稳定等特点.
目前，国内外的深穿透石油射孔弹的药型罩
基本上采用单锥变壁厚的形式(图4).变壁厚药
型罩具有顶部薄，底部厚，药型罩质量呈连续递增变化，即沿罩母线方向之罩微元质量是增加的，有利于提高射流头部速度和射流梯度，使射流充分
第l期张月钦，石前,i,1丽敏：高孔密89型深穿透射孔器研制图4变壁厚罩
拉伸，来增加射流穿靶的总作用时间，从而提高穿
靶深度.
壁厚变化率是指药形罩在单位母线长度上壁
厚的差值.
一
(1)
厶￡
式中,△为壁厚变化率;6为药形罩大端壁厚;
6为为药形罩小端壁厚;△z为药形罩所测两点厚
度处母线长度.
锥角而言；因其速度梯度原本就大，射流已经
够细了，故壁厚变化率可取小些，否则射流容易过
雅思考试
早拉断或稳定性不好而影响破甲.对大锥角来
说，壁厚变化率可取大些，使其在低炸高情况下,
射流充分拉长，保证破甲威力.
另外，我们还尝试了内双锥即冲头为双锥，而
凹模为单锥的药型罩结构.这种结构其口部的锥
角小于尖部的锥角，增加了母线长度，也增加了口
部的药量，降低了扩孔的能量消耗，从而提高了口
部的穿透能力.
3.4配套的设计
相位确定，孔密确定，两发射孔弹问角度和距
离即确定下来.弹架及身即可确定，试验中考
虑装的方便，在弹架上每发弹的小端处增加了
圆孔.其他配套如定位盘，头，尾等仍然延用
原89型射孔的部件.张馨予 周杰伦
4试验
首先，在装药结构大致确定后，我们利用射孔
弹二维计算程序进行了大量的计算，进行方案优
选，然后加工模具，弹壳等，第三步进行地面基础
试验，对效果比较好的，最后装试验，看该方案
是否存在干扰，穿深如何，孔径如何，是否满足课
题指标要求.如果差距过大，则重新设计方案，如
果差距不大，则小范围调整，如调整药量，罩重等.
第一轮方案试验较繁杂，试验量也比较大.
共筛选方案14种，发现方案2的装药量比较小,
穿深也低，基本可以不再考虑.其数据见表2.
表2几种方案的测试数据
平均穿深(mm)
平均穿深(ram)I388I324『4Z7l433J413f4Z7f34Z
注：靶为废靶片，卧靶.
挑选其中的方案7，即B壳15g装药，药型罩
为48～49.变壁厚，厂内装试验.结果发现平
均穿深只有270mm左右，距离课题要求还差很远.分析原因可能是装药量小，射流穿过水层损
失太大的缘故.
于是进行了第二轮方案的设计，为增大药量,
提高头部速度，将弹壳结构由图2中的装药结构1改为装药结构2.
图5是其中四种方案的能量分布曲线图.
图5能量分布曲线
由上图可以看出，方案d在能量分布上要优
于其它三种.在此基础上我们进行了第二轮试验.第二轮试验共筛选了8种方案，除了正常的
地面打废靶片试验外，还小范围内调整了药量和罩重.表3是第二轮试验的一部分数据:
表3第二轮方案部分测试数据
洼：靶为2004年废靶，竖靶.
76?测井与射孔2008生
第二次装试验后发现弹间干扰比较严重,
分析原因可能是一是装药量增加太多，二是两发射孔弹之间最近面距离比较小，只有5.05mm~另外由
于距弹壳太近，而弹壳又比较薄，在传爆过程中引起前一发射孔弹的爆轰波形改变，使射流发散，上和套管孔径变成了椭圆形, 从而使穿深大幅度降低.
在第二轮试验的基础上，稍加改进的，进一步
调整了弹壳内腔高度，调整药量.药型罩为变壁
厚罩.方案基本确定后，射孔弹最后命名为
DP33RDX一1，与DP33RDX一5型射孔弹(73) 相比，炸高为10mm，间隙为l?mm，混凝土靶数
据见表4:
表4两种弹型打混凝土靶比较
穿深(ram)平均值(ram)
DP33RDX一5370420430406.7
DP33RDX一141547O51O465.0
表5是几次装打靶弹间干扰试验情况:
表5几次装打靶弹间干扰试验
弹架外炸高弹最近装药量
壳(孔/m)二面距干扰
径(ram)(ram)离(ram)(g)
B28548.655.5815无
F28549.655.O520严重