齊德鵬，門孟東

（中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司測(cè)井公司，遼寧盤錦124100）

J2-14-5202井事故原因分析及改進(jìn)措施

齊德鵬，門孟東

（中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司測(cè)井公司，遼寧盤錦124100）

介紹了J2－14－5202井的基本情況和事故發(fā)生經(jīng)過。J2－14－5202井射孔槍發(fā)射后在地面發(fā)生槍體崩脫事故的原因是射孔后槍身內(nèi)未完全釋放的高壓氣體在拆卸時(shí)氣流瞬間瀉出。分析了事故原因：夾層槍內(nèi)的導(dǎo)爆索爆炸產(chǎn)生的高壓氣流；射孔彈做功；彈架固彈體和傳爆桿意外地完全堵塞了上下接頭中心孔；夾層槍尾部漲徑；天氣原因使螺紋連接強(qiáng)度減弱?？偨Y(jié)射孔槍設(shè)計(jì)中存在的設(shè)計(jì)缺陷，提出了在夾層槍上下固彈體上分別開槽，在夾層槍上下接頭分別打偏心泄壓孔，便于射孔后泄壓，以及增強(qiáng)螺紋連接強(qiáng)度等改進(jìn)措施。

射孔技術(shù)；槍體崩脫；高壓氣流；壓力釋放；事故分析；夾層槍

0 引 言

射孔彈發(fā)射時(shí)槍管內(nèi)射孔彈與導(dǎo)爆索爆炸產(chǎn)生的高壓氣流會(huì)通過射孔孔眼進(jìn)入井筒內(nèi)，從而降低射孔槍內(nèi)部壓力。在特殊井況下，如果射孔槍內(nèi)的壓力得不到完全的釋放，產(chǎn)生的部分高壓氣體尚存于射孔槍內(nèi)。槍身起出井口后，施工人員分解槍身接頭時(shí)，由于槍內(nèi)壓力遠(yuǎn)大于外部壓力，槍內(nèi)氣流瞬間瀉出，就會(huì)出現(xiàn)接頭突然崩脫現(xiàn)象。

油管傳輸射孔槍串中的夾層槍雖然沒有有彈槍內(nèi)的炸藥量大，但傳爆用的導(dǎo)爆索在傳爆時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定量的高壓氣體。由于夾層槍上沒有和外部溝通的孔眼，如果夾層槍接頭的連通性不好，也會(huì)出現(xiàn)拆卸時(shí)接頭崩脫現(xiàn)象。本文具體分析了J2－14－5202井的射孔槍地面崩脫事故的原因以及改進(jìn)措施。

1 J2-14-5202井基本情況

表1為J2－14－5202井基本情況。這次射孔是該井的第5次射孔，上一層射孔井段為945.5～951.1 m，這次射孔層位屬于興隆臺(tái)組稠油，原油黏度（50℃）為451～7 697mPa·s，射孔使用的壓井液為清水。

表1 J2-14-5202井基本情況

2 施工過程及事故描述

2010年12月12日對(duì)J2－14－5202井進(jìn)行射孔施工。由于井內(nèi)油稠，不能進(jìn)行電纜輸送射孔施工。油管內(nèi)也存在很多稠油，點(diǎn)火方式采用油管內(nèi)加壓點(diǎn)火。為防止點(diǎn)火前井內(nèi)的稠油進(jìn)入油管內(nèi)影響校深測(cè)量、點(diǎn)火以后方便起管和處理突發(fā)情況，實(shí)現(xiàn)油套連通，采用了加壓點(diǎn)火／開孔管柱結(jié)構(gòu)；校深方式采用油管內(nèi)測(cè)自然伽馬校深定位方式。當(dāng)日直接下入射孔槍，12月13日13時(shí)進(jìn)行校深施工，15時(shí)進(jìn)行油管內(nèi)加壓點(diǎn)火，射孔槍正常發(fā)射［1］。

12月13日開始上起射孔管柱，晚上9時(shí)起出所有射孔槍串。因?yàn)榫芨叨扔绊?，把射孔槍串分?段放在油管管排上，其中第①＋②＋③炮為一段；第④＋⑤炮為另一段（見圖1）。

圖1 J2-14-5202井管串結(jié)構(gòu)圖

12月14日早8點(diǎn)已起出的在油管管排上的第1段射孔槍串發(fā)生疑似爆炸，射孔槍串在第①炮的上接頭處突然崩開，第②＋③炮（長(zhǎng)約6.70m）槍串朝向井口方向竄出近10m后落地；第①炮朝相反方向的作業(yè)板房方向崩出，移動(dòng)5m后砸在了作業(yè)板房下工具箱下沿，造成一個(gè)深度近2cm的凹陷。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查認(rèn)為最后1只射孔槍孔眼情況正常，確認(rèn)射孔槍在起出井口之前已經(jīng)全部正常發(fā)射，這點(diǎn)也得到了現(xiàn)場(chǎng)施工人員的認(rèn)可；從管排和施工現(xiàn)場(chǎng)的情況看，可以排除射孔槍在地面發(fā)生爆炸的可能性。

3 事故原因分析

3.1 夾層槍內(nèi)導(dǎo)爆索原因分析

最初考慮由于夾層槍內(nèi)的導(dǎo)爆索爆炸產(chǎn)生的高壓氣流造成槍身崩出，槍內(nèi)的導(dǎo)爆索密度為17～18 g／cm3，夾層槍使用單導(dǎo)爆索傳爆，槍長(zhǎng)為2m，整個(gè)夾層槍內(nèi)的導(dǎo)爆索重量約為40g。通過計(jì)算，在2 m夾層空間內(nèi)作用在接頭上的力不會(huì)大于500kg，不會(huì)造成2段射孔槍串蹦出那么遠(yuǎn)，一定還會(huì)有其他的高壓氣流存在于夾層槍中。

3.2 射孔彈做功分析

射孔彈發(fā)射時(shí)，聚能射孔彈中炸藥只有不到一半的能量用于聚能穿孔，其他剩余能量以高溫高壓氣體形式向外釋放。因?yàn)樯淇讖椩跇尮軆?nèi)，能量的做功對(duì)象可能：① 作用在槍管內(nèi)壁，使槍管發(fā)生形變；② 通過槍管兩端的接頭進(jìn)入下部或上部的射孔槍；③ 破壞彈架等槍管內(nèi)附件；④ 通過射孔孔眼泄放至槍管外。

3.3 槍管內(nèi)壓力形成與保持分析

在該井中，夾層槍的上部和下部都有彈槍，射孔彈發(fā)射時(shí)，射孔槍外部油品性質(zhì)黏稠，射孔彈發(fā)射產(chǎn)生的孔眼瞬間被黏稠的原油堵塞，從孔眼釋放的氣流很少，使槍管內(nèi)保持較高壓力且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，上、下節(jié)射孔槍產(chǎn)生的高壓氣流大量擠入夾層槍。如果是水或是稀油，不會(huì)堵塞孔眼，使高壓氣體迅速釋放，槍管內(nèi)外壓力很快平衡［2］。在射孔結(jié)束后，彈架固彈體和傳爆桿意外地完全堵塞了上下接頭中心孔（見圖2），使高壓氣流和導(dǎo)爆索產(chǎn)生的氣流無法從夾層槍內(nèi)釋放，致使夾層槍中殘留有較高的壓力。

圖2 第1炮上接頭中心孔完全被堵塞

圖3 夾層槍下端漲徑處

3.4 夾層槍尾部漲徑分析

引爆射孔彈的導(dǎo)爆索的爆炸傳播方向是由上向下傳爆，爆炸波和爆炸產(chǎn)生的高壓氣流也必然向下傳播。當(dāng)受到下部固彈體的阻擋，即在此位置形成應(yīng)力集中，引起螺紋連接處嚴(yán)重塑性變形，使該處夾層槍漲徑達(dá)3.8mm（見圖3），夾層槍正常外徑為73 mm，射孔后最大處達(dá)到了76.8mm，從而使螺紋連接強(qiáng)度減弱［3］。

3.5 突然泄壓形成事故

當(dāng)射孔后的槍串被起出井口時(shí)，螺紋連接的強(qiáng)度雖然減弱，但還不致脫落，此時(shí)槍身整體溫度較高；放置到油管排后，由于當(dāng)晚溫度較低，產(chǎn)生冷縮現(xiàn)象。第2日早，隨著溫度的逐步回升，槍管（內(nèi)螺紋）首先開始升溫膨脹，而內(nèi)部的螺紋堵頭（外螺紋）卻升溫較晚、較慢，沒有開始膨脹，導(dǎo)致槍管的內(nèi)外螺紋間隙加大，使螺紋連接強(qiáng)度進(jìn)一步減弱。當(dāng)接頭上金屬螺紋疲勞程度達(dá)到一定極限時(shí)，也就是螺紋的臨界點(diǎn)時(shí)，在夾層槍中殘留的較高壓力最終導(dǎo)致槍體崩脫［4］。

4 事故啟示

該井的地面槍體崩脫事故是許多巧合性因素共同作用的結(jié)果。為了防止類似事故的發(fā)生，針對(duì)事故的原因制定了相應(yīng)的工藝方面的整改措施。

（1）在夾層槍上下固彈體上分別開槽，以增大夾層槍與上下槍身的連通孔徑，便于射孔后泄壓，原有的固彈體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、體型厚實(shí)、笨重、無排氣孔，改進(jìn)后的固彈體不僅在厚度上變薄，而且在固彈體上加工了4個(gè)排氣孔，以利于接頭泄壓（見圖4、圖5）。

（2）在夾層槍上下接頭分別打偏心泄壓孔，以增加泄壓面積，保證接頭間的壓力傳遞。

（3）減少螺紋和密封面的外徑或改變螺紋類型和螺紋長(zhǎng)度，以增強(qiáng)螺紋連接強(qiáng)度。我們現(xiàn)在已經(jīng)使用76夾層槍代替以往使用的73夾層槍，隨著壁厚的增加和螺紋類型的改進(jìn)，螺紋連接的強(qiáng)度也大大增強(qiáng)。

5 結(jié)束語

射孔安全技術(shù)是射孔作業(yè)中的第一技術(shù)，對(duì)事故進(jìn)行嚴(yán)密科學(xué)的分析，旨在找出事故發(fā)生的各方面原因，推進(jìn)事先預(yù)防的科學(xué)、系統(tǒng)的安全管理，促進(jìn)射孔工藝的改進(jìn)和完善。這不僅能規(guī)避或減少射孔事故的發(fā)生，還能推進(jìn)射孔技術(shù)的革新和進(jìn)步。

［1］ 長(zhǎng)城鉆探工程有限公司測(cè)井公司.J2－14－5202井事故分析會(huì)紀(jì)要［Z］.2010.

［2］ 門孟東.稠油井射孔研究［C］∥第3屆測(cè)井新技術(shù)交流會(huì)論文集，2007：319－325.

［3］ 李東傳，金成福，余海鷹.復(fù)合射孔器射孔后環(huán)空壓力分布試驗(yàn)研究［J］.爆破器材，2009，38（1）：38－40.

［4］ 唐凱，陳華彬，陳鋒，等.磨溪?dú)馓锼骄淇卓屧蚍治黾胺婪洞胧跩］.石油鉆采工藝，2009，31（6）：110－114.

Cause Analysis of J2-14-5202Well Accident and Its Improvement Measures

QI Depeng，MEN Mengdong
（Well Logging Company，CNPC Greatwall Drilling Company，Panjin，Liaoning 124100，China）

Introduced are the basic information of J2－14－5202well，the accident cause and process.The perforation gun broke off or sloughed off when it was pull out and put on the surface after perforating in J2－14－5202well.It is believed that the accident cause should be the high pressure gas which is not released in the gun after perforating，run off rapidly while disassembling the gun.Its cause analyses is as follows：①interlayer gun detonating fuses explore，and generate high pressure gas；②perforation bullet do work；③up and down joint center hole is accidentally blocked by gun body and explosion transfer stem；④interlayer gun end diameter augment；⑤screw connection strength is weakened by cold weather.Suggested are some improvement and prevention measures such as slotting in bullet holder，punching eccentric pressure relief hole in joint of interlayer gun for enhancing screw connection strength.

perforation technology，gun break off，high pressure flow，pressure release，accident analysis，interlayer gun

TE28 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2011－09－13 本文編輯 王小寧）