朱元飛

摘 要：橋塞點火器及雷管起爆技術(shù)是泵送橋塞射孔技術(shù)中的安全和質(zhì)量的保障。國外油氣井多采用射頻安全電子編碼點火器及雷管，國內(nèi)點火起爆技術(shù)在機械控制、編碼控制等方面做了大量研究，但在安全性和適用性等方面與國外仍有一定的差距。頁巖油氣井點火及起爆技術(shù)需考慮設(shè)備能力和工程環(huán)境，提高安全性、可靠性、可操作性，向智能化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：泵送橋塞射孔;點火;起爆;智能化

1 前言

在頁巖氣等非常規(guī)油氣資源射孔完井中，泵送橋塞射孔技術(shù)是主要配套技術(shù)之一[1]。泵送橋塞與分簇射孔聯(lián)作工藝一次下井可完成橋塞和多支射孔槍分簇射孔作業(yè)，為頁巖油氣水平井分段“體積壓裂”提供壓裂通道，提高了施工效率，確保了工程安全[2]。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，DYNA、Hunting、川南等國內(nèi)外公司開發(fā)的編碼選發(fā)式雷管，以其簡單易操作與高可靠性在國內(nèi)非常規(guī)射孔完井中實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

2 編碼式控制分簇射孔起爆技術(shù)

2.1 編碼控制式分簇射孔原理

編碼式分簇射孔起爆技術(shù)是非常規(guī)油氣開發(fā)中的一種新型的起爆技術(shù)，以單芯電纜為載體，通過地面系統(tǒng)向井下發(fā)送不同的控制命令，來控制打開某一簇射孔器的電子開關(guān)，并接通該級射孔器雷管，從而實現(xiàn)可選擇性射孔。

在分段多簇射孔作業(yè)中，多簇射孔槍通過編碼控制式分簇射孔總成級聯(lián)在電纜上，地面控制系統(tǒng)通過纜芯下發(fā)控制脈沖序列，控制每個電子開關(guān)A和B的關(guān)閉或打開，從而準確地定位所要選擇引爆的射孔搶，然后下發(fā)點火信號，最終實現(xiàn)多級可控射孔。三簇射孔控制電路原理如圖1所示。

2.2 電子開關(guān)安全性控制

為確保對每級電子開關(guān)的準確控制，首先采用固定地址進行校驗，無論控制電子開關(guān)的A或B那個開關(guān)，都會返回該開關(guān)固定的ID地址，并進行人工確認和校準;其次是A、B開關(guān)互鎖，當(dāng)某級電子開關(guān)的A開關(guān)動作時，會鎖定B開關(guān)不再響應(yīng)任何命令，從而確保B開關(guān)不會誤操作。同理，B開關(guān)動作時，會鎖定A開關(guān)，從而確保A開關(guān)不會誤操作;第三，采用雙B開關(guān)通道設(shè)計，提高了雷管控制開關(guān)電路的防擊穿能力，從而提高作業(yè)安全。第四，軟件控制。地面檢測儀地面檢測槍串時，僅發(fā)送A命令，控制雷管通路的B命令被屏蔽，確保了地面檢測安全。

2.3 技術(shù)分析

國內(nèi)外開發(fā)的編碼式控制分簇射孔系統(tǒng)基于的基本原理是相同的。但不同的是：①國內(nèi)配套的起爆裝置多采用電阻式、磁電式雷管或點火器，通過高電壓和大電流點火引爆，在火工品本質(zhì)安全性方面存在一定缺陷;②電子開關(guān)與雷管多采用分體式設(shè)計，增加了施工環(huán)節(jié)的復(fù)雜程度，影響了施工效率;③國內(nèi)開發(fā)的電子開關(guān)大多能夠與不同類型的雷管匹配使用，可選擇性較為廣泛，通用性較強。

總體受電路控制和起爆技術(shù)的限制，國內(nèi)產(chǎn)品在可靠性和安全性方面與國外存在一定差距。

3 機械控制分簇射孔起爆技術(shù)

3.1 基本原理

機械控制分簇射孔起爆裝置主要由壓控開關(guān)本體、控制電路、點火插針等組成。工作原理是利用射孔后井內(nèi)的液壓作用，實現(xiàn)槍間壓力開關(guān)的接通與斷開，逐級實現(xiàn)多簇射孔，如圖2所示。第一級射孔槍起爆后，井內(nèi)壓力作用于壓力導(dǎo)通開關(guān)的輸入端，推動壓力開關(guān)斷開下級射孔槍，接通第2級射孔槍起爆電路，使第2級射孔槍處于待射狀態(tài)，以此類推完成分簇射孔。壓力式機械控制分簇射孔是利用二極管的單向?qū)щ娦阅埽跇蛉c火器和每簇射孔槍起爆端設(shè)置有正負二極管，采用正負電交替點火的起爆方式，避免了誤起爆。

3.2 起爆方法

壓力式機械控制分簇射孔起爆組件可采用EBW、EFI、大電阻雷管（大于50歐姆）、磁電雷管等，配套大電阻橋塞點火器或隔板起爆器，結(jié)合正負二極管，采取正負直流電點火方式，實現(xiàn)橋塞和射孔槍的點火和起爆。EBW和EFI雷管不含敏感的起爆藥，只在強電流脈沖作用下引爆，具有防靜電、防電磁輻射、防雜散電流的特性，本質(zhì)安全性較高。

3.3 安全設(shè)計

為了確保施工安全，國內(nèi)某公司開發(fā)了一種壓力控制式安全裝置，其連接在末級射孔槍頂端，用于控制泵送橋塞射孔管串的電路導(dǎo)通。在無壓力狀態(tài)下，該裝置使電纜纜芯與射孔槍點火線路物理斷開。當(dāng)射孔槍串進入壓力環(huán)境后，該裝置在液體壓力作用下使電纜纜芯與點火線路接通。壓力控制式安全控制裝置在一定程度上杜絕了漏電、人員誤操作等引起的地面誤爆。

3.4 技術(shù)分析

壓力式機械控制分簇射孔起爆技術(shù)在非常規(guī)水平井中得到了推廣應(yīng)用，取得了比較好的效果，但也暴露出了一些技術(shù)問題。

3.4.1起爆技術(shù)

磁電雷管和大電阻雷管都采用敏感的起爆藥，容易受震動、靜電、射頻等外界環(huán)境的影響，在一定程度上降低了火工品的本質(zhì)安全性。

壓力式機械控制分簇射孔起爆技術(shù)只能采用由下至上逐級順序式點火方式，一旦某一簇點火失敗，便無法完成后續(xù)射孔槍的正常點火，無法實現(xiàn)選擇性射孔，存在一定的技術(shù)局限性。

3.4.2 安全控制技術(shù)

在非常規(guī)油氣井帶壓射孔作業(yè)中，需要配套井口壓力控制裝置建立與井內(nèi)相同的壓力，才能打開井口閘板下入射孔槍串。井口建立平衡壓過程中，壓力控制式安全裝置在壓力作用下上下導(dǎo)通，使射孔槍串處于電路導(dǎo)通狀態(tài)，存在一定的安全風(fēng)險。

4 頁巖水平井射孔起爆技術(shù)發(fā)展趨勢

泵送橋塞射孔聯(lián)作安全點火及起爆技術(shù)，需綜合考慮設(shè)備能力和工程環(huán)境，提高安全性、可靠性和可操作性。采用多重安全保障設(shè)計技術(shù)的智能化全集成防射頻雷管，將成為頁巖油氣井泵送橋塞射孔安全起爆技術(shù)的發(fā)展方向。

針對井筒壓力高、套變等特殊井況，常規(guī)的連續(xù)油管輸送方式無法實現(xiàn)多簇射孔與橋塞聯(lián)合作業(yè)，需要多次下井才能完成，增加了發(fā)生工程問題的概率。目前，國外已經(jīng)開發(fā)出壓力編程起爆系統(tǒng)，根據(jù)井況，通過溫度、壓力、時間等多重參數(shù)進行起爆程序編譯與設(shè)置，當(dāng)橋塞和射孔器到達位置后，啟動起爆程序，激發(fā)供電程序，井下電池自動供電完成橋塞和分簇射孔，實現(xiàn)智能多級分簇起爆。因此，連續(xù)油管分簇起爆技術(shù)將朝著智能化可控起爆的方向發(fā)展。

5 結(jié)論

①低電壓控制的集成式防射頻安全電子編碼點火器及雷管，具有較好的可靠性、適用性、安全性和可操作性;②高溫高壓井筒環(huán)境下，起爆系統(tǒng)設(shè)置流體據(jù)傳功能確保了工程安全;③國內(nèi)開發(fā)的分離式編碼控制系統(tǒng)和起爆系統(tǒng)，受電路控制和起爆技術(shù)限制，在可靠性、安全性、可操作性等方面與國外仍有一定差距;④高電壓、大電流起爆技術(shù)，對于控制元器件要求較高，在安全控制及推廣應(yīng)用上有一定的局限性;⑤壓力控制式安全裝置無法在有壓力的井口附近斷開控制纜芯與點火線路，存在安全隱患;⑥應(yīng)形成一套適應(yīng)國內(nèi)特點的油氣井射孔起爆安全標準，用以指導(dǎo)射孔安全起爆技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉洪林，王紅巖，等.非常規(guī)油氣資源發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵問題[J].天然氣工業(yè)，2009，29（9）：113-116.

[2]龐長英，連軍利，吳一凡，等.美國頁巖油氣開發(fā)技術(shù)及對我國的啟示[J].石油地質(zhì)與工程，2012（5）：62-66.