朱元飞

摘 要：桥塞点火器及雷管起爆技术是泵送桥塞射孔技术中的安全和质量的保障。国外油气井多采用射频安全电子编码点火器及雷管，国内点火起爆技术在机械控制、编码控制等方面做了大量研究，但在安全性和适用性等方面与国外仍有一定的差距。页岩油气井点火及起爆技术需考虑设备能力和工程环境，提高安全性、可靠性、可操作性，向智能化发展。

关键词：泵送桥塞射孔;点火;起爆;智能化

1 前言

在页岩气等非常规油气资源射孔完井中，泵送桥塞射孔技术是主要配套技术之一[1]。泵送桥塞与分簇射孔联作工艺一次下井可完成桥塞和多支射孔枪分簇射孔作业，为页岩油气水平井分段“体积压裂”提供压裂通道，提高了施工效率，确保了工程安全[2]。随着技术不断发展，DYNA、Hunting、川南等国内外公司开发的编码选发式雷管，以其简单易操作与高可靠性在国内非常规射孔完井中实现了广泛应用。

2 编码式控制分簇射孔起爆技术

2.1 编码控制式分簇射孔原理

编码式分簇射孔起爆技术是非常规油气开发中的一种新型的起爆技术，以单芯电缆为载体，通过地面系统向井下发送不同的控制命令，来控制打开某一簇射孔器的电子开关，并接通该级射孔器雷管，从而实现可选择性射孔。

在分段多簇射孔作业中，多簇射孔枪通过编码控制式分簇射孔总成级联在电缆上，地面控制系统通过缆芯下发控制脉冲序列，控制每个电子开关A和B的关闭或打开，从而准确地定位所要选择引爆的射孔抢，然后下发点火信号，最终实现多级可控射孔。三簇射孔控制电路原理如图1所示。

2.2 电子开关安全性控制

为确保对每级电子开关的准确控制，首先采用固定地址进行校验，无论控制电子开关的A或B那个开关，都会返回该开关固定的ID地址，并进行人工确认和校准;其次是A、B开关互锁，当某级电子开关的A开关动作时，会锁定B开关不再响应任何命令，从而确保B开关不会误操作。同理，B开关动作时，会锁定A开关，从而确保A开关不会误操作;第三，采用双B开关通道设计，提高了雷管控制开关电路的防击穿能力，从而提高作业安全。第四，软件控制。地面检测仪地面检测枪串时，仅发送A命令，控制雷管通路的B命令被屏蔽，确保了地面检测安全。

2.3 技术分析

国内外开发的编码式控制分簇射孔系统基于的基本原理是相同的。但不同的是：①国内配套的起爆装置多采用电阻式、磁电式雷管或点火器，通过高电压和大电流点火引爆，在火工品本质安全性方面存在一定缺陷;②电子开关与雷管多采用分体式设计，增加了施工环节的复杂程度，影响了施工效率;③国内开发的电子开关大多能够与不同类型的雷管匹配使用，可选择性较为广泛，通用性较强。

总体受电路控制和起爆技术的限制，国內产品在可靠性和安全性方面与国外存在一定差距。

3 机械控制分簇射孔起爆技术

3.1 基本原理

机械控制分簇射孔起爆装置主要由压控开关本体、控制电路、点火插针等组成。工作原理是利用射孔后井内的液压作用，实现枪间压力开关的接通与断开，逐级实现多簇射孔，如图2所示。第一级射孔枪起爆后，井内压力作用于压力导通开关的输入端，推动压力开关断开下级射孔枪，接通第2级射孔枪起爆电路，使第2级射孔枪处于待射状态，以此类推完成分簇射孔。压力式机械控制分簇射孔是利用二极管的单向导电性能，在桥塞点火器和每簇射孔枪起爆端设置有正负二极管，采用正负电交替点火的起爆方式，避免了误起爆。

3.2 起爆方法

压力式机械控制分簇射孔起爆组件可采用EBW、EFI、大电阻雷管（大于50欧姆）、磁电雷管等，配套大电阻桥塞点火器或隔板起爆器，结合正负二极管，采取正负直流电点火方式，实现桥塞和射孔枪的点火和起爆。EBW和EFI雷管不含敏感的起爆药，只在强电流脉冲作用下引爆，具有防静电、防电磁辐射、防杂散电流的特性，本质安全性较高。

3.3 安全设计

为了确保施工安全，国内某公司开发了一种压力控制式安全装置，其连接在末级射孔枪顶端，用于控制泵送桥塞射孔管串的电路导通。在无压力状态下，该装置使电缆缆芯与射孔枪点火线路物理断开。当射孔枪串进入压力环境后，该装置在液体压力作用下使电缆缆芯与点火线路接通。压力控制式安全控制装置在一定程度上杜绝了漏电、人员误操作等引起的地面误爆。

3.4 技术分析

压力式机械控制分簇射孔起爆技术在非常规水平井中得到了推广应用，取得了比较好的效果，但也暴露出了一些技术问题。

3.4.1起爆技术

磁电雷管和大电阻雷管都采用敏感的起爆药，容易受震动、静电、射频等外界环境的影响，在一定程度上降低了火工品的本质安全性。

压力式机械控制分簇射孔起爆技术只能采用由下至上逐级顺序式点火方式，一旦某一簇点火失败，便无法完成后续射孔枪的正常点火，无法实现选择性射孔，存在一定的技术局限性。

3.4.2 安全控制技术

在非常规油气井带压射孔作业中，需要配套井口压力控制装置建立与井内相同的压力，才能打开井口闸板下入射孔枪串。井口建立平衡压过程中，压力控制式安全装置在压力作用下上下导通，使射孔枪串处于电路导通状态，存在一定的安全风险。

4 页岩水平井射孔起爆技术发展趋势

泵送桥塞射孔联作安全点火及起爆技术，需综合考虑设备能力和工程环境，提高安全性、可靠性和可操作性。采用多重安全保障设计技术的智能化全集成防射频雷管，将成为页岩油气井泵送桥塞射孔安全起爆技术的发展方向。

针对井筒压力高、套变等特殊井况，常规的连续油管输送方式无法实现多簇射孔与桥塞联合作业，需要多次下井才能完成，增加了发生工程问题的概率。目前，国外已经开发出压力编程起爆系统，根据井况，通过温度、压力、时间等多重参数进行起爆程序编译与设置，当桥塞和射孔器到达位置后，启动起爆程序，激发供电程序，井下电池自动供电完成桥塞和分簇射孔，实现智能多级分簇起爆。因此，连续油管分簇起爆技术将朝着智能化可控起爆的方向发展。

5 结论

①低电压控制的集成式防射频安全电子编码点火器及雷管，具有较好的可靠性、适用性、安全性和可操作性;②高温高压井筒环境下，起爆系统设置流体据传功能确保了工程安全;③国内开发的分离式编码控制系统和起爆系统，受电路控制和起爆技术限制，在可靠性、安全性、可操作性等方面与国外仍有一定差距;④高电压、大电流起爆技术，对于控制元器件要求较高，在安全控制及推广应用上有一定的局限性;⑤压力控制式安全装置无法在有压力的井口附近断开控制缆芯与点火线路，存在安全隐患;⑥应形成一套适应国内特点的油气井射孔起爆安全标准，用以指导射孔安全起爆技术的发展。

参考文献：

[1]刘洪林，王红岩，等.非常规油气资源发展现状及关键问题[J].天然气工业，2009，29（9）：113-116.

[2]庞长英，连军利，吴一凡，等.美国页岩油气开发技术及对我国的启示[J].石油地质与工程，2012（5）：62-66.