射孔枪内盲孔加工方法现状及展望

射孔枪内盲孔加工方法现状及展望陈纪伟，敬娟（四川石油射孔器材有限责任公司，隆昌642150）摘要：本文主要介绍了现有的几种内盲孔加工方法，分析了各加工方法的优缺点。针对现有加工方法的不足，提出了电解法加工内盲孔的方案，该方法不仅有效避免了现有加工方法存在的问题，同时采用成型阴极单向进给可在同一相位上同时加工多个内盲孔，从而提高内盲孔加工效率。关键词：射孔枪；内盲孔；加工方法；电解法ThePresentSituationandProspectoftheProcessingMethodsofPerforator’sInnerscallopsCHENJi-wei，JINGJuan(SichuanPetroleumPerforatingMaterialsCo.,Ltd,longchang642150,China)Abstract：Thepapermainlyintroducedseveralavailableprocessingmethodsoftheinnerscallops,andanalyzedtheiradvantagesanddisadvantages.Todirecttowardstheshortcomingoftheseprocessingmethods,theelectrolyticmethodoftheinnerscallopswasproposedwhichcouldavoidstheproblemsofexistingprocessingmethods.Themultipleinnerscallopsonthesamephasecouldbeprocessedsimultaneouslybythesingleadmissionofshapingcathodetool,andthismethodcouldenhancetheefficiencyoftheinnerscallops.Keywords：perforatinggun；innerscallops；processingmethod；electrolyticmethod1引言随着石油射孔技术的要求越来越高，射孔器穿透深度成为了衡量射孔器作业效果的一个重要指标。近几年来，各射孔器加工研发机构在提高射孔器穿深方面做了大量的工作，主要集中在射孔弹的研发上，在增加射孔枪装枪炸高从而提高射孔器穿深性能方面的研究较少。目前国内市场绝大部分采用外盲孔射孔枪作为射孔弹载体进行射孔，这种方式因枪管内径的固定，在提高炸高方面受到了限制。针对现有射孔枪增加炸高难度较大的问题，出现了一种新型的内盲孔射孔枪，研究表明该射孔枪可行性较高，与外盲孔射孔枪相比,可以有效提高穿透深度[1]。内盲孔射孔枪具有以下两个方面的优点[2]：（1）目前绝大多数射孔弹的装枪炸高较低，无法达到最有利炸高，这大大阻碍了射流的充分拉伸。内盲孔射孔枪将枪身盲孔由外向内进行转变，增加了射孔弹的装枪炸高，有利于射流充分拉伸、延展，提高了射孔器的穿透深度。（2）由于盲孔在枪体内部，可减少射流所经过的射孔器与套管的空隙长度，进而可减少由于空隙和井筒压力对射流造成的综合影响。本文主要介绍了现有的几种内盲孔加工方法，分析了各加工方法的优缺点，在此基础上提出了采用电解法加工内盲孔的构想。2几种常见的内盲孔加工方法按内盲孔实现方式的不同，目前内盲孔射孔枪主要可分为以下三种形式。（1）在射孔枪体外壁以螺旋方式加工带有台阶的通孔，采用外部堵盖粘接、垫片焊接等方式扩大枪体内部空间实现内盲孔。（2）采用专用内盲孔加工装置在射孔枪体内壁相应位置径向钻削加工实现内盲孔。（3）将钻具穿过泄压孔在射孔枪对应位置加工内盲孔。2.1外部封堵式内盲孔射孔枪外部封堵式内盲孔射孔枪主要由枪体和封堵片组成，封堵方式主要有堵盖粘接、垫片焊接、压帽连接等[2]，结构如图1所示，其关键技术在于枪体的密封处理，保证射孔枪的承压能力。图1封堵式内盲孔射孔枪结构示意图1-枪体；2-封堵片；3-台阶通孔该内盲孔射孔枪增加了装枪炸高，减小了射流阻力，同时提高了射孔作业效率。此外，选择合理的封堵材料和加工工艺可实现炸后对枪体无损害，射孔枪重复使用，有效降低生产成本[3]。2.2内加工式内盲孔加工方法图2内加工式内盲孔射孔器结构示意图1-枪体；2-内盲孔内加工式内盲孔射孔枪主要包括枪体、内盲孔，其结构如图2所示[4]。该射孔枪不仅能增加装枪炸高，提高射孔作业效率，同时由于直接从枪体内壁加工内盲孔，克服了封堵式内盲孔射孔枪容易渗漏和外部封堵片脱落卡枪的缺点。此外，严格控制盲孔对应处枪身的剩余壁厚，能够保证在提高炸高的同时满足抗压强度要求。内加工式内盲孔加工装置可直接在枪体内壁上射孔弹对应位置加工内盲孔，主要由机座、动力输入端、传动臂、链条传动系统、刀具组件、液压进给系统、液压张紧装置等组成，其结构示意图如图3所示。该加工装置原理简单，液压张紧装置在手动液压泵的控制下锁紧刀具组件和枪体内壁，然后动力经过传动臂内的链条传动系统带动钻具旋转进行切削加工，同时通过液压进给系统实现进给运动。与外封堵式的内盲孔加工工艺相比较，这种内盲孔加工装置减少了加工封堵、压盖、焊接修磨、探伤、压力检测等工艺流程，降低了加工成本，提高了加工效率，同时避免了高温焊接对射孔枪枪身力学性能的影响[5]。图3内加工式内盲孔加工装置结构示意图1-机座；2-动力输入端；3-传动臂；4-链条传动；5-刀具组件；6-液压进给系统；7-液压张紧装置；8-枪体；9-内盲孔2.3利用泄压孔加工内盲孔带泄压孔式内盲孔射孔枪包括枪体、封堵片、内盲孔和泄压孔，其结构如图4所示[6]。与封堵式内盲孔射孔枪相比，该射孔枪不仅增加了炸高，提高了射孔弹的穿深性能，而且也方便了加工，且有利于射孔枪内高能气体的快速泄压。针对这种形式的内盲孔射孔枪，一种新型的内盲孔加工装置应运而生。该装置主要由普通铣床、刀具连杆、钻具组件、支撑装置、动力传输杆等组成，其原理示意图如图5所示。这种新型图4带泄压孔式内盲孔射孔枪结构示意图1-枪体；2-封堵片；3-泄压孔；4-内盲孔的内盲孔加工装置结构原理简单，由普通的立式铣床提供动力，经过动力传输杆以特定的啮合方式带动钻具旋转实现切削运动，同时在钻具组件一旁安装机械式支撑装置，锁紧刀具连杆与枪体内壁，提高内盲孔加工过程中装置的整体刚性[7]。图5泄压孔式内盲孔加工装置结构示意图1-普通铣床；2-刀具连杆；3-支撑装置；4-钻具组件；5-动力传输杆；6-内盲孔；7-泄压孔与内加工式内盲孔加工装置相比，该加工装置不仅解决了长距离动力传递造成的刀具转动不稳定，减少了各组件的频繁损坏，提高了装置的使用效率，而且避免了长距离动力传递的功率损失，降低了动力成本，此外，该装置的动力采用特殊啮合方式传递，因此可以加工比泄压孔直径大的内盲孔。3现有内盲孔加工方法的不足随着机械加工工艺的发展，现有的内盲孔加工方法虽然在一定程度上能满足内盲孔技术发展的需要，可以提高炸高，提高射孔施工作业效率，但其各自仍然存在一定的缺陷，主要表现在以下几个方面：（1）外部封堵式内盲孔加工工艺多采用堵盖粘接、垫片焊接等方式形成内盲孔，其承压能力受到一定程度的限制；同时，由于封堵片通常采用焊接或粘接等方式与射孔枪连接，炸后易形成整体碎屑，造成卡枪事故；其次，由于加工工艺的特殊性，不可避免的需要进行焊接修磨、探伤、压力检测等工艺手段保证枪身的整体承压能力，这不仅增加了加工成本，而且也降低了加工效率；此外，焊接产生的高温易造成枪体本身机械性能的改变，产生内应力，使枪体容易变形，且焊接的密封难以保证和检验，容易造成渗漏。（2）现有的内加工式内盲孔加工方法多采用链条传动系统实现长距离动力传递，这种方式存在严重的功率损失，增加了动力成本，且加工效率低；其次，链条传动的稳定性较差且不连续，对内盲孔加工质量造成了一定程度的影响，同时传动的不稳定使得链条传动零部件频繁损坏更换，降低了装置的使用效率，增加了加工成本；受射孔枪内径的限制，动力传输杆径长比极小，进给时刚度不够，造成内盲孔加工深度不能满足预计的要求，影响加工质量；再者，这种加工方法的排屑难度大，定位精度不高，长枪加工难度大，对枪体内壁精度要求高，且检验难度大；此外，机械钻削经常会产生毛刺，装枪过程中容易刮伤导爆索，影响射孔枪的正常传爆。（3）泄压孔式内盲孔加工方法，泄压孔的封堵仍存在密封性能差，易产生渗漏的缺点，在加工成本、加工效率、施工安全等方面也与外部封堵式内盲孔射孔枪存在相同的问题。4内盲孔的电解加工方法电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理将工件加工成型的一种特种加工方法，加工过程中没有宏观机械切削力，并具有加工范围广、生产率高、表面质量好、工具阴极无损耗等显著优点，同时利用同一个成型阴极进行单方向送进可以成批加工复杂型腔、型面、型孔，在众多加工行业中都已得到了广泛应用[8]。鉴于电解加工的优点，为内盲孔石油射孔器的内盲孔加工方法提供了新的思路。若将电解加工的工具阴极伸入射孔枪内，在枪体内壁射孔弹对应位置加工出内盲孔，这种方法可以克服现有几种内盲孔加工方法的缺陷，其优势主要表现在以下几个方面：（1）内盲孔加工容易，加工质量高，且盲孔边缘无毛刺，避免了装枪时导爆索的损坏。（2）直接在枪体内壁加工内盲孔，解决了封堵式内盲孔射孔枪承压能力差等缺点。（3）电解加工无宏观机械切削力，避免了工具的刚度、长距离动力传递对内盲孔加工质量的影响。（4）电解加工中电解液的流动能将电解产生的腐蚀物带走，解决了普通内盲孔加工中排屑难度大的问题。（5）电解法加工内盲孔可采用成型阴极单方向进给，同时加工一个相位上的多个内盲孔，从而提高内盲孔加工效率。5结束语随着石油技术的不断发展，对射孔器的要求也越来越高，提高射孔弹穿透性能是现在射孔器发展的重要目标。内盲孔射孔枪增加了射孔弹的装枪炸高，有利于提高射孔器的穿透性能。现有内盲孔加工方法存在一定的缺陷，前文提出的电解法加工内盲孔的方法可以有效克服这些不足，并能够满足现阶段射孔器发展的要求，是一种可行的、发展前景广阔的内盲孔加工工艺方法。参考文献：[1]李臣，张国华，等.内盲孔射孔器在吉林油田的应用[J].国外测井技术，2008，23（1）：19-21.[2]王文红，刘霞.内盲孔射孔器的开发研制及应用[J].测井与射孔，2004，（1）：73-76.[3]赵道远.内盲孔射孔枪[P].中国:200520021175.7，2006-11-29.[4]马宪武.一种内加工式内盲孔射孔枪[P].中国:201020511734.3，2011-02-16.[5]齐国安，齐春林.石油射孔枪内盲孔加工装置[P].中国:200920094660.5，2010-10-13.[6]徐志国，熊健，等.一种内盲孔复合射孔枪[P].中国:200820091340.X，2009-10-07.[7]张国桉，霍瑞龙.油气井用射孔枪内盲孔的加工方法及装置[P].中国:201110427323.5，2011-12-15.[8]徐家文，王建业，田继安.21世纪初电解加工的发展和应用[J].电加工与模具，2001，（6）：1-5.[9]王国华，潘建伟，周常斌.较大尺寸的内六角盲孔的加工[J].江苏石油化工学院学报，1998，10（3）：32-35.第一作者简介：陈纪伟（1987-），助理工程师，工学硕士，主要从事石油射孔器材的研究工作。