【国家标准(GB)】 油气井聚能射孔器材性能试验方法

ICS71.100.30
中华人民共和国国家标准
GB/T 20488--2006
油气井聚能射孔器材性能试验方法Test method of perforator materials for oil and gas well2006-09-12发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2007-02-01实施
GB/T20488--2006
本标准中第3章、第4章、第5章、第6章、第7章修改采用APIRP19B：2000第一版《油气井射孔器评价的推荐作法》英文版）。在附录A中列出了这些章条编号与APIRP19B章条编号的对照一览表。为便于使用，在采用APIRP19B：2000时，本标准做了一些修改。主要技术差异如下：a）为了标准的使用方便，将APIRP19B:2000引I用的ASTMC109标准（APIRP19B:2000版的1.2.1b)和APIRP56标准(APIRP19B:2000版的1.2.5,1的最后一段）中的技术要求直接编写到本标准相应章节中（本标准的3.1.2b和3.1.4.2)；b）增加了附录D\高温常压钢靶射孔试验数据表格式”、附录E\射孔枪耐温耐压试验数据裘格式”和附录I\模拟并底条件下射孔孔眼流动特性试验数据表格式”。在采用APIRP19B:2000时，本标准存在如下编辑性修改：按照GB/T1.1--2000要求对标准的表述及编排格式改为适用于我国标推的表述；删除APIRP19B：2000的前言、引言；将APIRP19B:2000总则中的“0.1概述”安排在本标准的第1章中，将APIRP19B:2000中第3章内容分解为两章（本标推的第5章与第6章）。本标准的附录 F、附录 G、附录 H为规范性附录,附录 A、附录 B、附录 C.附录 D.附录 E、附录 I、附录J,附录K为资料性附录。
本标推由国防科学技术工业委员会民爆器材监督管理局提出。本标准由国防科学技术工业委员会民用爆破器材服务中心归口。本标准起草单位：石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心、大庆射孔弹厂，营口双龙石油射孔器材有限公司、西安近代化学研究所。本标准主要起草人：李险峰、朱贵宝、刘合、王秉敏、石健、孙新波、顾军、马艳杰、李玉芳。1范围
油气井聚能射孔器材性能试验方法GB/T 20488—-2006
本标准规定了油气井射孔器地面条件下混凝土靶射孔试验、高温常压钢靶射孔试验、模拟井射孔试验（适用于次下井爆炸品药量不大于1.8kg的射孔器的试验）：射孔弹应力条件下贝雷砂岩靶射孔试验、模拟并底条件下射孔孔眼流动特性试验，地面穿靶射孔试验，射孔枪耐温耐压试验。本标灌适用于油气并射孔器、射孔弹、射孔枪的试验。2规范性引用文件
的跨用而成为本标谁的条款。凡是注日期的用文件，其随后所有下列文件中的条款通过本标
修订版均不适用于本标准，然而鼓励根据本标准送成协议的各方研究的修改单（不包括勘误的内器战最新版本适用于本标准。
是否可使用这些文件的最新版
GB/T699优质碳素结构钢
GB/T 8031 工业电寓备
利用随机数般子进
GB/T 10111
GB 10238--199
GB/T 13889
GB/T 20489-
SY/T 6411
井水泥
用电雷管通方
油气井聚能射
的方法
标通器
油用导爆索通用
技楼条作
地面条件下混凝生
靶射孔试验
测试靶
靶的结构
靶的结构示意图见图
穿透能力确定。
靶的外壳
套管或油管在靶中的寶
油管周围混凝土厚度应不小
刻型式和所测試射孔器的预期
由测误中所用射孔枪相位确定。对子零相位射孔器所用的靶，套管或靶中使用的套管或油管的尽
历量和等级见表1。
管的外径
试验靶中使用的套管和油管
Barakeg?m
管的标称质量
API等级
GB/T20488--2006
管的外径
1—混凝土；
2-—靶壳：
3-套管或油管。
3.1.2靶的制备
表1（续）
图1混凝土靶结构示意图
管的标称质望
靶和样块的混凝土应采用下列质量组分的水泥-砂浆混合丽成：a）1份APIA级水泥，应符合GB10238—1998要求，质量偏差为士1%；1b/ft
API等级
b）2份干压裂砂，质量偏差为±1%.砂子应满足粒径为1.25mm～0.63mm(16目30目》的要求，其粒径及储存要求\如下：1）砂子粒径为1.25mm~0.63mm（16目～30目）；标准筛组合为1.6mm（12自），1.25mm(16月）,0.9mm(20月)，0.7mm(26月）,0.63mm（30月）,0.45mm(40月），底盘；筛析结果满足落在粒径范围内的质量，不应低于砂子总质量的90%，大于顶筛1）此处为APIRP19B中引用的APIRP56《水力压裂用砂测试的摊荐作法》（第二版）标准对砂子的要求。2
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(1.6mm）的砂子的质量不应超过总质量的0.1.%，小于底筛(0.45mm）砂子的质量不应超过总质量的1%；
2）在使用之前，砂子应贮藏在干燥的地方；c）0.52份清水，质量偏差为士1%。3.1.3靶的固化条件
混凝土靶应在0℃以上，最少经28d养护而成。在整个养护期间内，混凝土的顶面应覆盖不小于76mm深的清水。所有的强度测试样块应漫没在与混凝土靶温度相同的水中，直到使用时为止。3.1.4靶的抗压强度测试
3.1.4.1靶的抗压强度要求
靶的抗压强度用一个边长为50mm的立方体进行评价，该立方体用与靶相同的混凝土制成，按3.1.2、3.1.3、3.1.4.2~~3.1.4.6所述对其制备和测试。应在试验前24h或试验后24h之内测试混凝土样块强度，其乎均抗压强度应不低于34.5MPa(5000psi)。3.1.4.2测试抗压强度的器具
模具最多有3个立方体间隔小室，组装模具的各部件应刚性地结合在一起，模具应采用不会被混凝土砂浆所侵蚀且其洛氏硬度不低于HRB55的硬质合金制成。模具的内表面应是平面且应满足表2中允许的公差。其底板厚度不应小于6.4mm。表2样块模具的允许公差
侧面平面度/mm
相对侧面的距离/nm
每个间隔小室高度/mm
相邻面的夹角
新的模具
90°±0.5°
使用中的模具
90°±0.5°
a在两个侧面的交线处稍微移动一下的点测得相邻面的夹角。每个间隔小室的内裘面与相邻表面之间的夹角以及内表面与顶面、底面之间的夹角应单独测量。模具公差检验以及试验机校准（精度为载荷范围的士1%)周期不应超过2年。试验机还应符合下面要求”：
上压板应是带有一个球座的硬金属块，率固地连接在仪器上端的中央。球座中心应对准接触样块的承压板块表面的中心，压板应与球座紧密接触，应能在各个方向自由滑动。压板面的对角线或直径稍大于50mm立方体表面的对角线，以便于使样块对谁中心线。为了减轻仪器下压板的磨损，可以在样块下面加上一块硬金属垫块，接触样块的垫块表面的落氏硬度应不小于HRC60。与样块接触的承压面在初次使用前，表面的平面度应不大于0.013mm（0.0005in），而在使用中应保持0.025mm(0.001in)的允许变化范围内。
注：如果下压板直径只是比50mm或2in立方体面对角线稍大一些而不大于74mm(2.9in），并且以适当的方法与上压板的中心对准并牢固定位时，上压板的直径为79.4 mum(3%in）。3.1.4.3模具的准备
在模具的内表面均勾地涂上薄层脱模剂。在模具接触面涂上一层轻质润滑油将两个面的接缝进行2）此处为APIRP19B中引用的ASTMC109—1999《水硬性水泥胶砂抗压强度标准试验方法（使用2in或50mm立方体样块)》标准对试验机的要求。3
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密封。在模具与底板的外接独线上涂上润滑油，以获得紧密的防水密。3.1.4.4在模具中注入砂浆
样块应在靶浇注的过程中获得。对于需要多车混凝土的大靶应在砂浆倒人靶的中部位置时进行取样，在得到砂浆15min之内开始制备试样。用不吸水的小铲或圆棒搅拌砂浆。将砂浆填人准备好的模具中的样块间隔小室内，砂浆的高度大约为模具深度的1/2，在进行搅拌之前应将砂浆放入所有样块分隔小室中，用大约长为200mm（士40mm），直径为6mm（上2mm）的玻璃或耐腐蚀的金属棒搅拌每个样块25次或振动3min，搅拌好后，再对剩下的砂浆进行搅拌，将砂浆填入模具直至溢出，像前次一样进行搅拌。搅拌之后，多余的砂浆用直尺刮掉。应亲掉模具中有泄漏的样块，一次测试应制备至少6个样块。
3.1.4.5样块的固化
在2h内将制备好的样块模眞，人环混凝土靶顶部的水中，的顶部应坚固应能支承模具，其水面高度应保持能全部覆盖所有模真，在放置模具后的20h～23h内，将模具水中取出，然后从模具中取出样块放人一个装有水萨塑料容器中再将该容器放以让上述靶顶部的水中，镇到整个养护过程结束。样块应完全浸没水中，
3.1.4.6样块的测试双
将样块表面的水擦
雪到测试
去掉表面
样的样块表面磨平或弃该样块。载荷加在样块与r
面接触的表
座是自如翻转的，承裁義
氧应清洁干净
足如下要求：
a）加载的速度1±7）kN/m
b）抗压强度由最大载荷除以截市超过 1. 5 mm就屏实际面积来
的样块，每两景祥
快的测试结果
差值最大的结巢，
签查下
差值范围，有效测试的样块数最到 0. 1 MPa
3.2试样
3.2.1射孔器的选择
享，如果测量样块
强度。在决
葡是否有明退弯曲的地方，将这下面的中央位置应保证轴承
在对样块跳行测试时，应满
节测试仪的撑制器；
规定的50m相比，尺寸偏差
度时，不要考那整有明显缺陷
%，如果超过邀个范围，去掉
到所有结果都符合最大允许
新有合格样英的抗履强度赖平均值，且精确测试的射孔器应由射孔现场应用的产品组成：包搭射孔枪、射孔弹成工品附件和射孔器的其他部件。
3.2.2射孔弹的选择和老化
射孔弹应从最小为1000发的生产批量中抽取（高温射孔弹与超高温射孔弹的生产批量至少为300发）。最小生产批量可以是跨距多个生产班次的连续批。在进行试验之前，射孔弹应至少贮存（老化)28d。射孔弹应从未开封的箱中抽取。3.3试验程序
3.3,1射孔器要求
3.3.1.1多相位射孔器
对于多相位射孔器试验，应提供一支连续装弹最少12发或有效射孔长度不小于1m的射孔枪，选4
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择装弹多的一种。射孔器可居中地放置在套管中，也可根据现场使用情况放置在套管中。3.3.1.2单相位射孔器
没有定位装置的单相位射孔器应在两个位置上进行试验。在一个位暨上，所有的射孔弹应在最大间隙处引爆；在另一个位置上，所有射孔弹应在最小间隙处引爆。每个位置上至少应引爆8发。带有定位装置的射孔器应按设定的位置引爆，至少引爆12发。3.3.2射孔介质
射孔介质为清水。
3.3.3数据测量
3.3.3.1穿孔深度
测量套管或油管内壁到射乳孔道末端的距离3.3.3.2套管或油管的乳眼直径
测量套管或油管上椭形乳眼直径的长轴和短轴的值。测量值应用齿尺从套管或油管的外侧进行测定。
内毛刺高度
3, 3. 3. 31
测量射孔孔健
或油管
且不能用手指排除那么，这种铺3.4测量结果的表述
3.4.1 测量精度
3. 4. 1. 1
黛的测量精度
高度和穿孔摄
3.4.2数据在暴
记录试验结果，格式可参
3.4.3测试维课的有效性
3.4.3.1混凝餐孔道末站
的数据
3.4.3.2完全
3.4.3.3记录距肥畅顶面300
穿孔深度计算。
应力条件下贝雷砂岩靶射子试验4.1贝雷砂岩靶及制备
4.1.1贝雷砂岩靶
度为0.1mm
可碎屑逊人套或油管中的射孔孔眼，记录下来，并以解释。
76mm(3%in)时，试验无效。
均穿孔度。
h（6in以内的穿孔深度，但不列人平均贝雷砂岩靶的结构如图2所示。贝雷砂岩靶碧心的体积孔隙度为19%～21%。5
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1加压液体人口，
岩心排气孔；
-锥管螺纹接套：
4 杆；
-排气端支板：
排气端密封板
岩心，
一橡胶套筒：
-20mm厚隔层；
发射端靶板；
11--发射端支板;
压力容器：
4.1.2贝雷砂岩靶制备
4. 1.2.1 尺寸
图2测试装置及贝雷砂岩靶结构示意图对于单发射孔弹装药量不大于15g的射孔器，岩心直径为102mm士3mm，对于单发射孔弹装药量大于15g的射孔器，岩心直径为178mm士5mm，根据预计的穿孔深度，岩心长度分为305mm，381mm457mm,533mm，610mm，686mm，允许误差为士6mm。并保证未穿透岩心长度不小于76mm。
4.1.2.2切割
岩心可用车床车削或取心筒切割。6
4.1.2.3烘干
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按尺寸切割的岩心应在96℃±3℃的通风恒温箱内烘干至少24h或达到恒定质量。4. 1.2.4抽空
岩心在密闭装置内进行抽空，装置备有尺寸合适的抽气孔和泵。还应配有一种向其底部缓慢注人饱和溶液的装置。以便在真空下从岩心底部到顶部浸人液体。岩心在注入饱和溶液之前，应抽空至133Pa或更低的压力后，最少持续6h。饱和溶液注人的速度不应比液体漫入岩心速度快。4.1.2.5饱和
饱和溶液应用质量分数为3%的氯化钠（NaC1)溶液（在常温下测量的相对密度精确到千分之一），采用氯化钠和蒸馏水或去离子水制备。为了除去溶解气，在使用氯化钠溶液之前，应将其在6.6kPa压力下抽空0.5h，但不能明显增加其密度。岩心在饱和装置中注人饱和溶液之后，保持不大于6,6kPa压力2h，随后将压力缓慢增至大气压。还原状态的岩心应在质量分数3%氯化钠溶液中保存，直到测定孔隙度为止。氯化钠液也可用煤油代替。4.1.2.6孔隙度测定
岩心饱和后，应轻轻地擦去表面游离的氯化溶液并立即称其质量。孔隙度按式（1）、式（2）、式（3）计算：
V,= m=m×10
式中：
V,岩心孔隙体积的数值，单位为立方毫米（mm2）；-被氯化钠溶液饱和后的岩心质量的数值，单位为克（g）；mi
m2—被氯化钠溶液饱和前的岩心质量的数值，单位为克g)；—氟化钠溶液密度的数值，单位为克每立方厘米（g/cm\）V岩心体积的数值，单位为立方毫米（mm）D一岩心直径的数值；单位为毫米（mm）；L岩心长度的数值,单位为毫米(mm);中孔隙度的质量分数，数值以（%）表示。4.1.2.7岩心贴存
（2）
（3）
在获得岩心的特性参数之后和进行射孔操作之前，岩心应存放在质量分数为3%的氯化钠溶液中。4.2试验装置
4.2.1橡胶套筒
对于单发射孔弹装药量不大于15g的射孔器，橡胶套内径应为102mm，对于单发射孔弹装药量大于15g的射孔器，橡胶套内径应为178mm，橡胶套简的壁厚为6mm。4.2.2靶定位装置
发射端的定位装置，应含有一个10mm厚的低碳钢靶板和一个20mm厚的固结剂（hydrostone3>）或其相当物的隔层。
4.2.3排气管
排气管应是标称外径为25mm的锥管螺纹钢管，内径不小于6.35mm。3）美国Gypsum公司的商品名。
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4.2.4压力容器
压力容器的内径不小于305mm，并用合适的压力传感器和遥测记录设备测试压力。4.3试样
4.3.1试验射孔器为模拟现场使用的射孔器的单发段。4.3.2每批产品至少试验3发射孔弹，应从最小为1000发的生产批量中抽取（高温射孔弹与超高温射孔弹的生产批量至少为300发）。射孔弹应从标准的运输箱中抽取。在进行试验之前，射孔弹应至少贮存（老化)28d。
4.4试验条件
4.4.1试验介质免费标准bzxz.net
压力容器内液体应为清水，在整命测试期间均保持在常温状态下。4.4.2间隙
除带偏心装置的零相射孔器外射孔鼎测试间隙均为l2.7mm带有偏心装置的零相位射孔器应以在井内所设定的间隙进行部验，4.4.3引爆压力
引爆时，压力容器的压力为20
4.5试验程序
4.5.1砂岩靶装配
射孔器紧国在岩心靶上，保市
用螺栓使发射端和出端的定假
束，以便能均望压力。靶在
4.5.2加压及引
力达到20.7
加压使容露
如果岩心处于分
鲍和状态，那
闭系统中引爆欢而压力计和泵
4.5.3数据测量
4.5.3. 1 穿孔染
测量靶板外到射孔孔道来
4.5.3.2穿孔孔经
用卡尺的量爪伸眼内
4.6测量结果的表述。
4.6.1测量精度
4.6.1.1穿孔深度的测量精
，4.6.1.2穿孔孔径的精度
4.6.2数据记录
面间隙
全在岩心上，端部
赢离中
3000 psi），为了检查
管中开始将有量
方向测童
记录试验结果，格式参照附录C。4.6.3测试结果的有效性
弹与靶面垂并斌谁靶板中心。如果采置在岩心轴线方上的运动应不受约我应不大于2mm双见图2。
在发射之前该系统保持静态5min。出，直到应册达到均衡。射孔枪在密时的值
眼长辅莉
在102mm直径靶中，射孔孔道的端部应位于距岩心中心轴线32mm之内，在178mm直径靶中，射孔孔道的端部应位于距岩心中心轴线51mm之内，否则试验无效。5高温常压钢靶射乳试验
5.1原理
在常压条件下将射孔器加热到给定的温度后，进行钢靶射孔试验，并与常温常压条件下钢靶射孔试验(基谁试验)进行性能对比，以评价射孔器的性能。8
5.2试验靶
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试验靶采用块副靶(50mm×50mm×10mm）和若下主靶（50mm×50mm×25mm）的A3钢板构成的组合靶，钢靶结构见图3。组合靶的厚度应比被测产品平均穿孔深度至少大12.5mm。射孔枪；
2 --主靶，
平头焊接；
4副靶
试验装置
试验装置由加热系
5.4试样
5.4.1射孔器的选择
制系统
测试的射孔器应由射孔现场应用的产品组成，包括射孔枪、射孔弹炭工品痫件和射孔器的其他部件。射孔枪内自由体积与装药体积5.4.2射孔弹的选择和老化
比应等于或低于现场配备的满载射孔掩的比值。每批产品至少试验12发射孔弹，应从最小为1000发的生产批量中抽取（高温射孔弹与超高温射孔弹的生产批量至少为300发》。射孔弹应从标推的运输箱中抽取。在进行试验之前，射孔弹应至少贮存（老化）28d。
5.4.3射孔枪结构
射孔枪的两端应有压力密封套，并且在整个测试期间应密封。5.5试验条件
5.5.1间隙
对于所有的射孔器，均采用零间隙。GB/T 20488--2006
5.5.2温度环境
5.5.2.1射孔器在规定时间内暴露于额定温度环境下，在一定温度下进行发射，温度误差范围为土5℃。对于电缆作业，额定时间为1h；对于油管输送作业，额定时间不少于100h。5.5.2.2射孔器暴露环境的最大升温速率为3℃/min。5.5.2.3在暴露期间，暴露环境的平均温度变化应控制在士5℃之内。但允许超出范围的时间小于总暴露时间的10%，
5.5.3试验介质
常温常压试验和高溫常压试验应在同样的大气或适宜液体环境下进行，高温常压试验加热应使用连续流动介质将热量均勾地传给射孔器。5.6试验程序
5.6.1发射数量
加热后的射孔器和基准射孔器至少各发射6发射孔弹。5.6.2组装射孔总成
按射孔枪的长度、孔密，中接长度等选配靶装置，枪、靶准确对位，确定点火位置。5.6.3常温常压下射孔（基准试验）确定点火位置后，引爆射孔器。5.6.4高温常压下射孔
5.6.4.1温度监测
整个测试过程中，应分别对毗邻底部和顶部射孔弹的射孔枪外表面温度进行紧密接触方式的监测。热电偶应精确地屏蔽，以确保准确的枪体表面温度。对于整个测试，为了获得实时连续的温度分布记录，应采用热传感和遥测记录设备。所有的设备应按通用条件进行校准和检定。5.6.4.2加温
按5.5.2要求，加热射孔器到预定温度。5.6.4.3射孔
把加热后的射孔器定位到预定的点火位置，启动点火系统，点火。5.6.5数据测量
5.6.5.1穿孔深度
对未穿透靶的孔，用直径为1.5mm～2.0mm的探针插人孔内测得的值加上已穿透的主、副靶厚度之和。
5.6.5.2穿孔孔径
将卡尺量爪伸入副靶孔眼内，成90°方向测量出通孔长轴和短轴的值。5.7测量结果的表述
5.7.1测量精度
5.7.1.1穿孔深度精度为1mm。
5.7.1.2穿孔孔径精度为0.1mm
5.7.2数据记录
5.7.2.1记录试验结果，格式参见附录D,并进行平均值计算。5.7.2.2平均穿孔深度数据表示为：高温常压穿孔深度/常温常压穿孔深度。5.7.2.3穿孔孔径为孔眼长轴和短轴的平均值。最小值和最大值数据表示为：高温常压穿孔孔径/常温常压穿孔孔径。
5.7.2.4孔眼圆度应为长轴平均值与短轴平均值的比值。应分别计算高温常压和常温常压条件下的比值。
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