论文部分内容阅读
【摘要】本文在总结弹间干扰产生的原因和常规解决途径的基础上，提出了新的降低爆轰波传播对后一发射孔弹影响的方法。
【关键词】弹间干扰；弹套；爆轰波强度；阻尼
射孔在油气开发过程中起到临门一脚的重要作用，高孔密深穿透和高孔密大孔径射孔器则集高孔密深穿透或高孔密大孔径的优势于一体，能够更好地满足油气田开发的需要。但是在实际使用过程中发现，高孔密射孔器的使用效果并不能达到预计穿深指标；经过地面混凝土靶模拟装枪检测发现，当孔密达到一定程度后，如30孔/米以上，射孔器的穿深指标会出现明显波动，多数数值下降显著，弹间干扰是引起这一现象的主要原因。降低甚至消除弹间干扰，是高孔密射孔器研发的一项重要课题。
1、弹间干扰的成因
由爆轰理论可知，射孔弹爆轰后，爆轰波在弹壳内外壁及药型罩之间会进行多次反射，直至爆轰产物的压力下降到射孔弹装药稳定爆轰爆压的1/8以下后，爆轰波将不再对药型罩的压垮做出贡献。在这个过程中，弹壳要经历弹性变形──塑性变形──裂解的过程，所以壳体的设计结构和厚度对射流的形成有相当大的影响。
一般情况下，壳体裂解时间均超过20μs，在常规孔密的条件下，由于相邻射孔弹的间距较大，前一发射孔弹爆炸生成的产物场不会对下一发射孔弹产生明显的影响；而高孔密条件下，弹间距较小（几个毫米），相邻弹的起爆时间为几个微秒，因此弹壳碎片引起的干扰的可能性很小，弹间干扰产生的主要原因是射孔弹爆轰波引起的冲击波传播所致，导致压力场不对称引起的。即前一发弹引起的爆轰波经由弹架传播或者空气传播，穿透弹壳后加载到后一发弹上（冲击波随着距离的增大而衰减），当后一发弹爆轰时，弹壳已经处于一种不对称的压力场状态，从而引发第二发弹射流不对称、不完全，影响穿深性能。如89DP25四相位射孔器弹间距由62.5mm降低到50.0mm时便产生这种现象。
如果射孔器内第二发弹能在第一发弹影响之前使自己的压力场增加到足够强大，那么第一发弹产生的影响就相对减小，甚至可以忽略不计。这样即使在弹间距很小的情况下也不会出现明显的弹间干扰，可见降低弹间起爆时间或者增加相邻两发射孔弹的间距，是十分有效的方法。
过度弯曲的导爆索也是降低高孔密射孔器总体穿深性能的一个关键因素。导爆索产生的爆轰波通过引爆射孔弹壳体尾部的传爆孔中的炸药，从而达到对射孔弹进行中心引爆的效果。爆轰理论告诉我们，爆轰波或冲击波在钢铁中传播的速度非常高，同时，短距离传播对爆轰波或冲击波的衰减较小，过度弯曲的导爆索会将爆轰波通过射孔弹壳体尾部紧密接触部分传递给主装药，从而产生一定量的偏心起爆的效果，而偏心起爆也会显著降低射孔弹的穿深性能。
2、目前采用的降低弹间干扰的主要方法
2.1增加导爆索的爆速：高孔密射孔器中相邻射孔弹起爆的时间差减小，前一发射孔弹爆轰后引起的冲击波对滞后爆轰的射孔弹的作用时间减小，因而弹间干扰降低。
2.2增加弹间距：当导爆索的爆速一定时，对一定的射孔弹和一定的固弹方式来说，弹间干扰的程度取决于弹间距，间距越小，干扰越严重，当间距增大到一定值时，干扰现象基本清除，可以采用八相位分布等方式获得更大的弹间距。
2.3壳体设计改进：高孔密射孔器存在的干扰作用，受射孔弹本身的装药量和几何结构的影响。一般而言，当一定弹间距时，装药量越大，壳体越薄，干扰越严重，尽可能地增加壳体厚度，有利于降低弹间干扰和提高穿深性能。
2.4其它：弹架的直径等的改进，也可以获得一定的效果。
3、阻尼作用在降低弹间干扰中的应用
在相邻的射孔弹之间增加阻尼材料，可以明显地降低前一发射孔弹产生的爆轰波对下一发射孔弹所产生的爆轰波干扰。阻尼材料的使用，主要有以下两个方面：
3.1使用有阻尼效果的弹架
考虑到弹架强度、使用习惯和加工难度的问题，目前使用的高孔密弹架基本上都是钢材的，爆轰波在钢材中传播速度远高于空气中的传播速度，而且衰减更为缓慢，考虑使用复合材料弹架。可以有效降低和阻尼爆轰波对下一发射孔弹的影响。
3.2使用有阻尼效果的弹套
在射孔弹壳体的外层增加一层塑料制成的弹套，优点有四个。其一，在射孔器运输和使用过程中，减少因震动造成的药型罩与炸药、壳体脱离的概率，保障穿孔深度不降低；其二，上一发或者几发射孔弹爆炸后产生的爆轰波，需要首先经过塑料外套，才能到达壳体，从而衰减了爆轰波的强度，降低了其影响效果；其三，本发射孔弹爆炸后，爆轰波会通过塑料外套衰减后，才能传递到弹架，降低了对后一发射孔弹的影响；其四，可以提高导爆索对射孔弹的中心起爆效果，导爆索对射孔弹的偏心起爆效应明显下降。
4、结束语
通过以上的分析，我们对高孔密射孔器的弹间干扰产生的原因和解决方法有了明确的认识，尤其是采用有阻尼效果的弹套，不但可以降低弹间干扰，还能够减少因导爆索弯曲程度过大而引起的偏心起爆对射孔弹穿深性能的影响。
参考文献
[1]石前.高孔密深穿透射孔器设计方法，2004射孔年会
[2]李东传.弹间干扰判定方法初探，2005射孔年会
作者简介
董庆，男，1979年01月出生，工程师；现在大庆射孔弹厂研究所从事射孔器材开发。2004年毕业于佳木斯大学金属材料工程系。
【关键词】弹间干扰；弹套；爆轰波强度；阻尼
射孔在油气开发过程中起到临门一脚的重要作用，高孔密深穿透和高孔密大孔径射孔器则集高孔密深穿透或高孔密大孔径的优势于一体，能够更好地满足油气田开发的需要。但是在实际使用过程中发现，高孔密射孔器的使用效果并不能达到预计穿深指标；经过地面混凝土靶模拟装枪检测发现，当孔密达到一定程度后，如30孔/米以上，射孔器的穿深指标会出现明显波动，多数数值下降显著，弹间干扰是引起这一现象的主要原因。降低甚至消除弹间干扰，是高孔密射孔器研发的一项重要课题。
1、弹间干扰的成因
由爆轰理论可知，射孔弹爆轰后，爆轰波在弹壳内外壁及药型罩之间会进行多次反射，直至爆轰产物的压力下降到射孔弹装药稳定爆轰爆压的1/8以下后，爆轰波将不再对药型罩的压垮做出贡献。在这个过程中，弹壳要经历弹性变形──塑性变形──裂解的过程，所以壳体的设计结构和厚度对射流的形成有相当大的影响。
一般情况下，壳体裂解时间均超过20μs，在常规孔密的条件下，由于相邻射孔弹的间距较大，前一发射孔弹爆炸生成的产物场不会对下一发射孔弹产生明显的影响；而高孔密条件下，弹间距较小（几个毫米），相邻弹的起爆时间为几个微秒，因此弹壳碎片引起的干扰的可能性很小，弹间干扰产生的主要原因是射孔弹爆轰波引起的冲击波传播所致，导致压力场不对称引起的。即前一发弹引起的爆轰波经由弹架传播或者空气传播，穿透弹壳后加载到后一发弹上（冲击波随着距离的增大而衰减），当后一发弹爆轰时，弹壳已经处于一种不对称的压力场状态，从而引发第二发弹射流不对称、不完全，影响穿深性能。如89DP25四相位射孔器弹间距由62.5mm降低到50.0mm时便产生这种现象。
如果射孔器内第二发弹能在第一发弹影响之前使自己的压力场增加到足够强大，那么第一发弹产生的影响就相对减小，甚至可以忽略不计。这样即使在弹间距很小的情况下也不会出现明显的弹间干扰，可见降低弹间起爆时间或者增加相邻两发射孔弹的间距，是十分有效的方法。
过度弯曲的导爆索也是降低高孔密射孔器总体穿深性能的一个关键因素。导爆索产生的爆轰波通过引爆射孔弹壳体尾部的传爆孔中的炸药，从而达到对射孔弹进行中心引爆的效果。爆轰理论告诉我们，爆轰波或冲击波在钢铁中传播的速度非常高，同时，短距离传播对爆轰波或冲击波的衰减较小，过度弯曲的导爆索会将爆轰波通过射孔弹壳体尾部紧密接触部分传递给主装药，从而产生一定量的偏心起爆的效果，而偏心起爆也会显著降低射孔弹的穿深性能。
2、目前采用的降低弹间干扰的主要方法
2.1增加导爆索的爆速：高孔密射孔器中相邻射孔弹起爆的时间差减小，前一发射孔弹爆轰后引起的冲击波对滞后爆轰的射孔弹的作用时间减小，因而弹间干扰降低。
2.2增加弹间距：当导爆索的爆速一定时，对一定的射孔弹和一定的固弹方式来说，弹间干扰的程度取决于弹间距，间距越小，干扰越严重，当间距增大到一定值时，干扰现象基本清除，可以采用八相位分布等方式获得更大的弹间距。
2.3壳体设计改进：高孔密射孔器存在的干扰作用，受射孔弹本身的装药量和几何结构的影响。一般而言，当一定弹间距时，装药量越大，壳体越薄，干扰越严重，尽可能地增加壳体厚度，有利于降低弹间干扰和提高穿深性能。
2.4其它：弹架的直径等的改进，也可以获得一定的效果。
3、阻尼作用在降低弹间干扰中的应用
在相邻的射孔弹之间增加阻尼材料，可以明显地降低前一发射孔弹产生的爆轰波对下一发射孔弹所产生的爆轰波干扰。阻尼材料的使用，主要有以下两个方面：
3.1使用有阻尼效果的弹架
考虑到弹架强度、使用习惯和加工难度的问题，目前使用的高孔密弹架基本上都是钢材的，爆轰波在钢材中传播速度远高于空气中的传播速度，而且衰减更为缓慢，考虑使用复合材料弹架。可以有效降低和阻尼爆轰波对下一发射孔弹的影响。
3.2使用有阻尼效果的弹套
在射孔弹壳体的外层增加一层塑料制成的弹套，优点有四个。其一，在射孔器运输和使用过程中，减少因震动造成的药型罩与炸药、壳体脱离的概率，保障穿孔深度不降低；其二，上一发或者几发射孔弹爆炸后产生的爆轰波，需要首先经过塑料外套，才能到达壳体，从而衰减了爆轰波的强度，降低了其影响效果；其三，本发射孔弹爆炸后，爆轰波会通过塑料外套衰减后，才能传递到弹架，降低了对后一发射孔弹的影响；其四，可以提高导爆索对射孔弹的中心起爆效果，导爆索对射孔弹的偏心起爆效应明显下降。
4、结束语
通过以上的分析，我们对高孔密射孔器的弹间干扰产生的原因和解决方法有了明确的认识，尤其是采用有阻尼效果的弹套，不但可以降低弹间干扰，还能够减少因导爆索弯曲程度过大而引起的偏心起爆对射孔弹穿深性能的影响。
参考文献
[1]石前.高孔密深穿透射孔器设计方法，2004射孔年会
[2]李东传.弹间干扰判定方法初探，2005射孔年会
作者简介
董庆，男，1979年01月出生，工程师；现在大庆射孔弹厂研究所从事射孔器材开发。2004年毕业于佳木斯大学金属材料工程系。