Nghiên cứu thiết kế, chế thử súng, dây nổ và đạn bắn vỉa phục vụ cho khai thác dầu khí

Trung tâm Khoa học kỹ thuật công nghệ quân sự
Viện thuốc phóng thuốc nổ

đề tài cấp nhà nớc
mã số: đtđl 2004/08



báo cáo TổNG KếT đề tài

Tên đề tài:
Nghiên cứu thiết kế chế thử
súng, dây nổ và đạn bắn vỉa phục vụ
khai thác dầu khí

Chủ nhiệm đề tài
Đại tá-PGS-TS Nguyễn Công Hoè










6755
12/3/2007

Hà nội - 2006


1
đề tài cấp nhà nớc
m số: đtđl 2004/08
báo cáo khoa học đề tài
Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế thử súng, dây nổ và đạn bắn vỉa phục vụ
khai thác dầu khí.
Cấp quản lý đề tài: Nhà nớc.
Mã số: ĐTĐL 2004/08 Ngày đăng ký: 10/9/2003.
Cơ quan chủ quản: Bộ Quốc phòng.
Cơ quan chủ trì: Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Trung tâm KHKT&CNQS.
Chủ nhiệm đề tài: Đại tá-PGS_TS Nguyễn Công Hoè-Viện TPTN.
Những ngời thực hiện và phối hợp chính:
-Thợng tá-Kỹ s:Lê Văn Tân Viện Thuốc phóng Thuốc nổ.
-Đại tá-Tiến sỹ:Phạm Văn Cơng - Viện Thuốc phóng Thuốc nổ.
-Đại tá-Tiến sỹ:Nguyễn Nh Chơng - Viện Thuốc phóng Thuốc nổ.
-Trung tá-Kỹ s:Nguyễn Quang Huy - Viện Thuốc phóng Thuốc nổ
-Đại tá-Tiến sỹ:Đỗ Xuân Tung - Viện Thuốc phóng Thuốc nổ.
-Kỹ s Lê Việt Dũng Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội.
-Kỹ s Trần Cao Thắng Nhà máy Z121/Tổng cục CNQP.
Kinh phí đợc cấp: 2.000 triệu đồng.
Thời gian thực hiện: Từ tháng 01/2004 đến tháng 12/2005.

Ngày tháng năm 200 Ngày tháng năm 200
Cơ quan chủ trì đề tài
Chủ nhiệm đề tài

Ngày tháng năm 200
Cơ quan chủ quản





2

Mục lục

Trang


Đặt vấn đề
6
Chơng I Tổng quan
7
1.1 Bắn nổ trong giếng khoan dầu khí 7
1.1.1 - Khái niệm và các phơng pháp bắn nổ trong giếng khoan dầu khí 7
1.1.2 - Cấu tạo và các đặc điểm đối với các thiết bị bắn nổ mìn 11
1.1.2.1- Súng 12
1.1.2.2- Đạn bắn vỉa 15
1.1.2.3- Dây nổ 20
1.1.2.4- Kíp nổ 21
1.2- Khảo sát các yếu tố ảnh hởng đến chiều dài dòng xuyên
23
1.2.1- Quá trình hình thành dòng xuyên 23

1.2.2- Tác dụng của dòng xuyên vào vật cản 26
1.2.3- Các yếu tố ảnh hởng đến độ xuyên sâu của đạn lõm 31
1.3- Khảo sát cơ sở công nghệ chế tạo phễu từ bột kim loại 34
1.3.1- Cơ sở lý thuyết luyện kim bột 34
1.3.1.1- Tính chất của hạt bột kim loại và phơng pháp đánh giá các tính
chất cơ bản của hạt bột kim loại.
35
1.3.1.2- Tính chất của bột kim loại riêng lẻ. 35
1.3.1.3- ép nguội tạo hình chi tiết từ kim loại bột.
37
a- Mối quan hệ giữa lực ép và mật độ của vật ép. 37

3
b- Giãn nở thể tích của mẫu tơi sau khi ép. 38
1.3.2- ảnh hởng của nhiệt độ và thời gian thiêu kết.
39
1.4- Cơ sở lý thuyết các yếu tố ảnh hởng đến các tính năng cơ, lý, hoá,
nhạy nổ và khả năng gia công nép ép của thuốc nổ.
40
1.4.1- Độ nhạy nổ và giảm nhạy nổ của thuốc nổ. 40
1.4.2- Cơ sơ lý thuyết của mối quan hệ giữa độ xuyên, tỷ trọng, thành phần. 43
Chơng II- Phơng pháp nghiên cứu.
46
2.1- Phơng pháp nghiên cứu đạn bắn vỉa. 46
2.2- Phơng pháp nghiên cứu hình dạng, kích thớc, kết cấu, thành
phần hoá học của các chi tiết của đạn bắn vỉa, súng và dây nổ và các
phơng pháp đánh giá sản phẩm.
46
2.3- Phơng pháp đánh giá khả năng xuyên của đạn bắn vỉa trên bia
thép

47
2.4- Phơng pháp đánh giá khả năng xuyên của đạn bắn vỉa trên bia bê
tông.
48
2.5- Thiết bị, dụng cụ, hoá chất sử dụng trong nghiên cứu chế thử. 49
Chơng III- Kết quả nghiên cứu và biện luận.
51
3.1- Nghiên cứu thiết kế chế tạo đạn bắn vỉa 3.3/8 và 5. 51
3.1.1- Nghiên cứu về vật liệu nhồi. 51
3.1.1.1- Lựa chọn thuốc nổ đơn chất. 51
3.1.1.2- Lựa chọn chất phụ gia. 55
a- Phụ gia chống tĩnh điện. 57
b- Phụ gia giảm nhạy và tăng khả năng chịu nén ép. 58
3.1.1.3-ảnh hởng của hàm lợng phụ gia.
58
3.1.1.4- Nghiên cứu ảnh hởng của một số yếu tố công nghệ lên tỷ trọng và
các thông số kỹ thuật của đạn bắn vỉa.
62
a- Nghiên cứu ảnh hởng của cỡ hạt thuốc nổ HMX đến mật độ rắc của thuốc
nổ.
62

4
b- Nghiên cứu ảnh hởng của áp suất ép lên tỷ trọng. 64
c- Nghiên cứu ảnh hởng của thời gian lu áp. 64
d- Nghiên cứu công nghệ đa phụ gia grafit vào thuốc nổ HMX. 65
e- Nghiên cứu đa phụ gia silicon và chất đóng rắn vào thuốc nổ HMX 66
f- Nghiên cứu công nghệ tạo hạt thuốc nổ HMX. 67
3.1.1.5- Tiến trình công nghệ chế tạo thuốc nổ cho đạn bắn vỉa. 69
3.1.2- Nghiên cứu thiết kế chế tạo vỏ đạn. 70

3.1.3- Nghiên cứu thiết kế chế tạo phễu kim loại cho đạn bắn vỉa. 73
3.1.3.1- Lựa chọn thành phần bột kim loại chế tạo phễu. 75
3.1.3.2- Nghiên cứu công nghệ chế tạo phễu hỗn hợp bột kim loại. 76
a- Nghiên cứu chế tạo bột kim loại. 78
b- Trộn bột kim loại. 80
c- ép nguội tạo hình phễu từ bột kim loại.
81
d- Công đoạn thiêu kết phễu cho đạn bắn vỉa. 84
3.1.3.3- Kết quả đánh giá tổng hợp chất lợng phễu hỗn hợp bột kim loại
đến độ xuyên của đạn bắn vỉa.
85
3.1.4- Nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ nhồi nạp thuốc nổ cho đạn
bắn vỉa.
88
a- Nghiên cứu chế tạo khuôn ép thuốc nổ. 88
b- Nghiên cứu chế tạo bộ dụng cụ tháo đạn. 88
c- Nghiên cứu công nghệ ép dán phễu đồng cho đạn bắn vỉa. 89
3.1.5- Lựa chọn qui trình công nghệ chế tạo đạn bắn vỉa. 89
3.1.6- Kết quả thử nghiệm bắn tổng hợp đạn bắn vỉa tại phòng thí nghiệm của
Viện Thuốc phóng Thuốc nổ và tại các giàn khoan khai thác dầu khí của
93

5
Vietsovpetro
Kết luận cho đạn bắn vỉa
99
3.2 Nghiên cứu, thiết kế, chế thử súng bắn vỉa 3.3/8 và 5 100
3.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của súng bắn vỉa 100
3.2.2 Lựa chọn về vật liệu chế tạo súng bắn vỉa 102
3.2.3 Giải bài toán xác định khả năng chịu áp lực của súng bắn vỉa 108

3.2.3.1 Giải bài toán thiết kế súng bắn vỉa 3.3/8 3m và 6m 109
3.2.3.2 Giải bài toán thiết kế súng bắn vỉa 4.1/2 3m và 6m 112
3.2.4 Chọn phơng án bịt kín súng 114
3.2.5 Kết quả chế tạo và thử nghiệm súng bắn vỉa 115
Kết luận cho súng bắn vỉa
117
3.3 Nghiên cứu, thiết kế, chế thử dây nổ chịu nhiệt 118
3.3.1 Khảo sát kết cấu và một số thông số dây nổ của một số hãng nớc
ngoài
118
3.3.2 Lựa chọn thuốc nổ, công nghệ tạo hạt và chọn cỡ hạt để phối trộn 121
3.3.3 Nghiên cứu chọn sợi và tết sợi lõi 126
3.3.4 Nghiên cứu lựa chọn và xây dựng quy trình công nghệ bọc nhựa 128
3.3.5 Tiến hành chế thử 132
Kết luận cho dây nổ chịu nhiệt
142
Kết luận chung của đề tài và kiến nghị
143
Tài liệu tham khảo
144






6

Đặt vấn đề

Lời mở đầu: Công nghiệp Dầu khí là một ngành công nghiệp đóng vai trò
quan trọng trong quá trình Công nghiệp hoá và Hiện đại hoá đất nớc. Nâng cao
sản lợng dầu khí là một trong những mục tiêu hàng đầu của ngành Dầu khí. Trong
công nghệ thăm dò khai thác dầu khí, đạn bắn vỉa và các phụ kiện của nó: súng,
dây nổ chịu nhiệt độ và áp suât cao là những vật liệu và trang thiết bị vô cùng quan
trọng, nó thực hiện đồng bộ việc đa đạn bắn vỉa, phụ kiện nổ đến vị trí cần gây nổ
một cách chính xác, thực hiện việc xuyên phá vỉa, tạo ra các kênh dẫn dầu khí vào
giếng khoan. Đây là một công đoạn không thể thiếu đợc trong quá trình thăm dò,
tìm kiếm và khai thác dầu khí. Nó không chỉ là công việc của giếng khoan mới mà
còn là công việc thờng xuyên của tất cả các giếng khoan đang khai thác nhằm
mục đích đảm bảo cho dòng dầu khí luôn chảy đều đặn, ổn định trong suốt quá
trình khai thác. Hiện nay, các loại đạn bắn vỉa, dây nổ, súng phục vụ khai thác dầu
khí đều phải nhập của nớc ngoài nên rất bị động về kế hoạch vì đây là loại vật liệu
và phụ kiện nổ nên thủ tục nhập khẩu rất phức tạp. Hàng năm, số lợng súng, dây
nổ và đạn bắn vỉa sử dụng cho khai thác dầu khí là tơng đối lớn, trong tơng lai
nhu cầu này ngày càng nhiều. Chính vì vậy, việc chế tạo thành công các sản phẩm
này trong nớc là một đóng góp có ý nghĩa lớn về khoa học và thực tiễn.
Văn phòng Chính phủ, Bộ Công nghiệp đã có các văn bản đề nghị Bộ Quốc
phòng phối hợp với Bộ Khoa học Công nghệ nghiên cứu vấn đề này.
Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế thử súng, dây nổ và đạn bắn vỉa
nhằm thay thế nhập ngoại và nâng cao hiệu quả khai thác dầu khí.
Nội dung nghiên cứu chủ yếu của đề tài:
1- Khảo sát, lấy mẫu phân tích xác định các tính năng, các thông số của sản phẩm.
2- Xây dựng bài toán thiết kế nguyên lý đạn bắn vỉa.
3- Nghiên cứu ảnh hởng của các yếu tố vật liệu và yếu tố công nghệ lên chất
lợng sản phẩm.
4- Nghiên cứu thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ chế thử sản phẩm và bổ
sung các quy trình thử nghiệm.

7

chơng I
Tổng quan
1.1 Bắn nổ trong giếng khoan dầu khí
1.1.1 Khái niệm và các phơng pháp bắn nổ trong giếng khoan dầu khí
Theo sách chuyên khảo giếng khoan dầu khí có cấu tạo nhiều lớp [4]:
-Phía trong gồm các ống thép đặc biệt có
chiều dày thành ống khoảng 10mm đợc
nối với nhau bằng các khớp nối đợc gọi
là ống chống (Hình 1.01).
-Thông thờng ở đáy giếng khoan có một
lớp ống chống. Càng lên cao thì số lớp
ống chống càng tăng lên. ở lớp trên cùng
có thể sử dụng đến 3 lớp ống chống.
Đờng kính của ống chống trong cùng
khoảng 112 mm. Bên ngoài các lớp ống
chống là lớp xi măng và sau đó là vỉa đất
đá (Hình 1.01). Hầu hết các giếng khoan
nằm theo phơng thẳng đứng, tuỳ trờng
hợp đặc biệt có thể khoan nghiêng và
cũng có đoạn khoan nằm ngang.
Chiều sâu của giếng khoan có thể
đến hàng nghìn mét. Thông thờng ở các
giàn giếng khoan ở ngoài khơi nớc ta là
4000-5000 m

1 - Thiết bị bắn 2 ống chống
3 Lớp xi măng 4 - Đất đá


Hình 1.01: Sơ đồ mặt cắt giếng khoan

Bắn nổ trong giếng khoan dầu khí nhằm mục đích:
- Đục lỗ trên thành giếng để mở vỉa khai thác dầu khí.
- Cứu các sự cố nh kẹt cần khoan, cần khai thác, ống chống
- Bắn lấy mẫu.

8
Việc bắn nổ đợc áp dụng vào tất cả các khâu của quá trình khai thác dầu khí:
khi bắt đầu, trong quá trình khai thác và cả khi kết thúc và lấp giếng khoan.
- Khi bắt đầu và trong quá trình khoan:
Khi bắt đầu cũng nh trong quá trình khoan ngời ta bắn, nổ với các mục
đích: đẩy nhanh tiến độ, vợt qua các tầng khó khoan, lấy mẫu kiểm tra, phòng
ngừa và loại trừ các sự cố trong quá trình khoan giếng. Trong trờng hợp lấy mẫu
chỉ thực hiện một số lợng nhỏ phát bắn, nổ. Hiệu quả công việc lấy mẫu có ý
nghĩa quan trọng quyết định đến việc đánh giá trữ lợng của dầu khí, năng suất
khai thác hiện tại và tổng sản lợng có thể khai thác đợc từ vỉa.
- Khi đã khoan đến vỉa dầu khí:
Khi đã khoan đến vỉa dầu khí lúc này kết thúc công đoạn khoan và bắt đầu
công đoạn xây dựng giếng và mở vỉa:
- Xây giếng là khoan vào vỉa sản phẩm, kiến tạo thành giếng, gia cố ống
chống, xi măng hoá đờng ống và không gian quanh ống chống.
- Mở vỉa là tạo lỗ trên thành ống giếng bằng thép và xuyên phá lớp xi măng
cùng đất đá có chứa dầu bên ngoài (vỉa dầu khí) thành các đờng kênh dẫn dầu, khí
vào giếng khoan.
Trên thực tế 95% trờng hợp mở vỉa đợc thực hiện bằng phơng pháp bắn nổ.
Còn lại 5% trờng hợp đợc xử lý bằng dòng chất lỏng. Công đoạn này rất quan
trọng quyết định đến hiệu quả khai thác dầu của giếng trong thời gian tiếp theo.
- Trong quá trình khai thác:

Trong quá trình khai thác dầu khí do nhiều nguyên nhân hiệu suất dòng dầu
chảy từ vỉa vào giếng thờng xuyên giảm dần nên ngời ta phải tiến hành mở vỉa
lại bằng cách bắn, nổ.
- Khi kết thúc khai thác một giếng khoan:
Khi giếng khoan không còn ý nghĩa trong khai thác (vỉa đã hết dầu khí) ngời
ta huỷ giếng bằng phơng pháp nổ cắt phần ống giếng không xi măng hoá để lấy
lên và tái sử dụng lại.
Tóm lại: Bắn nổ trong khai thác dầu khí đợc ứng dụng khá đa dạng do đó
chủng loại súng và đạn cũng rất đa dạng phù hợp với mục đích ứng dụng của nó.

9
Các phơng pháp bắn nổ trong giếng khoan:

* Bắn đục lỗ
Bắn đục lỗ là phơng pháp sử dụng các loại thiết bị đạn chuyên dụng bắn
đục lỗ các lớp ống chống, lớp xi măng sau ống chống vào vỉa đất đá nhằm mở vỉa
dầu khí [3,4,9].
Phơng pháp bắn đục lỗ có thể chia làm 2 dạng: bắn đục lỗ thả bằng cáp và
bắn đục lỗ thả bằng cần khai thác.
a) Bắn đục lỗ thả bằng cáp [16, 19]
Các thiết bị đục lỗ đợc thả xuống giếng khoan bằng cáp địa vật lý, gây nổ
bằng xung điện và thả bắn từng súng (hoặc lend) một.
Bắn đục lỗ thả bằng cáp có 2 loại chính: loại bắn bằng súng (vật liệu nổ nằm
trong ống kín) và loại bằng len (vật liệu nổ lắp trên lend)
- Loại bắn bằng súng.
Các loại súng đợc chế tạo bằng loại thép chịu đợc áp suất từ 800-1400
atm, có loại súng đợc khoét lỗ sẵn nh loại P-85-105, có loại khoét một phần
nh loại Baracuda 3
3/8
, 5

, loại không khoét lỗ nh P-73-89. Các loại súng
phải đảm bảo chất lợng tốt, không đợc móp méo, han rỉ, hệ thống ren đầu đuôi
tốt.
Các loại vật liệu nổ (đạn, kíp, dây nổ) thờng là loại vật liệu nổ không chịu
đợc nớc và áp suất nh các loại đạn P - P Baracuda, các loại dây nổ nh
DST, các loại kíp Baracuda, kíp D, PPD. Nhiệt độ chịu tối đa của các loại vật
liệu nổ từ 100 200
o
C.
Các đuôi của súng phải có gioăng chống nớc, chịu nhiệt, đuôi súng phải có
lỗ thoát hơi. Các lỗ lắp đạn trên ống lend phải tiện chính xác để khi lắp đạn không
bị chặt hoặc lỏng, lend lắp đạn không đợc han rỉ, móp méo.
Loại bắn bằng súng mật độ bắn là từ 10ữ20 v/m, riêng loại đạn mật độ cao từ
30 40 v/m một lần thả bắn không quá 10 m, tốc độ kéo thả nhanh (4000-6000
m/h)
- Loại bắn bằng lend

10
Lend lắp đạn có thể làm bằng thép hoặc bằng nhôm. Trên lend có các lỗ lắp
đạn, các viên đạn đợc giữ bằng các vấu giữ đạn hoặc bằng các chốt hãm. Loại
lend bằng thép sau khi bắn xong lend chỉ biến dạng và đợc kéo lên khỏi giếng
khoan, còn loại bằng nhôm khi bắn xong sẽ bị vỡ vụn rơi xuống đáy giếng.
Các loại vật liệu nổ lắp trên lend phải chịu đợc nớc và áp suất (từ 500-
1400 atm). Vỏ đạn đợc chế tạo bằng thuỷ tinh nh các loại P-80-100
-105
hoặc
vỏ đạn làm bằng hợp kim nhôm nh Piranha, Sohgun, Swinjet, PR-54, PL-70
Các loại dây nổ có phủ một lớp nhựa chịu nớc nh Primacocd, DS, DSU-33.
Các loại kíp đầu có vỏ chịu nớc và áp suất nh kíp Piranha, PGU-4 , PG-170.

Chiều dài tối đa cho một lần thả bắn bằng 2/3 chiều cao của tháp khoan. Mật độ lấp
đạn từ 6 đến 15 v/m.
b) Bắn đục lỗ thả bằng cần khai thác (TCP)
Các thiết bị đợc thả xuống giếng khoan bằng cần khai thác, kíp mìn đợc
gây nổ bằng va đập (xà beng) hoặc bằng áp suất, bắn một lần cả một tập hợp vỉa,
trong giếng dung dịch đợc thay bằng dầu thô, bắn xong khai thác ngay [15]. Khi
bắn xong phải cắt bỏ toàn bộ thiết bị xuống đáy giếng, do vậy giếng khoan cần
phải khoan thêm một khoảng chiều dài đủ để bộ thiết bị mìn nằm ở đó. Các loại vật
liệu nổ đợc lắp vào trong súng. Các súng đợc nối với nhau bằng các đầu nối
trung gian có lắp các bộ nối dây nổ. Các loại vật liệu nổ của TCP phải chịu đợc
nhiệt độ tối đa của giếng khoan trong thời gian 100 giờ. Bộ thiết bị mìn TCP phía
trên cùng thờng lắp các bộ phận nh ống an toàn, đầu lắp kíp, bộ hạn chế, bộ thải
mùn, bộ chống xóc, van khai thác và một số thiết bị khác của bộ phận khai thác
nh cần bù nhiệt, packer. Phía dới cùng của bộ thiết bị mìn TCP có thể bịt kín
hoặc lắp bộ kíp áp suất. Tốc độ thả bộ thiết bị TCP là 1500 m/h.
* Nổ mìn trong giếng khoan
Là phơng pháp sử dụng một khối chất nổ hoặc các thiết bị mìn chuyên dụng
thả xuống giếng khoan nhằm mục đích bắn cứu các sự cố nh kẹt cần khoan, ống
chống (bắn rung, bắn tháo trái, bắn cất cần, bắn phá choòng khoan), bắn packer đổ
cầu xi măng, bắn ép hơi gây nứt nẻ sâu, bắn làm sạch vỉa.
Các loại thiết bị thờng dùng:

11
- Bắn rung hoặc tháo trái: sử dụng các loại dây nổ, kíp nổ chịu nớc, chịu áp
suất nh Primacord, DSU-33
- Bắn cất sử dụng các loại mìn phá nh S-35-43-56, loại mìn cất định
hớng ngang nh TPK-55-68-110-135, loại cất dọc nh Splipsoht, loại bắn cất cần
nâng nh Drill collar severing tool đờng kính 43 hoặc 51 mm, loại bắn phá
choòng khoan nh TKO, loại bắn packer đổ cầu xi măng ngăn cách nh VPS, VP-3.
Để gây nứt nẻ sâu, làm sạch vỉa, tăng lu lợng khai thác có thể kết hợp bắn mìn

đục lỗ với bắn mìn gây áp suất lớn, nhiệt độ cao trong cùng một lần bắn thờng
dùng tổ hợp MKAB.
Nh vậy, các loại vật liệu nổ dùng trong khai thác dầu khí rất đa dạng, nhiều
chủng loại, gồm các nhóm lớn sau:
- Các loại súng
- Đạn đục lỗ các loại
- Dây nổ các loại
- Kíp nổ các loại
- Đạn cắt kẹt và đạn gây áp suất các loại
1.1.2. Cấu tạo và các đặc điểm của các thiết bị bắn nổ mìn
Do các thiết bị bắn nổ mìn trong giếng khoan có các đặc điểm đặc thù là:
- Đờng kính giếng nhỏ, độ sâu lớn
- Nhiệt độ, áp suất cao
- Kiểm tra công đoạn lên xuống của thiết bị để định vị và bắn rất phức tạp.
Từ đó các yêu cầu cơ bản của tất cả các thiết bị nổ mìn đều có yêu cầu chung là:
- Có khả năng chịu đợc nhiệt độ và áp suất cao
- Chịu đợc tác động của môi trờng
- Độ tin cậy cao: nổ tốt và đảm bảo chiều sâu xuyên của đạn, khi nổ không
phá huỷ thành giếng, giữ nguyên các kết cấu của giếng khoan sau khi nổ
- An toàn tuyệt đối trong bảo quản, vận chuyển và sử dụng
- Độ chính xác định vị cao với khoảng sâu của giếng
- Thao tác thuận lợi: dễ di chuyển trong giếng khoan với khe hở hẹp (khoảng
5 mm) và điều kiện dung dịch nhồi có tỉ trọng cao, nhớt.

12
Đối với từng thiết bị đều có yêu cầu cụ thể.
Sau đây, xin nêu kết quả khảo sát cấu tạo và đặc điểm của các thiết bị nổ mìn
hiện đang sử dụng tại Việt Nam.
1.1.2.1 Súng
Súng là thiết bị đa đạn xuống giếng để bắn, do đó khoang chứa đạn phải kín

và chịu đợc áp lực. Theo cấu tạo của khoang chứa đạn có thể chia thành hai loại
súng: Có thân và không thân.
+Loại có thân:
Toàn bộ đạn lõm và các phơng tiện kích, mồi nằm trong một khoang là
thân kín áp có thể kéo lên khỏi giếng sau phát bắn ( hình 1.02 ).
+Loại không có thân:
Mỗi viên đạn đợc lắp riêng vào một lớp bọc kín áp và bị phá huỷ sau khi bắn
( Hình 1.02 ).
Trong cả hai trờng hợp có thân và không có thân đều phải chịu đợc áp suất,
nhiệt độ cao và tác động của dung dịch khoan trong giếng.
Trong đó:
Loại có thân lại chia thành hai kiểu:
- Kiểu dùng nhiều lần không bị phá huỷ sau khi bắn.
- Kiểu dùng một lần, thân bị bắn xuyên.
Loại không thân cũng gồm hai kiểu:
- Kiểu bán huỷ có thể kéo đợc khung cốt lên khỏi giếng.
- Kiểu huỷ hoàn toàn sau phát bắn.
Đạn có thể đợc lắp vào súng theo nhóm hoặc riêng từng quả.
Các bộ phận súng gồm: các chi tiết cơ khí: thân hoặc khung cốt, đầu, đuôi,
trọng vật để dẫn hớng.
Các chi tiết của phát bắn: đạn, dây nổ, kíp nổ, dây dẫn điện, các chi tiết làm
kín.
Sau đây là bản vẽ mô tả loại súng có thân và súng không có thân:

13


A B C D

H×nh 1.02 Sóng cã th©n : A, B –Dïng nhiÒu lÇn
C, D – Dïng mét lÇn

14


H×nh 1.03 Sóng kh«ng cã th©n



15
1.1.2.2 Đạn bắn vỉa
Đạn bắn vỉa (đạn bắn mở vỉa) gồm có 2 dạng chính [9,12,27, 28]
a) Loại không có vỏ bọc chống nớc và áp suất dùng để bắn trong súng kín
thờng đợc sử dụng nhiều ở Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro hiện nay . Đây là
đối tợng nghiên cứu của đề tài.
b) Loại có vỏ bọc chống nớc và áp suất dùng để bắn ngoài dung dịch. Loại
này ít đợc sử dụng trong khai thác dầu khí của Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro
nên đề tài không tập trung nghiên cứu loại đạn này.
Đề tài đã khảo sát các loại đạn 3.3/8 hiện đợc sử dụng phổ biến tại
Vietsovpetro: đạn Baracuda của Owen (Mỹ), đạn của Oil Tech(Mỹ), đạn của
Innicor (Canada) và các loại đạn 5 của Owen, Innicor. Về hình dạng, kết cấu
chúng cơ bản giống nhau. Tuy nhiên đề tài chọn mẫu thiết kế theo kiểu dámh của
hãng Owen ( hình 1.04 ).




16
Đặc điểm cấu tạo của đạn bắn vỉa

- Vỏ đạn: Vỏ đạn có chức năng bao chứa mồi nổ và khối thuốc nổ chính, tạo
cho chúng một cấu trúc ổn định. Vỏ thờng đợc chế tạo từ hợp kim thép chứa ít
Cácbon, khi nổ khối thuốc nổ dới tác dụng của áp suất cao vỏ bọc sẽ bị phá vụn ra
đến kích thớc xác định sao cho các mảnh đạn sau khi bắn dễ dàng rơi xuống đáy
giếng dầu, không bịt kín lỗ xuyên gây trở ngại cho quá trình tiếp theo.
Kết quả khảo sát thành phần đạn Baracuda của Mỹ (chơng 3)
- Mồi nổ: Mồi nổ thờng chế tạo từ thuốc nổ mạnh có khả năng chịu nhiệt độ
cao nh RDX có điểm nóng chảy 203,5
o
C, HMX có điểm nóng chảy 272ữ280
o
C,
HNS có điểm nóng chảy 316
o
C và PYX có điểm nóng chảy 376
o
C. Tác dụng của
mồi nổ là nhận xung nổ từ dây nổ và kích nổ khối thuốc nổ chính [6,26, 34].
- Khối thuốc nổ chính: Khối thuốc nổ chính là bộ phận chủ yếu của đạn mở
vỉa thực hiện chức năng tạo dòng xuyên phá ống chống, lớp xi măng và phá đất đá
tới vỉa dầu.
Khối thuốc nổ chính đợc tạo có hốc lõm để tạo hiệu ứng nổ lõm khi nổ. Hốc
lõm có thể hình nón (đạn Baracuda) hay hình loa kèn (đạn Innicor) của Canada với
các góc mở khác nhau.
Thuốc nổ là loại thuốc nổ mạnh có khả năng chịu nhiệt, tuy vậy cần có độ
nhạy vừa phải nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ và sử dụng.
Kết quả khảo sát thuốc nổ trong đạn mở vỉa nêu ở chơng 3;
Khi kích nổ vào khối thuốc nổ phần thuốc nổ nằm giữa vỏ đạn và phễu có tác
dụng định hớng xuyên về phía vật chắn. Năng lợng và sản phẩm của nón thuốc

nổ đợc tập trung thành dòng dọc trục khối thuốc với tỷ trọng và tốc độ cao có khả
năng xuyên phá cực mạnh [8, 21].
- Dòng này đợc gọi là dòng xuyên lõm.
- Phễu thuốc nổ đợc gọi là phần thuốc tích cực.
- Đạn có cấu tạo trên nguyên lý này gọi là đạn lõm.
Trong trờng hợp dùng phễu đồng dòng kim loại gần nh lỏng với nhiệt độ
gần 1000
0
C chuyển động với tốc độ 6- 8 km/ s (tơng đơng tốc độ vũ trụ cấp 1 tạo
áp suất lớn cỡ 15- 30 Giga Pa.

17
Hiệu ứng nổ lõm phụ thuộc vào bản chất của thuốc nổ, cấu tạo hốc lõm - bán
cầu hoặc hình nón và góc nón 2 khi thiết kế đạn.
Thực tế cho thấy khi phần nón lõm đợc lót bằng kim loại thì sức xuyên phá
còn mạnh lên rất nhiều.
Các yêu cầu đối với thuốc nổ để chế tạo khối thuốc nổ dùng trong đạn
bắn vỉa:
Yêu cầu đối với thuốc nổ để chế tạo khối thuốc nổ chính là phải có tốc độ nổ
cao, độ nhạy va đập thấp, có khả năng chịu nhiệt và có khả năng chịu nén ép để tạo
hình và làm tăng tỷ trọng của khối thuốc dẫn đến tăng tốc độ nổ nhằm nâng cao
hiệu qủa dòng xuyên. Tính năng của một số loại thuốc nổ đợc trình bày trong
bảng 1.01;1.02;1.03.
Các loại vật liệu nổ lắp trên súng, lend phải chịu đợc nớc và áp suất (từ 500
đến 1400 Atm).
Các loại vật liệu nổ dùng để chế tạo kíp, dây nổ, đạn phải chịu đợc nhiệt độ
tối thiểu là 165
0
C. Thông thờng ngời ta sử dụng các loại thuốc nổ có nhiệt độ
nóng chảy cao trên 200

0
C nh RDX, HMX, HTA, Hexanitrostilbene (HNS) và
Bis Picrylamin Dinitropyridine( PYX ) [3, 7, 21, 29].
Thuốc nổ mồi thờng đợc sử dụng cùng loại với khối thuốc nổ chính. Khả
năng chịu nhiệt độ trong thời gian kéo dài đợc dẫn trong bảng 1.02.











18
Bảng 1.01 - Một số chỉ tiêu kỹ thuật của một vài loại thuốc nổ điển hình.
N Chỉ tiêu TNT RDX HMX TN Tetryl HTA
1 Nhiệt độ nóng chảy,
0
C 80,2 204,5-205 275-280 141-142 129.5 362
2 Nhạy va đập (P=10kG,h=25cm), % 4-8 70-80 96 100 50-60 32
3 Công nổ theo con lắc xạ thuật,
%TNT
100 145 150 142 - -
4 Sức phá trụ chì, mm 16 25 25 25 19 -
5 Tốc độ nổ, m/s 7000
d=1.62
8000

d=1,60
8800
d=1,75
7915
d=1.62
7500
1.63
7200
6 Nhiệt lợng nổ, kJ/kg 4200 5500 5780 5880 5200 4230
7 Tỷ trọng dạng tinh thể, g/cm3 1,663 1,816 1,96 - - -
8 Tỷ trọng các dạng, g/cm3 1,467
n/chảy
1,72
ép2tấn
1,87
n/chảy
1,68 1.56
9 Tỷ trọng rắc tinh thể, g/cm3 0,9-1,0 0,8-0,9 0,9-1,0 - - -

Bảng 1.02- Tính năng chịu nhiệt của một số loại thuốc nổ
1 giờ ở nhiệt độ 100 giờ ở nhiệt độ
STT
Tên thuốc
nổ
Địa chỉ
sử dụng
0
F
0
C

0
F
0
C
1 PETN
Dây nổ, đạn lõm
210 99
Không dùng
2 RDX
Dây nổ, đạn lõm, kíp
330 166 200 93
3 HMX
Dây nổ, đạn lõm
400 204 300 149
4 HNS
Dây nổ, đạn lõm, kip
500 260 460 238

Bảng 1.03- Một số tính năng của hỗn hợp thuốc nổ
Tên

0
, g/m
3
D, m/s P, GP
RDX thuần hoá
1,680 8501 29,59
HMX thuần hoá
1,760 8822 33,57
N/HMX 40/60

1,720 8306 28,26
N/RDX 50/50
1,660 7969 25,01

19

Để đáp ứng các yêu cầu trên thông thờng ngời ta lựa chọn phụ gia giảm
nhạy và tăng tính công nghệ nén ép mà vẫn đảm bảo thuốc nổ không bị nóng chảy
ở nhiệt độ sử dụng trong giếng khoan, độ bền cơ học của khối nổ chính trong điều
kiện áp suất và nhiệt độ cao, đồng thời không phản ứng với thuốc nổ và các chi tiết
của quả đạn khi đạn cha làm việc [ 12, 14, 35].
Tỷ trọng của thuốc nổ liên quan đến tốc độ nổ D, áp suất nổ P, năng lợng
nổ chuyển hoá thành năng lợng dòng xuyên do đó có mối quan hệ đến độ xuyên
sâu của đạn.
Hình 1.5 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa độ xuyên và tỷ trọng thuốc nổ
RDX thuần hoá.

Hình 1.5 Sự phụ thuộc độ xuyên sâu vào tỷ trọng thuốc nổ RDX thuần hoá
y = 4729x - 4523,6
R
2
= 0,9624
60
65
70
75
80
85
90
95

100
105
110
115
0,97 0,972 0,974 0,976 0,978 0,98 0,982
Tỷ trọng thuốc
Độ xuyên sâu

20
- Phễu kim loại: Phễu kim loại ngoài tác dụng tăng chiều sâu xuyên còn có
tác dụng giữ thuốc nổ. Nghiên cứu thực tiễn cho thấy đạn lõm có phễu kim loại cho
chiều dài dòng xuyên lớn hơn nhiều khi không chứa phễu kim loại. Tính chất kim
loại, điều kiện công nghệ chế tạo, hình dạng và kích thớc phễu lót ảnh hởng rất
lớn đến khả năng xuyên của đạn bắn vỉa.
- Đạn bắn vỉa
Kết quả khảo sát hình dạng và thành phần nón hợp kim của đạn Baracuda
3.3/8, 5 trình bày trong phần tơng ứng ở chơng 3. Thành phần, công nghệ và
kích thớc của đạn có khác nhau rất lớn tuỳ theo nớc sản xuất.
1.1.2.3 Dây nổ [7, 17, 27]

Dây nổ đợc kích nổ bằng kíp nổ điện hoặc kíp nổ cơ, phi điện.
Dây nổ có hai dạng chính:
a. Dây nổ không chịu nớc, áp suất- dùng để bắn trong súng kín.
b. Dây nổ có vỏ bọc chịu nớc, chịu áp suất- dùng để bắn ngoài dung dịch.
Dây nổ đợc nối với đuôi các viên đạn, khi nổ sẽ gây nổ cho các viên đạn.
Các đặc trng kỹ thuật của dây nổ có vỏ bọc chịu nớc, chịu áp suất ( bảng 1.04 ).

Bảng 1.04- Yêu cầu với dây nổ dùng trong giếng khoan
N Tên chỉ tiêu Định mức Ghi chú
1 Đờng kính, mm. 5,6

2 Nhiệt độ chịu đợc trong 01 h,
0
C. 165
3 Khối lợng thuốc nổ, g/ m. 17
4 Chịu đợc áp suất trong dung dịch khoan, Atm. 800
5 Tốc độ nổ, m/ s. > 6900

Các loại dây nổ có phủ một lớp nhựa cách nớc nh Primacord,
TB,- 33,

TT Loại dây này thờng dùng TEN với khối lợng 12,5 g/ m vỏ vải bông giấy,
bọc nhựa polyclorvinyl, đợc sản xuất thành cuộn 50 hoặc 100 m. Dây đợc bọc
kín chịu áp ở độ sâu 3 km, nhiệt độ trên 100
0
C trong thời gian kéo dài.

21
Dây nổ viên ghép chịu nhiệt (
TT
): Dây này có cấu tạo từ các viên ghép lại
nhng bằng vật liệu đặc biệt để có thể làm việc tiếp xúc với dung dịch, 100g/ m,
khả năng mồi mạnh.
Dây nổ tăng cờng (

Y33): Loại dây này đợc nhồi bằng RDX đến 33g/ m:
Nó có thể sử dụng ở nhiệt độ bằng 166
0
C, áp suất bằng 50-80 MPa (500 -800at)
dùng trong thiết bị bắn trần, bảo quản đợc trong 5 năm.
Bảng 1.05- Tiêu chuẩn kỹ thuật của dây nổ D10 do Z121 sản xuất

(tham khảo)

Tên mẫu

Tốc độ
nổ
Khả năng
chịu nớc-
24h
sâu 1m
Khả năng
chịu kéo -
50kg
3 phút
Khả năng
kích nổ
bánh TNT
200g
Khả năng
chịu nóng
553
0
C
6h
Khả năng
chịu lạnh
-353
0
C
6h

DN10

m/s
Nổ
hoàn toàn
Không đứt.
Nổ
hoàn toàn


Nổ
hoàn toàn
Không chảy
vỏ.
Nổ hoàn toàn
Không nứt
vỡ vỏ.
Nổ hoàn toàn


1.1.2.4- Kíp nổ
Các loại kíp đều có vỏ chịu đợc nớc, nhiệt độ và áp suất nh:
Kíp Piranha, B- 4, - 170Kip (ống) nổ DYNAWELL của hng
DYNAMIT NOBEL, kíp của Mỹ [7, 17]
a- Kíp nổ DYNAWELL
Các tính năng của kíp DYNAWELL dùng trong giếng khoan:
- Chịu nhiệt cao;
- Chịu nớc;
- Chịu áp suất cao.

Có loại ống nổ điện tử mới của hãng có thể tiến hành làm việc mà không phải
tắt sóng radio và nguồn điện, chịu đợc tác dụng hoá học của dung dịch khoan,
chịu áp suất cao và thao tác tơng tự nh các ống nổ tiêu chuẩn khác.
Các tính năng kỹ thuật của các loại ống nổ này là chịu đợc:
- Tốc độ gia tăng nhiệt đến 260
0
C/ giờ
- Tốc độ tăng áp suất đến 1000 bar
- Sử dụng thuốc gợi nổ Pb(N
3
)
2
đợc bảo vệ trong ống thép dày
- Có mã số phân loại hàng vận chuyển 1,4 S

22
b- Kíp nổ chịu nhiệt của Mỹ
Loại kíp này sử dụng hỗn hợp thuốc nổ trong chất điện ly TMAP+KP
(TetraMethyl Amoni Peclorat + Kali Peclorat ) chịu đợc tốc độ tăng nhiệt độ
260
0
C/giờ, giữ ở 315
0
C trong 200 giờ. Hầu hết các loại kíp nổ, dây nổ đều sử dụng
thuốc nổ chịu nhiệt độ cao (bảng 1.11) [7, 28].

23
1.2- Khảo sát các yếu tố ảnh hởng lên chiều dài dòng xuyên
1.2.1 Quá trình hình thành dòng xuyên
Lý thuyết thuỷ động học của đạn xuyên lõm của Lavrenchev
Về quá trình hình thành dòng xuyên trớc tiên phải kể đến lý thuyết do M.A.
LAVRENCHEV đề xuất trên mô hình chất lỏng không chịu nén lý tởng. Đóng
góp quan trọng của lý thuyết thuỷ động là ứng dụng lý thuyết sự tơng tác của các
dòng chảy để giải thích cơ chế biến dạng của nón lõm và sự tạo thành dòng xuyên
lõm [27, 35] (hình 1.7). Lý thuyết chấp nhận các giả thiết sau:
*Sự nổ diễn ra tức thời còn tác dụng của sản phẩm nổ lên nón lõm thực chất là
truyền xung theo hớng vuông góc với bề mặt của nón.
*Trong quá trình nén ép của nón lõm có thể bỏ qua các lực đàn hồi, tức là coi vật
liệu cấu thành nón và chớng ngại vật tơng tự chất lỏng không chịu nén lý tởng.









Hình 1.7- Sơ đồ chuyển động của hai dòng ngợc chiều trớc và sau va chạm.
Lý thuyết của Lavrenchev cho kết luận quan trọng là: Chiều sâu xuyên vào vật
cản phụ thuộc vào: - Chiều dài dòng xuyên; - Tỷ lệ mật độ của dòng với vật cản;
Tiếp theo là thuyết hoạt động xuyên vật cản của dòng xuyên lõm có tính đến
một số yếu tố thực nghiệm trình bày dới đây.
1.2.2- Tác dụng của dòng xuyên vào vật cản

Khi dòng xuyên tơng tác với vật cản, vật liệu của vật cản bị tách khỏi điểm
va đập theo phơng tiếp tuyến với tốc độ lớn. Một số kết luân thu đợc:
-Đờng kính của lỗ xuyên không phụ thuộc trực tiếp vào đờng kính dòng xuyên;

24
-Năng lợng cả dòng xuyên có quan hệ phụ thuộc với thể tích của lỗ xuyên;
-Đờng kính của lỗ tạo thành ở kim loại rắn (thép) nhỏ hơn ở kim loại mềm (chì);
-Tốc độ và chiều sâu dòng xuyên vào vật cản phụ thuộc ít vào độ bền của vật liệu
của bia do tại điểm dòng xuyên tác động giá trị áp suất đặt lên bia vợt xa giới hạn
chảy của phần lớn các vật liệu chế tạo bia.
Để đánh giá hiệu suất xuyên của dòng cần tính đến những thay đổi của nó nh
sự kéo dài do có sự khác nhau về tốc độ có hoặc không có sự tơng tác các phần tử
riêng biệt của dòng (dòng liên tục hoặc dòng cấu tạo từ các hạt riêng biệt) thay
đổi tỷ trọng hữu hiệu do vật cản bị phân tán.








Hình 1.8- Sơ đồ xuyên vật cản của dòng xuyên lõm
Theo hình 1.8 dòng xuyên lõm có tỷ trọng c có chiều dài dòng xuyên L,
chuyển động với tốc độ Vc, khi va chạm vào vật cản tại điểm A, điểm tiếp xúc của
dòng với vật cản sẽ dịch chuyển vào chiều sâu của vật cản, còn vật liệu của vật cản
thì chạy về phía ngợc lại, quá trình sẽ kéo dài cho đến khi dòng bị tiêu hao hết.
Các tính toán cuối cùng suy ra độ sâu lỗ xuyên là:
MO
LL

.= (1.1)
Trong đó : =
2
1


=
1
2
V
V
(1.2)
V
1
,V
2
là tốc độ tơng ứng của các dòng có tỷ trọng
1
và
2
dọc bề mặt .
=1 khi dòng là liên tục


=2 khi dòng từ các hạt
Từ (1.1) và (1.2) rút ra một số điểm về Độ xuyên sâu: