聚能效应及其应用
油气井射孔技术介绍
油气井射孔技术介绍
油气井射孔技术简介
用专用射孔器射穿套管及水泥环，并在岩体内产生 孔道，建立地层与井筒之间的连通渠道，以促使储层流 体进入井筒的工艺过程。
将射孔器用专用仪器设备输送到井下预定深度，对准 目的层引爆射孔器，穿透套管及水泥环，构成目的层至套 管内连通孔道的一项工艺技术。
射孔参数：孔深、孔 密、孔径、相位角、 压实损害、钻井损害
油气井射孔技术简介
射孔对油气井产能的影响
符合达西渗流的砂岩油层
射孔参数：孔深、孔 密、孔径、相位角、 压实损害、钻井损害
油气井射孔技术简介
射孔对油气井产能的影响
不符合达西渗流的砂岩气层
射孔参数：孔深、孔 密、孔径、相位角、 钻井损害、压实损害
点火上提值=标准接箍深度+总炮头长-射孔顶 界面深度-界面差
其中：总炮头长=仪器零长+总校正值
油气井射孔技术简介
射孔过程
t=0
t=6×10-6
t=9×10-6
t=1.1×10-5
t=2×10-5
油气井射孔技术简介
射孔对油气井产能的影响
油气井射孔技术简介
射孔对油气井产能的影响
符合达西渗流的砂岩油层
射孔器材 射孔工艺 射孔对油气井产能的影响 射孔评价 射孔器材检验
套管射孔完井是国内外最为广泛和最重要实用的一种完井方法。
油气井射孔技术简介
一、射孔器发展概况
机械切孔器
1910年，用一个机械刀片在套管上旋 转钻孔，机械切孔器用钻杆下井，然后打 开切刀，当切刀绕销钉旋转时，靠钻杆的 上提力切入套管壁。这种穿孔法速度慢、 成本高，水泥环超过25mm厚时效果不佳。
油气井射孔技术简介
超导体电阻为零的原因
超导体电阻为零的原因可以归结为以下两个方面：1、量子隧穿效应：超导体中的电子在低温下形成库珀对，这些库珀对在超导体中形成超导电流。
然而，在超导体内存在一些能量较高的准粒子，它们可能会破坏库珀对，导致超导态破裂。
当超导体被冷却到绝对零度附近时，这些准粒子的能量降低到不足以破坏库珀对的程度，因此超导态变得更加稳定。
此时，超导体内的电子可以通过量子隧穿效应穿过能量势垒，实现在低温下无阻力地流动，从而形成超导电流。
2、凝聚能效应：超导体中的电子之间存在强烈的相互作用，这种相互作用会导致电子在低温下凝聚成一个整体的电子对，形成库珀对。
这些库珀对的形成需要消耗一定的能量，这个能量被称为凝聚能。
当超导体被冷却到绝对零度附近时，凝聚能达到最大值，使得超导态更加稳定。
此时，超导体内的电子可以在整个超导体内部自由运动，形成无阻力地流动的超导电流。
综上所述，超导体电阻为零的原因是由于量子隧穿效应和凝聚能效应共同作用的结果。
这些效应使得超导体内的电子可以在低温下自由运动，形成无阻力地流动的超导电流。
这一现象被广泛应用于高灵敏度磁强计、核磁共振成像、超导量子计算等领域。
尽管我们目前已经对超导体电阻为零的原因有了一定的了解，但是这个现象仍然存在着许多未解之谜和挑战。
例如，我们还没有完全理解超导体的微观机制和电子之间的相互作用，也没有找到一种通用的理论来描述超导体的性质和行为。
此外，尽管我们已经实现了一些应用超导体的技术和设备，但是这些技术和设备仍然存在着许多问题和挑战，例如高温超导体的制备和稳定性问题，以及超导量子计算的误差和可控性等问题。
未来，我们需要进一步深入研究超导体的性质和行为，探索新的超导材料和器件，开发新的超导应用和技术。
同时，我们也需要加强国际合作和交流，促进科学和技术的发展和进步。
相信在未来的探索和研究中，我们可以更深入地了解超导体的性质和行为，发现新的超导材料和器件，开发新的超导应用和技术，为人类的科技进步和社会发展做出更大的贡献。
炸药的起爆感度及有关性能
炸药的起爆、感度及有关性能一、炸药的起爆炸药具有爆炸的性能。
在常态下，它能处于相对的稳定状态，也就是说，它不会自行发生爆炸。
要使炸药发生爆炸，必须使炸药失去其相对的稳定状态，即必须给炸药施加一定的外能作用。
炸药在外能作用下发生爆炸的过程，称为炸药的起爆。
使炸药起爆所必须的外能，则称为起爆能。
多种形式的外能都可以激起炸药起爆，但从工程爆破技术、作业安全和有效使用炸药的角度看，热能、爆炸能和机械能较有实际意义。
1．热能当炸药受到热或火焰的作用时，其局部温度将达到突发点而引起爆炸。
例如，火雷管起爆法就是利用导火索的火焰来引爆火雷管；电雷管起爆法则是利用电桥丝通电灼热引燃引火药头而引燃雷管，进而起爆炸药。
2．机械能炸药在撞击或摩擦的作用下，炸药颗粒间产生激烈的相对运动，机械能瞬间转化为热能，从而引起炸药爆炸。
但利用机械能起爆炸药既不方便也不安全，工程爆破中一般不采纳。
在运输和使用炸药时，必须注意机械作用可能引爆炸药的问题，以防爆炸事故发生。
3．爆炸能工程爆破中常用一种炸药爆炸产生的强大能量来引爆另一种炸药。
例如在实际爆破作业中最常见的是利用雷管或导爆索的爆炸来引爆炸药；其次是利用起爆药包的爆炸，引爆一些钝感炸药。
除了上述的热能、机械能和爆炸能外，光能、超声振动、粒子轰击、高频电磁波等也都可激起炸药爆炸，因此这些在爆破作业中都应引起注意和重视。
二、炸药的感度炸药在外界作用影响下发生爆炸的难易程度叫炸药的敏感度(简称为感度)。
即指炸药对外界起爆能的敏感程度。
感度的凹凸，通常以引起爆炸所必须的最小外界能量来表示。
所必须外界能量小则感度高，反之则感度低。
引起炸药爆炸的外界能量有：(1)机械能：冲击、摩擦、针刺、振动等产生的能量。
(2)热能：加热、火花、火焰或灼热物所放出的能量等。
(3)电能：电热、电火花产生的能量。
(4)光能：激光发出的能量。
(5)爆炸能：由爆炸产生的能量引爆炸药。
炸药的感度主要有以下几种。
1．冲击感度即对冲击能量的敏感程度。
隧道二氧化碳聚能爆破工艺
隧道二氧化碳聚能爆破工艺
隧道二氧化碳聚能爆破工艺是一种先进的隧道开挖技术，它利用二氧化碳的物理性质和聚能效应，实现高效、安全、环保的隧道开挖。
在隧道施工过程中，传统的爆破方法往往会产生大量的噪音、振动和尘土，对周围环境和施工人员造成不良影响。
而隧道二氧化碳聚能爆破工艺则通过采用二氧化碳作为爆破介质，利用其低温、高压、高密度和高膨胀率的特性，实现了低噪音、低振动、低尘土的爆破效果。
该工艺的具体操作流程如下：首先，在隧道掌子面上钻孔，并将二氧化碳注入孔中。
然后，通过聚能装置将二氧化碳聚焦在指定位置，形成高密度的二氧化碳柱。
最后，通过引爆装置引爆二氧化碳柱，使隧道掌子面瞬间破裂。
与传统的爆破方法相比，隧道二氧化碳聚能爆破工艺具有以下优点：首先，它能够有效地降低噪音、振动和尘土的产生，减少对周围环境和施工人员的影响。
其次，它能够提高隧道的开挖效率，缩短工期。
最后，它能够降低施工成本，提高经济效益。
总之，隧道二氧化碳聚能爆破工艺是一种先进的隧道开挖技术，具有广泛的应用前景。
第一章炸药爆炸基本理论PPT课件
热点形成的原因:
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（ 1）炸药内部的空气间隙或者微小气泡等在机械作用下受到了绝热 压缩；
（ 2）受磨擦作用后，在炸药的颗粒之间、炸药与杂质之间以及炸药 与容器内壁之间出现的局部加热；
（3） 炸药由于黏滞性流动而产生的热点。
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第二节 炸药氧平衡与热化学参数
▪ 2-1 炸药主要组成元素：C H O N ▪ 爆轰产物 ：
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热点起爆 理论
1-4热点起爆理论
热点起爆理论又称热点学说
热点学说认为：炸药在受到机械作用时，绝大部分的机械能量首 先转化为热能。由于机械作用不可能是均匀的，因此，热能不是作用 在整个炸药上，而只是集中在炸药的局部范围内，并形成热点。在热 点处的炸药首先发生热分解，同时放出热量，放出的热量又促使炸药 的分解速度迅速增加。如果炸药中形成热点的数目足够多，且尺寸又 足够大，热点的温度升高到爆发点后，炸药便在这些点被激发并发生 爆炸，最后引起部分炸药乃至整个炸药的爆炸。
1 炸药温度的影响
影响炸 药感度 的因素
2 炸药物理状态与晶体形态的影响 3 炸药颗粒度的影响 4 装药密度的影响
5 附加物的影响
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3-6聚能效应－现象
聚能现象
聚能装药
聚能效应应用
水面聚能流的形成
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聚能现象
聚能效应－装药
聚能装药
装药前端有空穴时聚能流的形成
xQx
yQy
Qb
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2-3炸药热化学参数
1kg炸药爆炸生成气体产物换算为标准状态下的体积称为爆容（specific 爆容 volume）(单位:L/kg)。 爆容越大，炸药做功能力越强。
新型聚能药柱在东鞍山铁矿的研究及应用
形 成 的主要 理论 和 工 程 方 法 中 ， 聚 能爆 破 越 来 越 受
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ｅ ｗ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ － ｆ ｏ ｃ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ
Ｄｏ ｎ ｇａ ｎｓ ｈａ ｎ Ｉ ｒ ｏ ｎ Ｍｉ ｎｅ
ＬＩ Ｌｉ ｎ，ＧＵ０ Ｌｉ ａ ｎ ｊ ｕ ｎ，ＺＨＡＮＧ Ｄａ ｎ ｉ ｎ ｇ
极 的 作 用 。并 可 以 在 其 它 露 天 矿 以及 其 它 方 面 推 广运 用
关键词 ： 新 型聚能药柱 ； 爆破 ； 预 裂 缝
中图 分 类 号 ： ＴＤ ８ － ４ １ ７ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ ７ ３ — ０ ７
李 林， 郭连军 ， 张 大 宁
（ 辽 宁科 技大 学 ， 辽宁 鞍 山 １ １ ４ ０ ５ １ ）
摘 要： 新 型 聚 能药 柱爆 破是 利 用 聚 能 效 应 改 变 炮 孔 内能 量 分 布 的 一 种 爆 破 方 式 ， 可 以 实 现 对 金 属 露 天 矿 台
阶的预裂作用 ， 从 而 达 到更 好 的爆 破效 果 。 通 过 对 其 现 场 试 验 结 果 前 后 对 比分 析 ， 得 出 新 型 聚 能 药 柱 预 裂 爆 破 不 仅可以形成明显的预裂缝 ， 而 且形 成 的 预 裂 缝 对 主 爆 有 一 定 的 减 震 作 用 。为 降 低 边 坡 维 护 成 本 、 提 高 生 产 率 有 积
爆破工程--隧道爆破
炸药:是指在一定条件下，能够发生快速化学反应，放出巨大能量，生成大量气体产物，显示爆炸效应的化合物或混合物。
炸药爆炸的三要素：1、反应过程中释放大量的热能;2、反应过程必须高速进行；3、反应必须产生大量的气体.炸药的氧平衡及对爆生有毒气体的影响：炸药的氧平衡可分为如下三种情况：1、零氧平衡：炸药中的氧含量恰好能够使碳、氢元素完全氧化；2、正氧平衡：炸药中的含氧量使全部碳、氢元素完全氧化后还有剩余；3、负氧平衡：炸药中的含氧量不足以将碳、氢元素完全氧化.零氧平衡炸药中的碳氢含量与氧的含量恰好匹配，即碳、氢元素被完全氧化成二氧化碳和水，没有多余的氧，也没有多余的碳、氢;负氧平衡炸药的含氧量不足，将发生不完全氧化,爆炸中出现CO ，甚至产生固态碳;而正氧平衡炸药的含氧量过多，易出现NO 和NO2。
炸药的起爆:炸药在外能作用下发生爆炸上网过程称为起爆.感度：是指炸药在外能作用下发生爆炸的难易程度。
爆速：是爆轰波传播的速度爆热：炸药反应放出的热量V Q ，根据能量守恒定律有()()V Q V V P P e e +-+=-20020221爆温:爆轰产物温度t k k t 122+=,其中t 为爆温。
爆力:是表示炸药爆炸对周围介质整体的压缩、破坏和抛移等作用的能力。
猛度：是表示炸药爆炸对其邻近介质产生局部的压缩、粉碎或击穿作用的能力.殉爆:一个药包爆炸后，引起与它不相接触的邻近药包爆炸的现象。
殉爆距：主动药包引爆从动药包的最大距离.冲击波：是一种在介质中以超声速传播的并具有压力突然跃升，然后缓慢下降特征的一种高强度的压力波.爆轰波:是指在炸药中传播的、伴有化学反应区的特殊形式的冲击波。
两者的区别：1.、传播介质：爆轰波在一定量的炸药中传播，而冲击波一般不定；2、爆轰波有化学反应，而冲击波没有；3、爆轰波有能量补充，而冲击波没有;4、爆轰波状态参数恒定，而冲击波状态参数退。
分析影响炸药爆速的因素：1、药包直径。
聚能水压爆破技术研究进展
聚能水压爆破技术是我国著名爆破专家何广沂教授提出的,是将传统线性聚能爆破和水压爆破的优点融合发展而成的。
1968-1979年，何广沂研制了几种聚能药包，进行了多次穿孔试验，并将聚能爆破技术逐步应用于岩土工程中。
自1991年开始，何广沂等又在公路石方开挖中开展了大量的水压爆破现场试验,逐步形成了露天深孔水压爆破技术；1997年该技术通过了部级鉴定并获得了“国内外首创"的高度评价；基于该技术的成功应用，何广沂在1998年开始研究“隧道掘进水压爆破技术〃，并于2002年通过了重庆市科委组织的专家鉴定；2016年研发出了聚能水压爆破技术2018年出版的《隧道掘进聚能水压爆破新技术》也被鉴定为国际领先水平，书中对该技术作出了"三提高一保护"（提高炸药能量利用率、提高施工效率、提高经济效益和保护环境）的评价。
同时,经诸多学者和工程技术人员的研究证实，其具有节能（聚能水压作用节约了炸药）、减排（水起到雾化降尘作用）的优势，符合绿色施工要求，逐渐在路基、隧道、矿山、水利等工程中得到了应用。
本文综述了聚能水压爆破技术的理论研究和工程应用现状指出了应用中存在的问题,并对后续研究提出了建议,以期为该技术的进一步推广应用提供参考。
1聚能水压爆破机理研究进展1.1聚能水压爆破研究现状1996年，陈士海等提出水在爆炸气体膨胀作用下产生的"水楔"效应有利于裂纹的进一步扩展以及岩石的进一步破碎，理论计算结果表明，水压爆破裂纹的贯穿长度约为传统爆破的10倍。
2001年，江杰才等进一步优化了ABS聚能管，通过控制爆炸后应力波的传播方向，达到了聚能爆破的目的。
2003年，何满潮等提出了双向聚能拉伸爆破新技术，并研发了相应的聚能装置。
2007年,韩国工程师JEONG 等研究发现，水压预裂与普通预裂相比，水压爆破传能效率明显提升。
2009年，刘永胜等在空气介质耦合切筑药包装药结构的基础上，结合含水炮孔爆破技术成果提出了一种新的水耦合切缝药包装药结构,并利用射流理论对该装药结构作用下岩石的开裂机理进行了探讨;罗勇等通过理论计算和现场试验分析了水不耦合下的爆破压力和作用时长等参数,发现水压控制爆破可达到降尘、加快施工进度等效果。
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聚能效应
1 引言
聚能效应（Gathering energy effect），通常称为“门罗效应”，源于1888年美国人门罗(Charles E. Munroe)在炸药试验中发现的规律，即炸药爆炸后，爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。
因此，带有锥形凹槽的装药在引爆后，凹槽附近的爆轰产物飞散时将在装药轴线处汇聚，形成一股高速、高温、高密度的射流，这股射流在靶板较小的区域内形成较高的能量密度，致使炸坑较深。
这种利用装药一端空穴以提高爆炸后局部破坏作用的效应称为聚能效应。
2 聚能效应现象
图1 不同装药结构的穿透能力
图1-a所示的圆柱形装药爆炸后，高温、高压的爆炸物近似沿着装药表面法线方向四处飞散，能量不能有效集中，在靶板上只能炸出很浅的坑。
图1-b所示的带有锥形凹槽装药爆炸后，靶板上的凹坑加深，凹槽附近的爆轰产物飞散时将在装药轴线处汇聚，形成一股高速、高温、高密度的射流，这股射流在靶板较小的区域内形成较高的能量密度，致使炸坑较深。
为了进一步提高聚能效应，就应设法避免高压膨胀引起能量分散而不利于能量集中的因素，对于聚能作用，能量集中的程度可用单位体积能量，即能量密度，来做比较。
爆轰波的能量中，位能占3/4，动能占1/4。
而聚能过程，动能是能够集中的，位能则不能集中，反而起分散作用，所以，聚能气流的能量集中程度不是很高的。
如果设法把能量尽可能转换成动能的形式，就能大大提高能量的集中程度。
理论分析及实验结果表明，如果锥形凹槽表面加上金属或其他粉末材料制成的保护层（称之为药型罩），爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就能将能量传递给了药型罩。
由于药型罩的可压缩性很小，因此内能增加很少，能量的加大部分表现为动能形式，这样就可避免高压膨胀引起的能量分散而使能量更为集中。
此外，药型罩还有两个有利于穿孔的作用：1. 罩壁在轴线处汇聚碰撞时，发生能量重新分配。
罩内表面金属层的速度比闭合时的速度高1至2倍，使能量密度进一步提高，形
成金属射流；罩的其余部分则形成速度较低的杵。
严格的讲，药形罩壁在向轴线运动过程中，能量已经在逐渐地由外曾向内层转移。
2. 金属射流各部分的速度是不同的，端部速度高，尾部速度低，因此射流再向前运动过程中将被拉长。
但由于金属优良的延展性，射流可以比原长延伸好几倍而不断裂。
当然，金属射流在延伸过程中不像聚能气流那样膨胀分散，仍保持着原来的能量密度。
由此可知，药型罩的作用是将炸药的爆轰能量转换成罩的动能，从而大大增加了聚能射流的能量，对靶板的破坏效果进一步加强（见图1-c）。
如果带有药型罩的装药距离靶板一定高度（称之为炸高，见图1-d），对靶板的破坏效果将发生变化，破坏效果随炸高变化曲线如图2所示，其中对应最佳深度的炸高称最佳炸高。
图2 聚能装药侵彻深度-炸高曲线
3 聚能效应的影响因素
3.1 炸药性能和装药形状
图3为破甲深度P、孔容积V与爆轰压p的关系曲线。
其中药柱直径为48mm，长度为140mm；药型罩为钢罩，锥角440，口部直径为41mm；炸高为50mm；炸药分别为B炸药、TNT和RDX等。
由图中可以看到，侵彻深度和孔容积基本上呈线性关系，而孔容积更明显。
主要是试验是在固定炸高下进行的，对于不同爆轰压的炸药应有不同的有利炸高，所以侵彻深度有波动，而孔容积却能更好地反映靶板所吸收的能量。
3.2 药形罩材料和结构形状
由理论分析及表1试验结果表明，药型罩被压合后形成射流其延续性好、不断裂、密度大，对破坏效果最有利。
所以，从原则上要求药型罩材料密度大、塑性好，在形成射流过程中不汽化。
从射流形成理论中射流速度和质量公式分析和实验可知，药型罩锥角存在一最佳范围，通常在35度～60度之间选取。
当锥角小于30度时，虽然侵彻深度增大，但相应的穿孔直径减小，后效作用降低，同时侵彻稳定性变坏。
当锥角大于90度时，射流形成过程可能发生了新的变化，即可能形成爆炸成形弹丸，侵彻深度显著下降，但孔径增大。
所以，应依据对付的目标特性，选用合适的药型罩锥角。
3.3 其他因素
聚能效应的影响因素众多，作用原理复杂，其他因素诸如药型罩壁厚、靶板材料以及炸高等，在此略过，不再一一赘述。
4 聚能效应的应用
➢聚能式射孔器是石油工程领域最常用的射孔器材，也是聚能效应在石油领域最典型、最重要的应用。
它是利用炸药爆轰的聚能效应产生的高温、高压、高速的聚能射流来射穿套管、水泥环及地层，从而完成射孔作业的。
➢在军事上，可利用聚能效应来生产穿甲弹、碎甲弹、反坦克枪榴弹等，用于对付各种装甲目标。
➢在工程爆破中，可在土层和岩石上打孔（勘探领域）；
➢在水下切割构件（打捞沉船时切割船体）；
➢在野外切割钢板、钢梁；
5 结语
聚能效应是利用装药一端空穴以提高爆炸后局部破坏作用的现象。
聚能效应在石油领域可用于油气井深穿透射孔，使石油气产量大幅提升；在军事方面可用于对付各种装甲目标，保家卫国；在工程领域可用于爆破拆除、切割构件等，为实际生活生产服务。
聚能效应涉及生活世界的方方面面，我们应当搞清楚聚能效应，充分利用其作用原理造福人类实际生产生活。