等深盲孔对射孔枪耐压及穿深性能的影响分析

高压射孔枪大多通过加大壁厚来提高耐压值,但同时又增加了射孔弹穿透枪管的能量损失。鉴于此,提出了等深盲孔这一新概念。利用ANSYS建立了一系列不等深盲孔和等深盲孔射孔枪的有限元模型,对比分析不等深盲孔和等深盲孔对射孔枪耐压性能的影响,结果表明等深盲孔射孔枪的耐压性能优于不等深盲孔射孔枪,平均提高9.3%,其中盲孔深度3.5 mm的SQ89×8.8 mm射孔枪和盲孔深度4.0 mm的SQ89×10 mm射孔枪采用等深盲孔结构后耐压性能分别提高了18.68%和16.65%。利用True Grid建立了射孔弹侵彻不等深盲孔和等深盲孔的有限元模型,通过仿真发现,等深盲孔比不等深盲孔更能减少射流能量损失,提高射孔器穿深。研究结果为高抗压深穿透射孔器的研制提供了新的思路。     

双复射孔器

分析了现有射孔器存在的问题。论述了复式射孔枪和射孔弹的原理结构。双复式射孔器主要由复式射孔枪、复式射孔弹两部分组成。复式射孔枪是由内枪和外枪双层枪组合而成，可以尽量减薄枪壁的厚度并解决枪体胀径超标问题。外枪采用小直径薄底盲孔，以减小射流通过盲孔的能量损耗，不预制泄压孔；内枪采用全封闭结构，以实现复式射孔弹能量的集束释放。复式射孔弹是由增效头（内装火药）与肩台装药式射孔弹两部分同轴组合而成。复式射孔弹拉近了射流峰压与火药燃气峰压的时差，加速了火药燃气脉冲沿射流方向同轴加载的过程。射孔弹采用肩台式装药，进而增强扩孔造缝的威力。因为该型射孔器既可以适当扩大枪径，又具有穿孔深、孔容大、造缝、解堵力强、减小对套管损伤等特点，因此提出在新井（或新层）特别是中、低渗透油层中射孔，应当首选双复式射孔器。     

双复射孔器

该文分析了现有射孔器存在的问题。论述了复式射孔枪的原理结构，复式射孔弹的原理结构，提出新井（或新层）应当首选双复式射孔技术的观点。双复式射孔器主要由复式射孔枪、复式射孔弹两部分组成。复式射孔枪是由内枪和外枪双层枪组合而成的。采用双层枪可以尽量减薄枪壁的厚度并解决枪体胀径超标问题。为适当扩大枪体外径和内径提供了条件，达到增加枪内炸高、提高射孔弹穿深的目的。外枪采用小直径薄底盲孔，以减小射流通过盲孔的能量损耗。外枪不预制泄压孔，仙枪采用全封闭结构，以实现复式射孔弹能量的集束释放。复式射孔弹是由增效头（内装火药）与肩台装药式射孔弹两部分同轴组合而成。复式射孔弹拉近了射流峰压与火药燃气峰压的时差，加速了火药燃气脉冲沿射流方向同轴加载的过程。射孔弹采用肩台式装药，进而增强扩孔造缝的威力。因为该型射孔器既可以适当扩大枪径，又具有穿孔深、孔容大、造缝、解堵力强、减小对套管损伤等特点，因此提出在新井（或新层）特别是在中、低渗透油层中射孔，应当首选双复式射孔器。     

爆轰与聚能射流下射孔枪和套管的应力强度耦合仿真分析

为了探明聚能射孔爆轰冲击载荷下套管的力学性能,在LS-DYNA软件中建立射孔弹-射孔枪-套管三维模型,应用ALE算子分离算法,实现爆轰、药型罩固流转化、侵彻套管和射孔枪的大变形与流固耦合仿真,分析爆轰波叠加对能量、密度、射流速度、套管和射孔枪强度的影响。结果表明,射孔枪射孔孔径为18.7 mm,套管射孔孔径为7.7 mm,穿透射孔枪盲孔过程消耗了大量能量;射孔枪各孔相连125 mm宽带内,最小应力774 MPa,接近材料屈服强度,高爆轰压力作用下发生了“胀枪”;对比单射孔弹射穿套管,3枚射孔弹所用时间减少了8 μs,最大应力增加了260 MPa,并且套管应力值超过材料屈服强度范围(较单枚增加了2.5 mm的圆环),爆轰重叠区域中心的套管应力也提高了739 MPa,说明爆轰波弹间的叠加加重了对套管的伤害。研究结果为射孔枪安全优化设计和爆轰冲击下套管的力学性能分析提供了技术指导和新思路。     

聚能射孔弹侵彻性能评价方法

为弥补射孔打靶物理试验的不足,完善聚能射孔弹优化设计方法,基于爆炸冲击动力学分析程序AUTODYN,采用Lagrange算法建立了聚能射孔弹侵彻性能评价数值方法,研究了聚能射流侵彻过程混凝土靶孔道形态及射孔枪/套管/靶体的动态响应。与室外打靶试验相比,混凝土靶体孔深数值分析误差为4.27%,孔径数值分析误差为5.26%,数值结果可靠;根据射孔弹侵彻过程动态仿真结果数据,可得到射孔枪/套管的穿孔形态、毛刺高度、混凝土靶损伤程度与压实带厚度等关键数据,为射孔弹优化设计及型号优选提供依据。     

射孔枪几个结构设计问题的数值分析

射孔枪在结构设计后的投产过程中,存在几个典型问题影响着射孔作业的顺利开展,如冲击载荷作用下的螺纹连接问题、射孔枪胀形尺度问题和影响射孔枪强度的盲孔问题.针对上述3个问题开展了数值模拟的研究分析,指出了妥善处理和控制结构设计问题的关键,给出了一些结构设计技术参数的量化指标.     

内置式复合射孔器的改进与应用效果

内置式复合射孔器主要分为压垫密封和盲孔密封2种类型.压垫密封复合射孔器的密封胶垫粘堵在泄压通孔上,在运输、储存和施工过程中密封胶垫被破坏会发生井下事故.通过试验证明,射孔弹产生的爆轰压力可迅速冲开密封胶垫,增效药燃烧后产生的高能气体从射孔肓孔和泄压盲孔同时排出.盲孔密封复合射孔器的泄压盲孔在射孔枪未起爆穿孔前承受一定的...     

射孔弹起爆后弹间干扰三维数值分析

本文介绍了材料动态力学试验方法。在模拟实验、材料动态力学参数测试的基础上，利用先进的三维分析软件，以YD-73射孔弹为例，计算三发射孔弹的顺序起爆、干扰侵彻过程，得到射孔弹在不同相位、不同孔密下，爆轰波的叠加效应对单发射孔弹聚能射流的影响规律。理论上探索了聚能射流爆轰引起的三维冲击波对射孔过程的影响规律。     

射孔枪抗外挤强度的影响因素分析

射孔枪抗外挤强度是射孔器材设计厂家及用户关心的关键问题之一,应用SolidWorks软件建立射孔枪三维模型,再将其导入ANSYS有限元分析软件,建立了射孔枪三维有限元分析模型,考察了射孔枪抗外挤强度的影响因素及其影响规律。研究结果表明:抗外挤强度随孔密和孔眼直径的增加而减小,在其他条件相同的情况下,孔密为24孔/m射孔枪抗外挤强度比8孔/m时减小约8. 71%; 30°、45°、60°、90°、120°及180°等常用螺旋布孔相位角中,相位角为60°时射孔枪的抗外挤强度最高;盲孔深度对抗外挤强度的影响最大,随盲孔深度的增加,射孔枪抗外挤强度急剧减小;若同轴度和圆柱度公差大于1 mm,射孔枪抗外挤强度降低较多;随着入井温度的升高和轴向拉力的增大,射孔枪的抗外挤强度也会有所降低。研究结果可为研制新型射孔枪提供理论依据。     

水射流射孔对套管冲击压力的数值模拟

为了进一步认识水力喷砂射孔过程及射孔成孔的形态,分析了靶距、砂粒体积分数和喷射速度对套管射孔压力的影响。采用射流理论、材料冲蚀理论和计算流体力学,利用计算机仿真软件,对不同靶距、砂粒体积分数和射流速度下的喷砂射孔进行数值研究。研究结果表明,随着靶距的减少,套管壁上的射孔压力增加; 随着靶距的增加,套管壁上产生的射孔压力面积增加; 射孔压力随着砂粒浓度和喷射速度的增加而增加。该研究结果可为水力喷砂射孔及套管射开孔型的优化研究提供参考。     

定射角定方位射孔新技术

介绍了定方位射孔技术的原理及其增产效果不明显的原因。研究开发了可获得明显增产效果的定射角定方位射孔器,它能使枪里每发射孔弹都能按调定的角度射向油、气层的主应力方向。地面模拟试验证明,射角在40°以内时,定射角定方位射孔是可行的。给出了调角弹架的示意图,详细说明了调节角度的方法步骤。介绍了定射角枪体与一般定方位枪体的3点不同:孔密降低,盲孔拉长,每支枪装弹都是偶数。详细说明了定射角定方位射孔器的优点和缺点。分析了油管输送直井、油管输送斜井和电缆输送斜井定射角定方位射孔器的应用及其枪柱特点。认为我国的定方位射孔技术还处于发展、完善阶段,指出了今后的研究发展方向。     

利用测井资料预测射孔穿透深度

射孔穿透深度是产能评估、产率比计算最基础的资料,是射孔优化方案的基本条件.根据炮弹性能和岩层的强度参数,考虑套管、水泥环的能量损耗,计算了以井壁为起点的实际射深.对枪身不居中、炮弹不贴套管壁进行了间隙校正,计算出最大射深和最小射深.对1口有污染半径资料的井进行了射孔穿透深度计算与分析.许多井的测井资料不具备射孔穿透深度的计算条件,新的射孔穿透深度预测方法使大多数井能准确地计算出射孔穿透深度.     

新型水平井复合射孔枪研究

大庆油田水平井通常采用的是φ139.7 mm套管,由于水平段起伏波动造成变形,使得套管内有效内径变小,需要研制一种在102型与89型之间的、适合在φ139.7 mm套管水平井内使用的新型水平井射孔枪。通过枪身材质优选、弹架结构设计、枪身连接结构设计和新型射孔弹开发,研制了新型95水平井射孔枪和新型深穿透射孔弹,平均穿深达到645 mm,比89型水平井射孔枪穿深提高29%,并且能够实现在水平井射孔段内任意方向定向射孔;研制了新型95型水平井复合射孔枪,检测了该枪的安全性能指标,优化出了最佳火药装药量。在大庆油田现场试验证明,新型95型水平井复合射孔枪完全满足水平井复合射孔的需要。     

克拉-2气田射孔工艺研究

克拉-2气田具有5大射孔难题:射孔井段长、地层压力大、产气量大、流体中腐蚀性物质和不宜丢枪,作业风险非常大。提出了带枪生产的射孔方案和射孔后取枪生产2种射孔方案,通过分析对比优选出最佳方案——最终选定模块式射孔枪过油管方案,并对该方案作了较为详尽的叙述,在后来的施工中成功地得到了印证。     

超高压射孔枪结构设计及数值分析

介绍了利用Pro/E三维设计软件建立超高压射孔枪数值模型,进行有限元分析和优化设计的方法。考虑射孔枪的密封和承压等常规因素,在超高压射孔枪的结构设计中综合3个关键因素:影响射孔枪整体强度的盲孔深度和形状;射孔参数和射孔枪之间的内在联系,如孔密、相位等的影响;射孔枪承受拉力载荷以及井内温度等因素对射孔枪抗压强度的影响。利用Pro/E的CAD和CAE功能完成超高压射孔枪的结构设计、数值分析以及多参数联合控制优化设计。经过试验验证,综合考虑以上因素设计的超高压射孔枪满足设计要求。     

新型水平井复合射孔枪研究与应用

目前大庆油田水平井均采用φ139.7 mm套管,由于水平井水平段起伏波动常造成套管变形,使得套管内有效内径变小,需要研制一种新型水平井射孔枪。通过严格的枪身材质优选、弹架结构设计、枪身连接结构设计和新型射孔弹开发,研制了95型水平井射孔枪和新型深穿透射孔弹。新型射孔枪的平均穿深达到645 mm以上,比89型水平井射孔枪穿深提升29%,并且能够实现在水平井射孔段内任意方向定向射孔。通过室内试验检测了95型水平井复合射孔枪的安全性能指标,优化出了最佳火药装药量。大庆油田现场试验证明,研制的新型水平井复合射孔枪完全满足水平井复合射孔的需要。     

无围压射孔技术研究

为了保证施工安全,在射孔完井施工时井筒内要预留一定高度的射孔保护液,这样对于地层压力较低的井,负压值将难以实现,在射孔后射孔液就会进入地层,对地层造成伤害,影响油气井的产能.无围压射孔技术就是研究在高负压甚至无围压条件下实现射孔完井.介绍了无围压射孔技术的研究和初步应用,着重介绍通过对枪体、弹架材料的优选和结构设计,实现了射孔器在无围压条件下射孔完井.无围压射孔枪穿孔后,枪身孔眼、胀径符合SY/T5128-1997标准规定.应用无围压射孔技术对套管和水泥环的伤害较小,满足要求.通过现场应用取得了较好的效果,该工艺技术对低压、低渗油气藏特别是气井的射孔完井具有重要应用价值.     

复合射孔技术在×53-平37水平井中的应用

水平井复合射孔由于射开厚度大,设计药量多,施工风险高,极易发生安全事故。为了保证施工安全,采取了7项技术措施,包括复合射孔枪优选;射孔枪身耐外压检测;枪身盲孔泄压检测;起爆方式优选;压裂火药用量设计;管柱应力分析;施工安全控制。通过7项技术措施,保证了施工的安全性,圆满完成了该水平井的复合射孔施工,为水平井复合射孔继续深入研究积累了经验。