SDP58型射孔弹射流有限元模拟分析

为了判断设计的新型射孔弹能否满足实际应用要求,采用有限元分析软件AUTODYN,对油田使用的SDP58型射孔弹爆轰压垮药型罩过程进行了模拟计算,其中爆轰材料采用JWL模型。计算给出了射流形成过程、射流的速度分布曲线以及药型罩的动能随时间变化曲线。计算结果表明,射流的最大速度为8 739 m/s,药型罩动能随时间变化而变化,在15μs时,药型罩动能达到最大值1.7×108 J,之后动能降低到稳定值1.6×108 J。最后指出,采用目前的有限元分析技术,能够实现对射孔弹的有效分析,满足应用要求。     

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。     

新型超深穿透射孔弹

为提升射流质量,增加射孔穿深性能,根据射流侵彻基本理论,从射流微元形态对侵彻性能影响分析入手,通过对新型装药结构、药型罩结构设计及药型罩配方的研究,大幅提升了炸药利用率,增加了炸药能量对药型罩的有效作用时间;通过对壳体结构的调整,提高与药型罩参数的匹配度,提高了射流质量,使102型射孔器混凝土靶平均穿深提高27%。在大庆油田某区块5口生产井试验应用,平均采液强度比相邻常规射孔弹射孔的井平均采液强度提高显著。新型超深穿透射孔弹的研制可以提高油田采收率,为油田低渗透储层高效开采提供射孔弹新产品和新技术的支持。     

系列大孔径深穿透射孔弹研制

目前大孔径射孔弹穿孔深度浅,不能满足一些特殊油气藏的射孔完井需求的现状.通过对射流形成与侵彻过程分析,结合射孔弹的作用目标特点,设计出一种多锥角形药型罩,在爆轰波的作用下,药型罩各分段形成具有不同特征的射流.应用该药型罩结构,研制出了89型、102型、127型大孔径深穿透射孔弹,经地面打靶测试,均超过了设计指标,实现了套管孔径大、穿孔深度深,且射孔枪孔径小的设计目的.大孔径深穿透射孔弹的研制成功,为低孔、低渗、低丰度及破裂压力异常油气藏的完井提供了一种新型射孔器材.     

射流着靶角度对射孔弹性能的影响

为分析聚能射孔弹爆轰后形成射流着靶角度的变化对定方位、定射角和定面等个性化射孔新技术的影响,探索了射孔穿深下降的原因,根据射流侵彻基本理论,从射流微元形态对侵彻性能影响分析入手,结合三维仿真模拟计算和打靶试验,分析了射流着靶角度对射孔弹性能的影响。当射流不垂直于靶体侵彻时,射流会发生颤动并偏离运动轴线,使得射流侵彻性能下降,且随着角度的增大,射流侵彻性能下降的趋势也会加大。结果表明,改变布弹角度可以适应油层分布、减少地应力的影响,同时也会造成聚能射孔弹穿孔性能的下降。在射孔方案中涉及倾角变化时,射孔弹的设计应尽可能减少射流倾角变化的影响。     

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。     

钨粉形貌对石油射孔弹穿深性能的影响

钨粉作为制备深穿透射孔弹粉末药型罩的原材料,其物理化学性能直接影响石油射孔弹的穿深性能.通过对比2种不同形貌的钨粉,研究了钨粉形貌对于石油射孔弹穿深性能的影响.认为,利用回收钨破碎后还原制备的钨粉形貌不规则,导致混合粉末流动性能较差,成形的药型罩密度分布不均匀,影响了药型罩的成形和密度分布的均匀性,从而降低了射孔弹穿深性能.而类球形的钨粉流动性能好,有利于提高药型罩密度分布均匀性,从而改善射孔弹爆轰形成的射流的特性,提高射孔弹穿深性能和稳定性.结果表明,利用球形度较好的钨粉制备药型罩生产的石油射孔弹穿深性能较好.     

等孔径射孔弹数值模拟与试验研究

采用数值模拟对比了3 1/2 in*型等孔径射孔弹与同规格常规深穿透射孔弹在井筒内装枪极限情况下的射流形态,并采用地面模拟试验对比了两者孔眼一致性.数值模拟结果表明,后者药型罩在压垮过程中形成了细长的锥形射流,尾部形成了粗大的杵体,而前者能够形成一段高速的杆式射流,不易受炸高的影响;地面模拟装枪侵彻钢靶结果表明,前者射孔后在套管上形成的平均孔径为12.3 mm,孔径稳定性为96.7%,比后者平均孔径提高了2.3 mm,孔径稳定性提高了20.4%,说明其具有较大的孔径和好的孔眼一致性,同时也验证了数值模拟结果与实验值相符.3 1/2 in型等孔径射孔弹地面模拟装枪侵彻混凝土靶平均穿深为810 mm,表明其具有深穿透特点.     

大孔径射孔弹药型罩顶部的结构分析

运用射孔弹工程计算软件对大孔径射孔弹药型罩顶部不同结构进行计算分析．并对不同药型罩顶部结构的大孔径射孔弹射流侵彻的变化规律进行了实验研究．最后确定了不同炸高条件下药型罩顶部的参数设计。结果显示．射孔弹穿孔能力的大小是由碰靶时射流性能决定的，随着药型罩顶部孔眼尺寸的增加．射流头部动能、直径和质量也逐渐减小，侵彻孔道的最大直径点逐渐远离起爆点。为了提高大孔径射孔弹的性能．药型罩顶部的参数设计应采用模拟计算和试验相结合的方法进行优化。     

等孔径射孔弹技术研究

射孔孔眼大小对水力压裂效果有很大影响。为克服因套管内壁和枪管外壁间的距离变化带来的套管孔径大小不一致问题,以M A Cook提出的射流侵彻靶板孔眼直径计算方法为指导,通过数值仿真分析等孔径射孔弹作用机理,设计一种锥曲线变壁厚组合式药型罩结构,开发出89、102、127型3种相应的等孔径射孔弹。3种射孔弹在模拟试验中的套管上孔径相对标准偏差分别为3.98%、4.19%、3.01%,实现了套管孔径大小基本一致的设计目标。