射孔枪射孔过程的数值模拟

发布时间：2020-03-31 05:43

【摘要】：石油行业中,聚能射流射孔方式是目前运用最广泛、技术最成熟的射孔方式。射孔的主要作用是沟通石油储层与钻井,石油将从储层中通过射孔通道流进油井。射孔枪射孔过程是一个复杂的冲击动力学过程,射孔弹起爆后剧烈的冲击载荷将作用在射孔枪上,射孔弹装药量过大或射孔枪管套的设计、选材不合理等都将导致射孔失败。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,通过射孔枪射孔过程的数值模拟,研究和分析射孔枪的破坏机理,为工程实践中射孔枪的设计提供理论与数据基础。本文基于ALE物质分界面的变化,发现爆炸后炸药物质主要向射孔枪盲孔位置与射孔弹两侧传播,射孔弹尾部方向上的传播很少。射孔枪的优化设计中经常采用实验测量的压力-时间曲线作为载荷数据,而本文通过数值模拟分析射孔枪内水的压力变化,发现实验中压力传感器位置的压力峰值为1093MPa,而射孔枪内壁压力最大值为1283MPa,并得到射孔枪内壁面水的压力最大值处的压力-时间曲线。影响射孔枪管套应变的主要因素有两种:屈服强度与失效应变。本文发现射孔枪聚能射流过程中,射孔枪套管从内壁至外壁方向上位移越来越小,射孔枪套管外壁面从左至右方向上的位移逐渐增大,这说明射孔枪的最大径向膨胀发生在射孔枪盲孔位置。当射孔枪管套材料的屈服强度为750MPa时,射孔枪管套上应力最大值为983MPa,最大径向变形为7.3mm,不满足国家标准中径向膨胀低于5mm的要求。而当射孔枪套管材料的屈服强度为835MPa时,射孔枪最大应力为1044MPa,射孔枪管套最大径向变形为4.2mm,满足国家标准。本文通过数值模拟得到不同屈服强度下射孔枪的破坏情况,发现射孔枪的破坏主要发生在射孔枪中间位置与盲孔附近,发生破坏的主要形式是射孔枪壁面上产生裂纹。工程实践中可以通过观察这两处是否产生裂纹判断射孔枪是否安全射孔。本文分析了失效应变对射孔枪套管径向膨胀的影响,发现通过提高失效应变的值能有效降低射孔枪管套径向膨胀。
【图文】：

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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE257.1

【参考文献】