射孔工况下射孔管串动态响应研究

发布时间：2020-04-07 06:42

【摘要】：近年来,随着高孔密射孔器及大威力射孔弹在现场射孔作业中得到广泛应用,导致射孔管串受到的爆炸冲击载荷大幅增加,极易造成管柱失稳、屈曲断裂及封隔器解封等事故的发生。为降低爆炸冲击载荷下管串的损伤,减少射孔安全事故的出现,有必要针对射孔工况下射孔管串的动态响应开展研究。本文应用爆轰学理论及管柱力学知识,针对射孔爆炸载荷的输出及射孔管串受力特征进行了初步分析,形成了射孔工况下管柱及封隔器损伤判据;在合理简化射孔管串的基础上,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,考虑射孔弹数量、装药量、油管长度、地层压力及井筒压力等因素,针对管串不同位置处载荷特征进行数值仿真,揭示了油管底部及顶部为射孔工况下管串的薄弱、易损环节,获得了不同射孔工况下管柱强度、变形及封隔器动态响应规律;针对5”和7”射孔枪展开大量数值模拟,拟合得到了不同射孔工况下井筒关键位置(射孔枪底端、油管底部、封隔器处)处峰值压力的经验公式,并利用现场实测数据验证了其准确性。集成上述研究成果,利用C#语言设计开发了《射孔管串安全性评估软件》,旨在针对不同射孔工况下管柱及封隔器安全性进行评估。本文的研究对提高射孔安全性、减少油气井射孔事故具有十分重要的意义。
【图文】：

示意图,射孔段,管柱

射孔技术的进步与完善对于油气藏高效开采的重要意义不言而喻。如图1.1 为常用的油管输送射孔示意图，在射孔弹爆炸作用下，井下管柱及测试仪器会产生强烈的冲击振动。然而，为了提高非常规及深水的油气开采量，大孔径、深穿透射孔弹、高孔密射孔枪得到广泛应用，管柱系统受到的威胁也越来越大，整个管柱系统承受着极为复杂、恶劣的受力状况。尤其是近几年发展起来的射孔测试联作技术，在封隔器上方增加了测试阀、压力计等测试仪器，，使得射孔作业过程中的安全问题更为突出。图 1.1 射孔段管柱Fig. 1.1 Perforated Section Tube String经导爆索引爆射孔弹后，形成的射流射穿地层，约 60~70%的爆轰能量释放到井筒的狭长区域，以冲击载荷的形式加载于射孔枪并引起射孔管串的震动。能量首先通过射孔枪端部沿着管柱向上传递，经减震器缓冲后传递至封隔器处，并在约束部位反射得到增强。当枪内高能炸药产生的能量足够大时，可使得射孔管柱产生剧烈振动，甚至塑性变形。封隔器处的巨大载荷可能引起封隔器的解封失效，而振动继续向上传递可致使测试仪器损坏，使得数据获取不够准确甚至无法获得数据。不

油管输送射孔

管柱系统简化（TCP: Tubing Conveyed Perforation）是将射孔枪进行射孔[59]。该射孔方式于 70 年代开始孔为：将射孔器及相关测试仪器串联在油管后经导爆索引爆射孔弹，完成射孔作业（如压引爆、油管内加压延时引爆、棒击引爆、枪串一般由枪身、点火头、释放枪装置、防污优势：输送能力强，一次可射孔数百米；能使以满足深穿透、高孔密、大孔径的作业要求；负压值，以避免储层伤害；针对高压油气井，安全；射孔后可把射孔枪释放到井底，满足射能在水平井、大斜度井及大位移井中进行射孔工作业时间长；同时需要射孔弹的耐温性能
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE925.3

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