新型药型罩结构下射孔弹聚能射流及侵彻深度研究

发布时间：2020-06-12 16:44

【摘要】：在国民经济不断发展的21世纪,随着世界各国对石油资源需求量的不断提升,石油又作为经济发展的主要推动力,我国在石油发展方面面临着严峻的挑战。油井射孔作为石油勘探和开采过程中的一项关键技术,聚能射孔技术的优劣对油气井的产量有着重要的影响。聚能射孔技术的核心是通过炸药起爆,爆轰波作用于药型罩形成聚能射流,最终打开油气通道。药型罩是聚能射流形成的最核心部分之一,历年来大家都将其作为重要的研究内容。药型罩的材料属性、几何形状、尺寸大小以及加工工艺的不同选择对聚能射流的侵彻能力和射流的长度、密度、速度有着非常显著的影响。因此,研究药型罩结构对聚能射流的成型以及侵彻性能具有重要的现实意义,能够更有效的解决我国在石油开采方面存在的问题,进而推动我国石油经济的发展。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,从聚能效应的原理入手,结合聚能射流成型与侵彻的基本理论,总结了现有聚能射孔技术的优缺点,提出了改进的新型药型罩结构,利用数值计算方法验证了所提药型罩结构的优越性,并分别研究了辅助药型罩直径、厚度、材料以及药型罩大小锥角、厚度、材料等因素对聚能射流的影响,最后研究了新型药型罩对混凝土靶板的侵彻能力,分析了炸高对侵彻能力的影响。主要的研究工作可以总结为以下几个方面：(1)从聚能效应原理入手,分析总结聚能射流成型与侵彻的基本理论,结合数值模拟方法,对传统的单锥形药型罩结构和双锥形药型罩结构形成的聚能射流过程进行了对比分析,发现采用双锥形药型罩所形成的聚能射流直径小,拉伸长,头部速度高,但是在射流形成过程中的断裂比较严重,影响聚能射流效果。(2)为了优化聚能射流效果,提出了在双锥型药型罩结构上添加辅助药型罩的新型药型罩结构,并利用数值计算方法对新型药型罩结构形成的聚能射流进行了计算;为了进一步改进新型药型罩下聚能射流成型的效果,研究了辅助药型罩直径、厚度、材料以及药型罩大小锥角、厚度、材料等影响因素,对新型药型罩结构的影响。结果表明:新型药型罩下聚能射流的速度和拉伸长度均有所提升,断裂情况也得以改善;随着辅助药型罩直径的增加,聚能射流的端部速度不断提高,但增幅较慢,射流端部的拉伸断裂现象也随之增大;辅助药型罩厚度的增大有利于聚能射流的形成,但存在临界值;随着辅助药型罩密度的增加,聚能射流端部最大速度提高,射流长度随之增长;当药型罩小锥角α为40°,大锥角,为110°时,聚能射流效果更佳;对于等壁厚药型罩,药型罩厚度的增大,聚能射流的长度和速度均有降低;相比于等壁厚药型罩,顶部薄、底部厚的线性变壁厚药型罩形成的聚能射流效果更好;随着药型罩密度的增加,聚能射流端部最大速度更小,射流长度更短,端部速度梯度的最大落差比降低,射流不易被拉断;对于双层药型罩结构,合理的内外层药型罩的搭配,不仅可以提高射流速度,并且解决了单层药型罩利用率低的问题。(3)利用数值计算方法对优化后的新型药型罩结构侵彻混凝土进行模拟,并进一步计算了炸高对侵彻性能的影响。结果表明:优化后的新型药型罩具有较好的侵彻性能;侵彻混凝土靶板的平均孔径随着炸高的增加而降低,侵彻深度随着炸高的增加而增加,但存在最优炸高,超过该炸高后,最大侵彻深度随着炸高的增加而下降。
【图文】：

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图 2-1 聚能装药结构和射流成型过程Fig. 2-1 Charge Structure and Jet Forming Process过程部首先接触靶板表面，在高温、高压、高应变条件下由于作用力与发作用力的存在，孔道会经过二次扩孔，射流速度逐渐降低，侵彻能力下降，最终射流速度结束。如图 2-2 所示为射流侵彻靶板过程。图 2-2 射流侵彻靶板过程Fig. 2-2 Process of Jet Penetration into Target Plate

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图 2-1 聚能装药结构和射流成型过程Fig. 2-1 Charge Structure and Jet Forming Process过程部首先接触靶板表面，在高温、高压、高应变条件，由于作用力与发作用力的存在，孔道会经过二次扩中，射流速度逐渐降低，，侵彻能力下降，最终射流速程结束。如图 2-2 所示为射流侵彻靶板过程。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE257.1

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