射孔弹穿深与孔径模拟分析理论研究

提出了一种在地层条件下确定聚能射孔弹穿透深度和套管孔径大小的等量模拟换算法.该方法是将射孔弹穿过的每种介质(完井液、套管或油管、水泥和岩层)的长度转化为较为均一的钢靶的长度,通过计算每种介质对钢靶的换算系数,结合油井的结构,计算出射孔器在地层穿深.通过采集的4个射孔枪间隙值,用多元回归求得孔径与间隙的关系曲线,根据曲线就可查找到间隙对应的套管孔径大小.行业内普遍接受的射孔弹穿深和孔径计算误差范围是士10%,而等量模拟换算法的误差范围可减小到士2%,提高了射孔弹地层穿深与孔眼直径计算的精度.     

考虑地应力影响下的射孔初始方位角的确定

根据射孔井段第一个射孔与射孔井段地应力主方向之间的位置关系定义了射孔初始方位角,从射孔孔深受地层强度和密度影响的角度出发,按最大穿透深度假设,根据射孔井段井壁应力分布情况,定量地分析了地应力方向、射孔数、射孔相位对射孔穿深的综合影响,定义了最佳应力系数和最差应力系数。并结合实际情况给出了计算方法和算例。     

小直径深穿透射孔器研制

本文从影响小直径深穿透射孔器穿深性能的几个主要因素：装药结构、药型罩结构、药型罩配方、枪内炸高、射孔弹的射流特征等出发，阐述了它们对小直径深穿透射孔器性能的影响规律，论述了提高小直径射孔弹穿深性能的主要手段；对小直径深穿透射孔器研制过程中取得的几点心得加以总结，为今后的研制工作提供参考。     

聚能射孔弹侵彻应力砂岩穿深预测

基于应力岩石条件下射孔弹性能评价方法,采用ANSYS Workbench以及多物质Euler算法建立了某规格射孔弹侵彻圆柱体应力砂岩的有限元模型,分别计算了侧向应力值与轴向应力值依次为0 MPa、5 MPa、10MPa、15 MPa、25 MPa、35 MPa、50 MPa时射孔弹在砂岩上的穿透深度,讨论了应力方向及大小对射孔弹穿深的影响规律。研究结果表明,应力方向对射孔弹侵彻砂岩深度的影响差异显著。垂直于射孔方向的应力使射孔弹在砂岩上的穿深随应力值增大呈对数关系减小,其中15 MPa与50 MPa时分别减小了22%与28%;平行于射孔方向的应力使射孔弹在砂岩上的穿深随应力值增大呈线性关系减小,其中50 MPa时仅减小了10%。本研究为储层在应力场、温度场等赋存条件下,采用有限元法计算预测射孔弹岩层穿深提供了一种科学可行的方法。     

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.     

高温高压条件下射孔效能试验研究

为研究射孔器在高温高压条件下的实际工作状态,提高对射孔效能的认识,研制开发了高温高压射孔效能试验装置和试验枪。对目前常用的DP36RDX（89型）、DP44RDX（102型）、DP50RDX（127型）射孔弹进行了不同温度、不同压力条件下在砂岩靶、灰岩靶上的射孔试验研究,得出了穿深随不同温度、压力变化的基本规律。射孔弹在一定温度范围内穿深随温度的升高而下降。对3种射孔弹穿深变化的原因进行了分析,认为在高温高压条件下,弹型越大,受温度影响越大,其膨胀量越大,造成射孔弹总体结构改变的程度也越大,是射孔弹穿孔性能严重下降的主要原因。提出了2项改进射孔弹穿深的措施,即在射孔弹的口部加装橡胶圈;选择耐高温弹性胶对弹壳和药型罩之间封口,保证在高温条件下不失去弹性和粘接性。     

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。     

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.     

射孔段管柱瞬态响应及应力强度分析

为了了解射孔爆轰载荷作用下射孔段管柱的动态响应和应力强度安全性,应用ANSYS有限元分析软件建立了射孔段管柱有限元模型,对射孔段管柱进行瞬态响应及应力强度分析,得到了射孔段管柱振动位移、速度、加速度及等效应力等对射孔冲击载荷的响应规律,并考察了射孔段管柱长度和壁厚对管柱应力强度的影响。分析结果表明:在射孔爆轰载荷作用下,射孔段管柱受压缩和拉伸冲击载荷交替作用;管柱各处的振动位移、速度和加速度都随时间做周期性变化,且周期相同;距离封隔器越远(距离射孔爆轰源越近),振动速度和振动加速度幅值越大;射孔冲击引起的管柱振动加速度峰值可以达到重力加速度的数百倍,从而产生剧烈的动载;离封隔器越近,管柱的振动位移越小,但管柱的等效应力越大;射孔段管柱越长,管柱壁厚越厚,最大等效应力越小。所得结论可为射孔段管柱优化配置提供参考。     

射孔弹间干扰消除方法初探

射孔枪中装配射孔弹的密度达到某一界限时会出现穿深减小并显著波动的现象,其原因是弹间干扰.改变射孔器结构和导爆索性能,按行业标准SY/T 6297-1997<油气井射孔器材评价的推荐作法>进行了地面混凝土靶射孔试验,测量它们对穿深的影响,研究弹间干扰产生的原因.试验结果分析显示,弹间距、导爆索长度和爆速是引起弹间干扰的主要原因;视起爆速度与弹间距及导爆索爆速之积成正比,与弹间导爆索长度成反比,其值过小时则出现明显的弹间干扰;降低弹间起爆时间是消除弹间干扰的有效方法.该定量分析方法可为射孔器的优化设计提供参考.