射孔弹间干扰的数值模拟研究

论文摘要

在国内和国际石油领域中,如,勘探石油,开采石油等方面,都包含了很多技术含量很高的项目研究。而其中很多技术都值得我们继续深入的研究。现今油气开发工程中,油气井射孔技术应该说是一个重要的环节。由于近年来市场因素的拉动,许多新型射孔技术如激光射孔、水力射孔等,已经取得了很好的发展,但是由于投资较大、作业耗费时间长,所以在实际操作中并未得到一定程度的应用推广。而聚能射孔技术是以射孔弹为核心,当炸药在子弹内爆炸的一瞬间,利用高能炸药的聚能装药效应,药型罩被压垮,同时产生了强烈的聚能射流。使其在很短的时间内穿透射孔枪及其套管,射入到岩石(含油层)中,起到对井下介质进行侵彻的作用,从而使地层与井筒之间互通,得到了有利的流油空间,达到沟通藏油的最后目的,完成射孔。所以,在整个射孔的过程中,工程的成功与否,与射孔弹的优劣程度有直接关系,即取决于射孔弹的结构质量和设计合理的聚能装药等因素。在油田工程的生产中,射孔过程需要耗费较大量的资金,对制造出的新型射孔弹进行实际的油田实验风险较大,如出现失败,将会产生巨大的经济损失。因此进行数值模拟实验研究是一个经济、高效的研究方法。由于勘探工程的逐渐深入,挖掘的地层与井下条件也复杂起来,同时对射孔技术的要求也随之提高。通常为了提高油气的产量效率,而采用高孔密型射孔枪。但是当孔密达到一定程度的数量时,射孔弹之间产生的冲击波在互相之间产生强烈的影响,即弹间干扰,使穿孔深度和子弹孔径的质量都有所下降。所以射孔弹间的爆轰波干扰直接影响到油气井工程的最后成果。本文系统分析弹间的爆轰波干扰过程,使理论与数值模拟方法相结合,选用有效的分析软件,对其过程进行数值模拟实验与仿真分析,确定两发射孔弹间爆轰波干扰的参数变化对射孔效果的影响。为射孔弹的优化设计和提高射孔效率提供详尽的数据资料。本文主要研究内容有：1、利用显式动力分析程序对两发射孔弹在爆炸中聚能射流的形成过程进行三维模拟。2、对两发射孔弹在起爆的过程中爆轰波间的相互干扰进行数值模拟分析。3、对弹间爆轰波的干扰提出优化方法。该方法用于射孔弹的优化设计及药型罩的结构优化,从而为射孔弹设计与生产提供科学基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的课题来源及研究背景
• 1.2 主要研究方法
• 1.3 射孔技术的发展现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 爆轰波形成的基本理论
• 2.1 冲击波的理论和发展
• 2.1.1 波的基本概念
• 2.1.2 冲击波的形成
• 2.1.3 平面正冲击波的基本关系
• 2.1.4 冲击波的性质
• 2.2 爆轰形成的基本理论和发展
• 2.2.1 爆轰波基础理论
• 2.2.2 C-J理论
• 2.2.3 ZND模型
• 第三章 有限元法理论分析
• 3.1 有限元法基础理论
• 3.1.1 有限元法分析步骤
• 3.1.2 有限元法原理
• 3.2 有限元分析软件
• 3.2.1 ANSYS有限元程序软件介绍
• 3.2.2 ANSYS软件的主要功能
• 3.3 显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA
• 3.3.1 LS-DYNA3D的基本概念
• 3.3.2 ANSYS与LS-DYNA3D的关系
• 第四章 射孔弹间的爆轰波干扰
• 4.1 射孔弹间爆轰波干扰的数值模拟
• 4.2 不同孔密情况下的射孔弹间的爆轰波干扰
• 4.2.1 孔密为16孔/米的干扰情况
• 4.2.2 孔密为20孔/米的干扰情况
• 4.2.3 孔密为26孔/米的干扰情况
• 4.3 不同相位情况下的射孔弹间的爆轰波干扰
• 第五章 工作总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果