【摘要】：近年來(lái),隨著高孔密射孔器及大威力射孔彈在現(xiàn)場(chǎng)射孔作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,導(dǎo)致射孔管串受到的爆炸沖擊載荷大幅增加,極易造成管柱失穩(wěn)、屈曲斷裂及封隔器解封等事故的發(fā)生。為降低爆炸沖擊載荷下管串的損傷,減少射孔安全事故的出現(xiàn),有必要針對(duì)射孔工況下射孔管串的動(dòng)態(tài)響應(yīng)開(kāi)展研究。本文應(yīng)用爆轟學(xué)理論及管柱力學(xué)知識(shí),針對(duì)射孔爆炸載荷的輸出及射孔管串受力特征進(jìn)行了初步分析,形成了射孔工況下管柱及封隔器損傷判據(jù);在合理簡(jiǎn)化射孔管串的基礎(chǔ)上,利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件,考慮射孔彈數(shù)量、裝藥量、油管長(zhǎng)度、地層壓力及井筒壓力等因素,針對(duì)管串不同位置處載荷特征進(jìn)行數(shù)值仿真,揭示了油管底部及頂部為射孔工況下管串的薄弱、易損環(huán)節(jié),獲得了不同射孔工況下管柱強(qiáng)度、變形及封隔器動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律;針對(duì)5”和7”射孔槍展開(kāi)大量數(shù)值模擬,擬合得到了不同射孔工況下井筒關(guān)鍵位置(射孔槍底端、油管底部、封隔器處)處峰值壓力的經(jīng)驗(yàn)公式,并利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。集成上述研究成果,利用C#語(yǔ)言設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了《射孔管串安全性評(píng)估軟件》,旨在針對(duì)不同射孔工況下管柱及封隔器安全性進(jìn)行評(píng)估。本文的研究對(duì)提高射孔安全性、減少油氣井射孔事故具有十分重要的意義。
【圖文】：

射孔技術(shù)的進(jìn)步與完善對(duì)于油氣藏高效開(kāi)采的重要意義不言而喻。如圖1.1 為常用的油管輸送射孔示意圖，在射孔彈爆炸作用下，井下管柱及測(cè)試儀器會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng)。然而，為了提高非常規(guī)及深水的油氣開(kāi)采量，大孔徑、深穿透射孔彈、高孔密射孔槍得到廣泛應(yīng)用，管柱系統(tǒng)受到的威脅也越來(lái)越大，整個(gè)管柱系統(tǒng)承受著極為復(fù)雜、惡劣的受力狀況。尤其是近幾年發(fā)展起來(lái)的射孔測(cè)試聯(lián)作技術(shù)，在封隔器上方增加了測(cè)試閥、壓力計(jì)等測(cè)試儀器，，使得射孔作業(yè)過(guò)程中的安全問(wèn)題更為突出。圖 1.1 射孔段管柱Fig. 1.1 Perforated Section Tube String經(jīng)導(dǎo)爆索引爆射孔彈后，形成的射流射穿地層，約 60~70%的爆轟能量釋放到井筒的狹長(zhǎng)區(qū)域，以沖擊載荷的形式加載于射孔槍并引起射孔管串的震動(dòng)。能量首先通過(guò)射孔槍端部沿著管柱向上傳遞，經(jīng)減震器緩沖后傳遞至封隔器處，并在約束部位反射得到增強(qiáng)。當(dāng)槍內(nèi)高能炸藥產(chǎn)生的能量足夠大時(shí)，可使得射孔管柱產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，甚至塑性變形。封隔器處的巨大載荷可能引起封隔器的解封失效，而振動(dòng)繼續(xù)向上傳遞可致使測(cè)試儀器損壞，使得數(shù)據(jù)獲取不夠準(zhǔn)確甚至無(wú)法獲得數(shù)據(jù)。不

管柱系統(tǒng)簡(jiǎn)化（TCP: Tubing Conveyed Perforation）是將射孔槍進(jìn)行射孔[59]。該射孔方式于 70 年代開(kāi)始孔為：將射孔器及相關(guān)測(cè)試儀器串聯(lián)在油管后經(jīng)導(dǎo)爆索引爆射孔彈，完成射孔作業(yè)（如壓引爆、油管內(nèi)加壓延時(shí)引爆、棒擊引爆、槍串一般由槍身、點(diǎn)火頭、釋放槍裝置、防污優(yōu)勢(shì)：輸送能力強(qiáng)，一次可射孔數(shù)百米；能使以滿(mǎn)足深穿透、高孔密、大孔徑的作業(yè)要求；負(fù)壓值，以避免儲(chǔ)層傷害；針對(duì)高壓油氣井，安全；射孔后可把射孔槍釋放到井底，滿(mǎn)足射能在水平井、大斜度井及大位移井中進(jìn)行射孔工作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)；同時(shí)需要射孔彈的耐溫性能
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE925.3

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