【摘要】：在國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的21世紀(jì),隨著世界各國對石油資源需求量的不斷提升,石油又作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要推動力,我國在石油發(fā)展方面面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。油井射孔作為石油勘探和開采過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),聚能射孔技術(shù)的優(yōu)劣對油氣井的產(chǎn)量有著重要的影響。聚能射孔技術(shù)的核心是通過炸藥起爆,爆轟波作用于藥型罩形成聚能射流,最終打開油氣通道。藥型罩是聚能射流形成的最核心部分之一,歷年來大家都將其作為重要的研究內(nèi)容。藥型罩的材料屬性、幾何形狀、尺寸大小以及加工工藝的不同選擇對聚能射流的侵徹能力和射流的長度、密度、速度有著非常顯著的影響。因此,研究藥型罩結(jié)構(gòu)對聚能射流的成型以及侵徹性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,能夠更有效的解決我國在石油開采方面存在的問題,進(jìn)而推動我國石油經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,從聚能效應(yīng)的原理入手,結(jié)合聚能射流成型與侵徹的基本理論,總結(jié)了現(xiàn)有聚能射孔技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),提出了改進(jìn)的新型藥型罩結(jié)構(gòu),利用數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證了所提藥型罩結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性,并分別研究了輔助藥型罩直徑、厚度、材料以及藥型罩大小錐角、厚度、材料等因素對聚能射流的影響,最后研究了新型藥型罩對混凝土靶板的侵徹能力,分析了炸高對侵徹能力的影響。主要的研究工作可以總結(jié)為以下幾個方面：(1)從聚能效應(yīng)原理入手,分析總結(jié)聚能射流成型與侵徹的基本理論,結(jié)合數(shù)值模擬方法,對傳統(tǒng)的單錐形藥型罩結(jié)構(gòu)和雙錐形藥型罩結(jié)構(gòu)形成的聚能射流過程進(jìn)行了對比分析,發(fā)現(xiàn)采用雙錐形藥型罩所形成的聚能射流直徑小,拉伸長,頭部速度高,但是在射流形成過程中的斷裂比較嚴(yán)重,影響聚能射流效果。(2)為了優(yōu)化聚能射流效果,提出了在雙錐型藥型罩結(jié)構(gòu)上添加輔助藥型罩的新型藥型罩結(jié)構(gòu),并利用數(shù)值計(jì)算方法對新型藥型罩結(jié)構(gòu)形成的聚能射流進(jìn)行了計(jì)算;為了進(jìn)一步改進(jìn)新型藥型罩下聚能射流成型的效果,研究了輔助藥型罩直徑、厚度、材料以及藥型罩大小錐角、厚度、材料等影響因素,對新型藥型罩結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:新型藥型罩下聚能射流的速度和拉伸長度均有所提升,斷裂情況也得以改善;隨著輔助藥型罩直徑的增加,聚能射流的端部速度不斷提高,但增幅較慢,射流端部的拉伸斷裂現(xiàn)象也隨之增大;輔助藥型罩厚度的增大有利于聚能射流的形成,但存在臨界值;隨著輔助藥型罩密度的增加,聚能射流端部最大速度提高,射流長度隨之增長;當(dāng)藥型罩小錐角α為40°,大錐角,為110°時(shí),聚能射流效果更佳;對于等壁厚藥型罩,藥型罩厚度的增大,聚能射流的長度和速度均有降低;相比于等壁厚藥型罩,頂部薄、底部厚的線性變壁厚藥型罩形成的聚能射流效果更好;隨著藥型罩密度的增加,聚能射流端部最大速度更小,射流長度更短,端部速度梯度的最大落差比降低,射流不易被拉斷;對于雙層藥型罩結(jié)構(gòu),合理的內(nèi)外層藥型罩的搭配,不僅可以提高射流速度,并且解決了單層藥型罩利用率低的問題。(3)利用數(shù)值計(jì)算方法對優(yōu)化后的新型藥型罩結(jié)構(gòu)侵徹混凝土進(jìn)行模擬,并進(jìn)一步計(jì)算了炸高對侵徹性能的影響。結(jié)果表明:優(yōu)化后的新型藥型罩具有較好的侵徹性能;侵徹混凝土靶板的平均孔徑隨著炸高的增加而降低,侵徹深度隨著炸高的增加而增加,但存在最優(yōu)炸高,超過該炸高后,最大侵徹深度隨著炸高的增加而下降。
【圖文】：

圖 2-1 聚能裝藥結(jié)構(gòu)和射流成型過程Fig. 2-1 Charge Structure and Jet Forming Process過程部首先接觸靶板表面，在高溫、高壓、高應(yīng)變條件下由于作用力與發(fā)作用力的存在，孔道會經(jīng)過二次擴(kuò)孔，射流速度逐漸降低，侵徹能力下降，最終射流速度結(jié)束。如圖 2-2 所示為射流侵徹靶板過程。圖 2-2 射流侵徹靶板過程Fig. 2-2 Process of Jet Penetration into Target Plate

圖 2-1 聚能裝藥結(jié)構(gòu)和射流成型過程Fig. 2-1 Charge Structure and Jet Forming Process過程部首先接觸靶板表面，在高溫、高壓、高應(yīng)變條件，由于作用力與發(fā)作用力的存在，孔道會經(jīng)過二次擴(kuò)中，射流速度逐漸降低，，侵徹能力下降，最終射流速程結(jié)束。如圖 2-2 所示為射流侵徹靶板過程。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE257.1

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本文編號：2709817