【摘 要】
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射孔作业不断追求深穿透、高孔密、大孔径,增加了单枚射孔弹的装药量和爆轰能量,增大了射孔段管柱振断、振弯事故风险。初步研究认为,射孔负压和储层物性参数对射孔段管柱强度安全有不可忽视的影响。为此,本文基于LS-DYNA软件,应用ALE算法,建立了射孔弹-枪-油管-射孔液-套管-水泥环-储层的流固耦合模型,模拟金属射流成形、侵彻多层靶板的过程,查明了射孔负压规律,分析了射孔段管柱的速度、加速度和应力变化
【基金项目】
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国家自然科学基金“高温高压深井射孔压力脉动及管柱动力响应机理研究”（编号:51374171）；
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射孔作业不断追求深穿透、高孔密、大孔径,增加了单枚射孔弹的装药量和爆轰能量,增大了射孔段管柱振断、振弯事故风险。初步研究认为,射孔负压和储层物性参数对射孔段管柱强度安全有不可忽视的影响。为此,本文基于LS-DYNA软件,应用ALE算法,建立了射孔弹-枪-油管-射孔液-套管-水泥环-储层的流固耦合模型,模拟金属射流成形、侵彻多层靶板的过程,查明了射孔负压规律,分析了射孔段管柱的速度、加速度和应力变化规律;应用控制变量法,分析了地层围压和抗压强度对射孔段管柱速度、加速度和应力变化的影响规律。分析结果表明,射孔液初始载荷为60MPa,24μs时,射流射穿盲孔,射孔液由于应力波和高温高压气体作用发生剧烈运动,射孔液压力骤增至476.5MPa;在100μs时,射孔液经过封隔器约束端边界发生反射,射孔液压力为582.5MPa;在170μs时,射孔液回流,射孔液压力骤降至70MPa;在170μs-259μs时,射孔液压力在65MPa-150MPa之间波动,最后压力趋于稳定。射孔段管柱由于射孔液回流在靠近封隔器约束端达到最大等效应力,为421.2MPa;最大速度46.3m/s、最大加速度为39.5m/s~2。保持抗压强度不变,当地层围压从30MPa增加到70MPa时,射孔段管柱X方向最大速度和最大加速度分别增加了12.2%和12.1%,Y方向则分别增加了14.1%和13.5%;50MPa围压下射孔段管柱最大等效应力较30MPa围压下增加了10.4%,最大等效应力出现在封隔器约束端;70MPa围压下射孔段管柱最大等效应力较50MPa围压下增加了5.5%。保持地层围压不变,当抗压强度从80MPa增加到120MPa时,射孔段管柱X方向最大速度和最大加速度分别增加了13.3%、6.7%,Y方向则分别增加了11.8%、8.9%,100MPa抗压强度下射孔段管柱最大等效应力较80MPa抗压强度下增加了6.8%,120MPa抗压强度下射孔段管柱最大等效应力较100MPa抗压强度下增加了5.5%。研究表明,在射孔过程中,射孔液回流对射孔段管柱的速度、加速度和等效应力影响较大。随着地层围压、抗压强度增加,射孔段管柱的等效应力增大、X方向最大速度和最大加速度增大、Y方向最大速度和最大加速度增大。本文可为射孔段管柱强度安全性分析提供参考,也可为水下约束条件下的高爆压流固耦合问题提供新思路。
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