射孔完井是目前国内外使用最广泛的一种完井方式。其射孔过程是建立储层油气流向井口流动通道的重要工序,在钻井和生产间起到关键的衔接作用。射孔过程中射孔弹炸药瞬间起爆,产生超高温、超高压环境,挤压破坏铜制药型罩发生形变,形成射流状态的微粒的金属流体。随后金属射流在短时间内就可完成套管穿孔和侵彻储层岩石。该射孔过程中各应力及响应无法通过简单的理论计算推导或简便实验获得,而各应力及响应又严重影响射孔方案设计及射孔质量精细评估分析,因此有必要对射孔过程各应力及响应进行瞬态研究及分析。本文简要介绍了油气井射孔过程相关知识及研究现状,调研了射孔过程中金属射流的形成及射流侵彻理论,利用多种大型软件进行建模仿真,分析射孔弹起爆后射流形成和侵彻的瞬态模型,获得很好效果。论文主要内容及成果如下:(1)采用HYPERMESH14.0和LS-DYNA进行联合仿真,在三维建模软件PROE中建立射流穿孔侵彻岩石的几何模型,将模型保存为中间格式导入HYPERMESH14.0,对炸药,药罩,空气,套管,岩层等进行网格划分,定义材料参数,设定单元算法,定义流体之间的相互作用,以及流体与固体之间的关键字,设定起爆位置和起爆时间以及其他设置,建立瞬态模型,然后进行LS-DYNA求解器求解,获得最终计算结果。(2)通过模型仿真对射流形成机理过程进行研究,模拟分析金属射流整体形态瞬态、药罩压力瞬态、药罩速度瞬态及射流中空气动力响应。对射孔过程中射流体的形成做机理性研究和总结。(3)通过模型仿真对射流穿孔过程进行研究,模拟射流中射孔枪体及套管应力瞬态,分析射孔枪体及套管受力得,射流穿孔过程除穿孔区域会被侵彻破坏外,其他区域应力均比较小,未达到材料屈服强度。(4)通过模型仿真对射流侵彻储层岩石过程进行研究,模拟出侵彻岩石应力瞬态、有效应力瞬态及岩石动力响应瞬态。对射孔过程中侵彻岩石做瞬态应力分析和瞬态响应分析。射流侵彻岩石形成的空洞较为匀称,成型效果较好。同时侵彻过程中除了对侵彻区域影响破坏较大外,对水平方向的单元应力影响均比较小,可见射流侵彻破岩是一种较为安全可靠的工程手段。以上模拟仿真结果与前人射孔弹射流模拟结果及工程经验规律相一致,说明该有限元模型及算法正确合理,可用于射孔过程机理的精细化研究,指导射孔方案设计及射孔质量精细评估分析。