典型工况下完井管柱井下安全阀力学性能分析

井下安全阀作为油气井完整性的重要屏障,其工作性能和力学行为对安全生产至关重要。以西部油田深井常用井下安全阀为例,建立安全阀三维有限元分析模型,根据模型各几何体的结构特点在前处理阶段对模型网格作细部处理,应用有限元分析软件的弹簧仿真功能对模型中的弹簧作等效替换,考虑坐封、压裂、开井、关井4种典型工况,分析安全阀体和关键部件的工作程序和力学性能。结果表明,压裂工况下安全阀应力值最高,为最不利工况,其最大应力与大部分部件应力差值超过250 MPa,虽整体应力强度安全系数在1.41以上,但关键零部件应力分布不均。其中,中心管大部分部位应力差值超过200 MPa,导致应力分布的折线图呈现出“山峰”式变化,其端部附近几毫米位置处应力差值超过70 MPa,导致应力分布呈现出从一点迅速上升的变化趋势;下部接头大部分部位应力差值超过300 MPa,边角附近的应力差值超过150 MPa;传力筒整体应力较为均匀,但端面局部应力有突变情况,突变值超过200 MPa。研究结果对安全阀及类似井下工具改进设计及使用具有借鉴意义。

射孔弹穿深与孔径模拟分析理论研究

提出了一种在地层条件下确定聚能射孔弹穿透深度和套管孔径大小的等量模拟换算法。该方法是将射孔弹穿过的每种介质(完井液、套管或油管、水泥和岩层)的长度转化为较为均一的钢靶的长度,通过计算每种介质对钢靶的换算系数,结合油井的结构,计算出射孔器在地层穿深。通过采集的4个射孔枪间隙值,用多元回归求得孔径与间隙的关系曲线,根据曲线就可查找到间隙对应的套管孔径大小。行业内普遍接受的射孔弹穿深和孔径计算误差范围是±10%,而等量模拟换算法的误差范围可减小到±2%,提高了射孔弹地层穿深与孔眼直径计算的精度。

基于HMX/HNS组合的双层装药射孔弹实验研究

为研究石油射孔弹装药对药型罩爆轰驱动的聚能射流形态和参数,提出一种高性能双层装药射孔弹,通过少量的高爆速辅助炸药改变原主炸药的从起爆端依次传爆的顺序,部分主炸药被几乎同时激发,增大主炸药对药型罩作用的压跨角,提高了原低爆速主炸药的能量利用率。设计3种类型的双层装药射孔弹,由2种炸药组成:一种为爆速高的HMX辅助炸药,一种为爆速较低的HNS主炸药。初步实验验证,装填HMX/HNS炸药的双层装药射孔弹钢靶平均穿深最大提高23.5%,混凝土靶平均穿深最大提高19.6%。基于HMX/HNS组合的双层装药射孔弹模拟计算和实验结果,研究了HMX/RDX组合的双层装药射孔弹在3种类型上的表现,其射流的速度和动能相对于原RDX炸药射孔弹提高较小,实验钢靶、混凝土靶平均穿深最大提高分别只有9.1%、11%。对比HMX/HNS组合与HMX/RDX组合可知,双层装药的射孔弹性能同辅助炸药与主炸药爆速差有重要的关系。

一种新型全通径射孔器研制

研制了一种新型全通径射孔器,该射孔器在新型全通径射孔器弹架定位结构、小碎屑射孔弹、全通径射孔器用夹层弹做了创新设计;使得全通径射孔器的性能得到了较大的提高。

射孔模拟分析理论研究

本文提出了一种在地层条件下确定聚能射孔弹穿深和套管孔径大小的新方法一等量模拟换算法。 这种方法建立在工程力学、基础数学原理以及作者现有的研究和工作成果之上。它是在计算机上对射孔系统的综合评价；以此为基础，大庆射孔弹厂已经编制出了射孔模拟分析软件。该程序可以用来分析和比较不同的射孔系统器的性能。计算地层条件下的穿深和孔径。

新型超深穿透射孔弹

为提升射流质量,增加射孔穿深性能,根据射流侵彻基本理论,从射流微元形态对侵彻性能影响分析入手,通过对新型装药结构、药型罩结构设计及药型罩配方的研究,大幅提升了炸药利用率,增加了炸药能量对药型罩的有效作用时间;通过对壳体结构的调整,提高与药型罩参数的匹配度,提高了射流质量,使102型射孔器混凝土靶平均穿深提高27%。在大庆油田某区块5口生产井试验应用,平均采液强度比相邻常规射孔弹射孔的井平均采液强度提高显著。新型超深穿透射孔弹的研制可以提高油田采收率,为油田低渗透储层高效开采提供射孔弹新产品和新技术的支持。