西安通源石油:射孔槍幾個結構設計問題的數值分析

2013-07-22 by:廣州ANSYS Workbench軟件培訓中心來源:仿真在線

摘要:射孔槍在結構設計后的投產過程中,存在幾個典型問題影響著射孔作業的順利開展,如沖擊載荷作用下的螺紋連接問題、射孔槍脹形尺度問題和影響射孔槍強度的盲孔問題。本文針對上述三個問題開展了數值模擬的研究分析,指出了妥善處理和控制結構設計問題的關鍵,給出了一些結構設計技術參數的量化指標,僅供設計人員參考。關鍵詞:射孔槍、結構設計、螺紋問題、盲孔問題、脹形問題、數值模擬射孔技術的發展離不開理論和工藝的進步,理論和工藝研究的發展能夠促進射孔技術的進步,尤其是基礎理論的研究。雖然射孔技術在石油工業中的應用已經多年,但國內在射孔的理論和工藝研究上的突破有限,射孔技術的發展舉步艱難,迫切需要應用新的分析方法、工藝和技術進行指導和優化[1,2]。在這種需求的帶動下,隨著數值模擬理論和技術的進步,結合二者的功能和需求極大地促進了數值模擬技術在石油射孔中的應用,并呈現出一種方興未艾的繁榮景象。

本文就利用數值模擬技術具體地分析射孔槍在沖擊載荷作用下的螺紋連接問題、射孔槍脹形尺度問題和影響射孔槍強度的盲孔問題,希望能夠引起同行的關注。

西安通源石油:根據射孔槍材料試驗測試出來的動態特性,可以用Johnson-Cook模型來表述材料的塑性行為,則具體數學模型表達式為:

其中材料模型中的常數內詳。

載荷模型[4,5]

西安通源石油:數值模擬中不考慮射流過程,分析的起始狀態已經存在射流孔和泄壓孔。由于不能在歐拉網格上直接施加壓力載荷,所以采用施加一個爆燃氣體壓力場來解決載荷施加的問題。

射孔槍脹形問題

研究在井下施工環境中射孔槍槍體結構的脹形問題需要考察載荷、環壓、壁厚等因素導致結構的塑性變形是否超過工程中施工要求,即徑向脹形量是否≤5mm。另外找出結構在爆燃載荷沖擊作用下幾處關鍵部位的應力應變水平,同時也可以考核環空動態壓力場,并與井下實驗測點的數據進行比較。

數值模擬分析

西安通源石油研究發現:取一個射孔單元的槍身進行分析,建立數值模型如圖2所示,包括井液、套管、足夠大的地層巖石和邊界約束條件。應用LS-Dyna的動態沖擊求解器進行模擬計算,所得到的射孔槍膨脹變形的塑性應力應變云圖如圖3所示,表明了孔口邊界的應力集中和塑性變形遠遠高于其他部位,以及射孔槍徑向位移/變形在一定沖擊載荷下的最大塑性變形仍然小于5mm的數值結果。