[发明专利]一种射孔爆炸后轴向动态载荷输出计算方法

说明书

本发明公开了一种射孔爆炸后轴向动态载荷输出计算方法，包括以下步骤：将模拟射孔枪管悬挂于水池中央，模拟射孔枪管的下部浸入水中，其中，模拟射孔枪管的射孔弹所处位置位于水面下，将射孔弹连接导爆索，并将导爆索引出到模拟射孔枪管外，然后通过电雷管起爆，通过测量得到模拟射孔枪体头部轴向过载a随时间及射孔相关参数变化的函数关系；根据模拟射孔枪体头部轴向过载a随时间及射孔相关参数变化的函数关系通过仿真拟合，得模拟射孔枪体头部的轴向载荷随时间t变化的函数，该方法能够计算得到枪体头部轴向动态荷载。

技术领域

本发明属于射孔基础研究技术领域，涉及一种射孔爆炸后轴向动态载荷输出计算方法。

背景技术

射孔弹的爆炸冲击载荷是射孔完井过程中复杂动载的根本来源，而对于井下整个油套管柱系统来说，射孔枪则是其直接动态加载源。与射孔枪相连接的油管受到由射孔枪所施加的载荷除了射孔弹爆炸所产生的轴向冲击和径向振动外，还有由于射孔弹相位排布以及时序起爆等因素综合作用下周向扭转振动。上述三种载荷同时或者间歇性地作用在管柱与枪管连接端，大小和方向随时间不断改变，并不断向油管封隔器端传递。在这种不规则的耦合作用力下，管柱将发生扭曲、变形，薄弱环节处将发生断裂。射孔弹爆炸产生的冲击过载通过枪体头部传递给与其连接的整个油气井射孔管柱，因此射孔爆炸后轴向、径向的动态输出载荷计算对于校核油气井射孔管柱具有重要意义。

国外尤其是美国对深井、超深井、页岩油气的开发工作已经持续很多年，许多研究机构针对管柱失稳和损伤问题也多有研究，对深井、超深井射孔冲击与管柱动态响应关联特性已有了较深入认识。尽管如此，从科学技术发展以及工程应用的角度看，这一方面的研究仍处于初级阶段。目前，一些如哈里伯顿等大型石油公司对射孔作业管柱的动态响应研究并取得了相应的研究成果，主要局限在非线性动力学数值模拟与仿真研究，已形成相对专业的商业软件，如ShockPro^TMSoftware、Predator XP等。利用类似的商业软件，在材料模型及参数选取合理的情况下，能够获得射孔作业时的管柱动力学数据，但尚不能针对性地分析与预测管柱弯曲、断裂等损伤现象，无法建立动态力学响应参量与宏观失稳及损伤之间的对应关系。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种射孔爆炸后轴向动态载荷输出计算方法，该方法能够计算得到枪体头部轴向动态荷载。

为达到上述目的，本发明所述的射孔爆炸后轴向动态载荷输出计算方法包括以下步骤：

将模拟射孔枪管悬挂于水池中央，模拟射孔枪管的下部浸入水中，其中，模拟射孔枪管的射孔弹所处位置位于水面下，将射孔弹连接导爆索，并将导爆索引出到模拟射孔枪管外，然后通过电雷管起爆，通过测量得到模拟射孔枪体头部轴向过载a随时间及射孔相关参数变化的函数关系；

根据模拟射孔枪体头部轴向过载a随时间及射孔相关参数变化的函数关系通过仿真拟合，得模拟射孔枪体头部的轴向载荷随时间t变化的函数。

所述射孔相关参数包括射孔相位p0、弹数n、起爆间隔Δt及单发药量m，其中，

模拟射孔枪体头部的轴向载荷y的表达式为：

其中，a0、a1及a2均为常数。

a0＝129.7，a1＝17.55，a2＝98.95。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的射孔爆炸后轴向动态载荷输出计算方法在具体操作时，先设计测试场景，并通过电雷管起爆，以测量得到模拟射孔枪体头部轴向过载a随时间及射孔相关参数变化的函数关系，然后通过仿真拟合，得模拟射孔枪体头部的轴向载荷随时间t变化的函数，测量准确度较高，具有重要的工程实践意义。

附图说明

图1为本发明在测试时各部件的位置关系图；