油氣井自毀彈架燃燒機(jī)理及射孔安全性的研究.pdf

1、隨著石油天然氣勘探開發(fā)技術(shù)的發(fā)展,對油氣井射孔技術(shù)的要求越來越高。應(yīng)用常規(guī)的油管傳輸射孔技術(shù)射孔后,由于作業(yè)管柱內(nèi)腔被堵塞而不能及時開展下步作業(yè),因而發(fā)展了全通徑射孔技術(shù);普通的全通徑射孔技術(shù)只能提供及時作業(yè)的有效通道,不具備增效壓裂的功能,于是又開發(fā)了自毀彈架射孔技術(shù),它既能提供及時作業(yè)的有效通道,又能對油氣井起到增效壓裂的作用,因此該技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。但是目前對自毀彈架射孔的相關(guān)研究基本處于模擬試驗性階段,較深入的理論性研究很

2、少,本課題通過對自毀彈架實驗現(xiàn)象的觀察,建立物理模型,應(yīng)用熱力學(xué)、爆炸力學(xué)相關(guān)知識,展開數(shù)學(xué)處理,推導(dǎo)出可供計算的理論公式,將自毀彈架目前的定性研究深入到可量化的計算,對自毀彈架燃燒機(jī)理和使用安全性進(jìn)行了深入細(xì)致的研究,取得了以下成果。
　　 (1)通過對自毀彈架熱分解規(guī)律的研究和燃燒初期分解機(jī)理及產(chǎn)物的分析,建立了自毀彈架燃燒模型,從而實現(xiàn)了對自毀彈架的燃速預(yù)估,揭示了各組分對自毀彈架燃燒性能的影響,在自毀彈架燃燒初期的熱解產(chǎn)

3、物中,可裂解基團(tuán)的量對其燃燒性能的調(diào)節(jié)起著關(guān)鍵性的作用,可裂解基團(tuán)的量越多,自毀彈架的燃速壓力指數(shù)越小,燃速的可調(diào)范圍越大。
　　 (2)研究了自毀彈架組分對其燃燒性能的影響因子,從而建立了自毀彈架的燃速預(yù)估公式,并編制了相關(guān)的計算程序,對多種配方自毀彈架的燃速及壓力指數(shù)進(jìn)行了計算,燃速的計算結(jié)果都比較接近實測值,壓力指數(shù)的變化規(guī)律與實際情況基本相符,初步驗證了本課題所建立的燃速預(yù)估公式的可靠性,說明燃速公式對自毀彈架有較好的預(yù)

4、估能力。
　　 (3)研究了催化劑對自毀彈架氧化劑的催化作用用機(jī)理,采用DTA熱分析手段進(jìn)行表征,觀察熱分解溫度和表觀分解熱的變化,建立了自毀彈架催化燃速預(yù)估模型,利用計算圖形學(xué)確定相關(guān)參數(shù)后,利用自制的添加一定比例催化劑的自毀彈架進(jìn)行燃速與壓力指數(shù)的測定,并將測定值與計算值比較來驗證本燃速預(yù)估模型的準(zhǔn)確性。從研究的結(jié)果可以看出,加入催化劑后,自毀彈架的燃速都有明顯的上升,催化燃速預(yù)估公式計算出的燃速-壓力曲線基本符合催化劑催化

5、活性的大小規(guī)律,且催化活性隨壓強(qiáng)的升高而增大,計算值比較接近實測值,初步驗證了本章建立的催化燃速預(yù)估模型的可靠性。
　　 (4)對自毀彈架的穩(wěn)態(tài)燃燒機(jī)理進(jìn)行了研究,建立了自毀彈架的物理模型,展開數(shù)學(xué)分析,做出了必要的假設(shè)簡化,通過大量的數(shù)學(xué)處理,建立了自毀彈架燃速和各種影響因素之間的定量計算關(guān)系,從而為自毀彈架的配方設(shè)計和燃燒性能的預(yù)估提供了量化的直接理論依據(jù)。
　　 (5)分析了自毀彈架射孔的作用機(jī)理,對自毀彈架射孔器

6、進(jìn)行了力學(xué)分析和強(qiáng)度校核,導(dǎo)出了載荷分配和強(qiáng)度校核計算公式,改進(jìn)了螺紋牙強(qiáng)度計算方法,給出強(qiáng)度校核公式。在原有計算方法以平均螺紋牙載荷作為計算載荷的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),補(bǔ)充了最大受載圈螺紋牙載荷百分率的回歸分析,以最大受載圈的螺紋牙載荷作為計算載荷,給出應(yīng)力計算公式。
　　 (6)分析了射孔彈發(fā)射時壓力的形成規(guī)律和自毀彈架燃燒時壓力的形成規(guī)律,對射孔時井簡內(nèi)的壓力形成規(guī)律進(jìn)行了研究。通過爆炸力學(xué)理論與試驗相結(jié)合的方法,利用銅柱測壓和