蒙春学 李必红 赵文杰 杨翕智 王浩 高增奎
摘要：射孔枪多通过加大壁厚增加射孔枪的耐压性能，这种方法不仅增加了枪的自身重量也增加了射孔弹穿孔的能量损失，鉴于此，有一种新的思路，即研究盲孔对射孔枪耐压性能的影响，利用ANSYS软件对射孔枪盲孔相位和孔密进行建模分析，得出盲孔相位和孔密对射孔枪耐压性能影响趋势，根据影响趋势优先选择盲孔相位和孔密。通过射孔枪管盲孔相位和孔密对射孔枪耐压性能的仿真试验和内部结构设计，优化射孔枪结构和降低了成本。
关键字：射孔枪;盲孔;有限元;集成
中图分类号：TE257 文献标识码：A
0 前言
石油开采完井中的射孔作业是采油工程中最后最为重要的环节，现在的采油技术需要降低成本的同时还要简化施工工艺，为了更高效射孔采油技术，在现有的射孔技术得基础上，改进成射孔枪的盲孔结构，能提高射孔枪装配的耐压性和效率，提高射孔效率。通过ANSAYS仿真模拟对射孔枪的盲孔的孔密和相位，盲对射孔枪耐压性能的影响，改进盲孔参数，优化射孔枪的设计[1]。
因不同地层区块和不断地开采石油井，对射孔耐压性能要求更高，射孔枪的受力很难用理论的力学分析法求解极限耐压性能并分析影响因素，需要利用有限元模拟试验分析射孔枪耐压性能。本文利用有限元分析不同孔密和相位盲对孔射孔枪极限耐压性能的影响[2]。
1 射孔枪强度计算
射孔枪为厚壁圆筒壳体，石油井下工作主要承受井筒液柱压力和射孔弹瞬间
的冲击波压力等载荷。假设射孔枪承受内压、外压，内半径、外半径、材料屈服强度，厚壁圆筒任意处半径。根据拉梅公式和第三强度理论公式
由此可得出枪管内壁能承受的压力小于枪管外壁能承受的压力，从理论说，射孔枪受压屈服破坏从内壁开始。若外径不变，枪管壁厚增加可以增加枪管的耐压性能，射孔枪的耐压性能和枪管的壁厚成正比，但是壁厚过大会影响射孔的性能和射孔弹的装配，可以用耐压性能更高的材料或者改变盲孔尺寸结构等其它因素来提高射孔枪的强度[3]。
2 射孔枪结构优化
射孔枪枪管的结构对射孔枪管的耐压耐高温有很大的影响，相同材料下尤其是盲孔的相位、孔密、直径和深度是射孔枪管耐压强度的薄弱点，改进盲孔结构提高射孔枪管的耐压性能[4]。
2.1射孔枪管有限元模型分析
选择材料为32CrMo4，直径89×8.8mm，长度1.25m的射孔枪管作为研究对象，选择的工作环境压力140MPa，温度200℃，工作时长200小时（72000秒）。研究射孔枪枪管不同孔密和相位的盲孔对射孔枪耐压性能的影响，分别建立不同孔密和相位盲孔的有限元模型。
首先对直径89×8.8mm，孔密为20孔/米，相位是45°，盲孔最大深度为5.3mm的射孔枪建立有限元模型分析，如图1孔密20孔/米和16孔/密，相位45°有限元模型受应力形变图。
再选择对直径89×8.8mm，孔密为20孔/米，相位是60°，盲孔最大深度为5.3mm的射孔枪建立有限元模型分析，如图2孔密16孔/米，相位60°有限元模型受应力形变图。
最后选择对直径89×10mm，孔密为20孔/米，相位是60°，盲孔最大深度为5.3mm的射孔枪建立有限元模型分析，如图3孔密20孔/米，相位60°有限元模型受应力形变图。
2.2射孔枪有限元分析结论
上述通过建立射孔枪有限元模型，分析射孔枪孔密、相位和壁厚分别对射孔枪耐压性能的影响，图1中盲孔相位45°，a图和b图是不同孔密相同相位的仿真试验，a图的受力变形大于b图，图2是盲孔相位60°，c图和d图同样是不同孔密的仿真试验，c图受力变形大于d图，通过仿真实验对比得出孔密对射孔枪强度有影响，每米孔数量越多射孔枪的耐压性能越低;a图和c图是相同孔密，不同相位，均为20孔/米，a图受力变形大于c图，实验对比盲孔相位角对射孔枪强度也有影响;相位角角度越小，孔的密集度越大射孔枪强度越小;c图和图3对比，经过仿真试验对比孔密和相位都相同射孔枪壁厚图3壁厚大于c图射孔枪壁厚，图3的受力变形小于c图受力变形。可以得出壁厚越大的射孔枪强度越高，模拟实验结果和理论计算结果相吻合。
3 结论
通过理论计算和仿真模拟对比分析了不同壁厚、不同相位和孔密的盲孔对89射孔枪的耐壓性能影响，分析结果表明，壁厚大的枪管比壁厚小的枪管耐压性能高，射孔枪的耐压性能随枪管壁厚加厚而提高;射孔枪管相位大的盲孔比相位小盲孔枪管耐压性能随相位增大而增大;射孔枪管孔密大的盲孔比孔密小的盲孔枪管耐压性能随孔密的减小而增大。
参考文献
[1] 蔡履忠，赵垣，薛世峰，等.射孔作业过程管柱结构动态响应分析[J].石油矿场机械，2015，44（5）：26-30.
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