油田射孔枪优化改进及应用

油田射孔枪优化改进及应用油田射孔枪优化改进及应用 射孔枪是油田开采作业能否顺利完成的关键工具 是油田 井下开孔的主要工具 针对射孔枪的工作原理 运用 ansys 智 能优化软件对其进行结构优化设计 不断提高我国对于油田射 孔枪的设计水平 对提高我国油田开采效率 满足日益增加的 原油需求量 具有非常重要的意义 射孔枪的工作原理射孔枪的工作原理 石油射孔枪由枪头 枪身 枪尾三部分组成 连接处均采 用梯形螺纹来连接以保证具有较高的连接强度 枪身均匀分布 外盲孔并嵌入定位销钉来保证射孔与盲孔位置对正 目前国内 广泛应用的是聚能射孔弹对于射孔枪的强度与结构设计要求很 高 不但要严格控制对输油管道与水泥环的冲击力 还需要具 有良好的发射效率来保证射孔枪具有较高的工作效率 同时合 理的盲孔深度设计能够使得枪身具有较小的厚度与强度 更能 够有效提高发射率 射孔枪有限元分析射孔枪有限元分析 2 1 创建有限元的模型 实际工作中多采用创建有限元模型来分析复杂的井下油田 状态参数 具体过程可以分为 建立数学几何模型 定义结构 材料特点 设计功能单元 施加载荷并根据载荷数据求解及划 分边界条件 处理运算结果检测系统运行状态 创建有限元模 型即根据作业内容设定模型标题 ansys 软件无系统单位制 因此需要技术人员根据实际工作参数设定单位制 并保证在同 一模型中具有统一单位制 ansys 软件系统数据库中储存有不 同类型的常用功能单元数据 且每种系统单元类型均具有特定 编制符号 如 olid95 plane76 选定单元类型后需要嵌入与 单元类型相符合的单元实常数 如 beam3 单元的截面面积 然 后根据实际操作环境设定材料物理性能参数 如弹性模量数 材料密度 应力状态 线膨胀系数等 然后根据设定的结构创 建几何模型 并根据智能网格模拟功能产生物理分析模型 2 2 对加载荷进行有限次求解 有限元模型创建好后 可直接利用 solution 处理器来规 定结构类型和分析操作选项 然后调用数据库中的数据 对模 型施加可控制调节的动态载荷数据 并根据载荷参数对有限元 模型进行有限次求解并可恢复初始化状态 数据分析类型一般 分为 静态 瞬态 调谐等 在 ansys 软件中对有限元模型施 加的载荷可分为 dof 自由度 约束 体积载荷 惯性载荷 耦合 场载荷等 求解初始化功能主要是从 ansys 数据库系统中选定 相符的有限元模型以及载荷数据 来进行运算求解 然后将计 算结果输入到系统数据库中存储起来以备调用 2 3 查询分析结果 ansys 程序完成数据运算后 就能够利用 post1 或 post26 处理器的数据来查询并分析运算结果 通用后处理器 post1 功 能是查询全部或者部分时间段的运算结果 时间历程后处理器 post26 主要功能是查询选定区域在不同时间段内的所有运算结 果 射孔枪的优化设计分析射孔枪的优化设计分析 下面针对 3000 米矿井深度所使用的国产 32crmo 的 102 型 射孔枪为例进行优化设计 其他型号射孔枪优化设计原理与之 相同 3 1 射孔枪盲孔的优化 射孔枪材料性能以及实际施工中所用射孔枪型号不相同 枪身结构的内径 外径以及所处的钻井深度等都不相同 从而 导致射孔枪盲孔各点的应力分布状态不一 因此射孔枪盲孔的 深度与内外径大小需要设计计算人员根据实际的作业状态与功 能要求 经过科学严谨的计算来确定 射孔枪盲孔的优化设计 流程为建立优化数学分析模型 利用 ansys 软件建立科学的参 数分析模型 运算求解 然后根据运算结果进行具体参数优化 改进 生成具有指导意义的优化分析文件 根据软件系统智能 优化功能选定优化变量 利用系统优化工具箱中的优化工具与 优化方法进行优化分析 最后得出优化结果 最后根据优化结 果设计射孔枪的结构参数 3 2 射孔枪壁厚的优化 射孔枪壁厚的优化主要受以下因素影响 射孔弹喷射爆炸 时会瞬间产生很高的温度与气压 如果射孔枪设计的强度过低 那么在作业中就会在高温高压环境中产生较大的塑性变形甚至 发生断裂 如果射孔枪结构设计强度过高就会增加设备生产成 本造成资源浪费 因此为保障油田射孔枪能够高效 科学地实 施作业 对射孔枪壁厚进行科学的优化设计计算 具有非常重 要的实际意义 对于射孔枪壁厚的优化设计与盲孔基本相同 同样是利用 ansys 软件系统优化设计模型 针对特定的结构参 数不断调整 在保证作业功能要求的前提下 尽可能地节约预 算成本