聚能筑巢堵漏用金属割缝管爆炸成形数值模拟及试验研究

张逸群 于超 程光明 宋先知 赵克贤

张逸群, 于超, 程光明, 宋先知, 赵克贤. 聚能筑巢堵漏用金属割缝管爆炸成形数值模拟及试验研究[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(6): 54-60. doi: 10.11911/syztjs.2020107
引用本文: 张逸群, 于超, 程光明, 宋先知, 赵克贤. 聚能筑巢堵漏用金属割缝管爆炸成形数值模拟及试验研究[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(6): 54-60. doi: 10.11911/syztjs.2020107
ZHANG Yiqun, YU Chao, CHENG Guangming, SONG Xianzhi, ZHAO Kexian. Experimental and Numerical Study of the Explosive Forming of Slotted Metal Pipes for Energy-Gathered Nesting Plugging[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(6): 54-60. doi: 10.11911/syztjs.2020107
Citation: ZHANG Yiqun, YU Chao, CHENG Guangming, SONG Xianzhi, ZHAO Kexian. Experimental and Numerical Study of the Explosive Forming of Slotted Metal Pipes for Energy-Gathered Nesting Plugging[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(6): 54-60. doi: 10.11911/syztjs.2020107

聚能筑巢堵漏用金属割缝管爆炸成形数值模拟及试验研究

doi: 10.11911/syztjs.2020107
基金项目: 国家重点研发计划项目“雄安新区深层地热资源探测评价技术示范”(编号:2018YFC0604300)和“干热岩能量获取及利用关键科学问题研究”课题四“热储内多场耦合流动传热机理与取热性能优化”(编号:2018YFB1501804)联合资助
详细信息
    作者简介:

    张逸群(1989—),男,江苏扬州人,2011年毕业于中国石油大学(北京)石油工程专业,2015年获英国赫瑞瓦特大学石油工程专业博士学位,副教授,硕士生导师,主要从事新能源(地热、天然气水合物)钻井完井理论和技术、储层动态监测与评价方面的研究工作。E-mail:zhangyq@cup.edu.cn

  • 中图分类号: TE28+3

Experimental and Numerical Study of the Explosive Forming of Slotted Metal Pipes for Energy-Gathered Nesting Plugging

  • 摘要: 对于油气和地热钻井完井过程中发生的溶洞型漏失,目前仍然缺乏有效的解决办法。为此,提出了聚能筑巢堵漏技术,并开展了金属桥架管柱优选和爆炸成形性能试验研究。首先介绍了聚能筑巢堵漏技术及其原理;然后建立了金属割缝管爆炸成形数值模型,分析了不同材料、不同割缝形式金属割缝管爆炸后的形态;最后设计了地面试验装置,确定了试验方法,并根据模拟结果,分别在空气、淹没、淹没围压环境中进行了地面试验。数值模拟得出,交错垂直开槽的5系铝合金割缝管在爆炸后变形适宜且不会失效,可以用作筑巢桥架材料;设计的试验装置可以较为真实地模拟井下工况,为进一步研究不同结构筑巢工具的炸药用量提供了条件。研究结果表明,聚能筑巢堵漏技术有望较好地解决堵漏材料难以留存、不易形成人工井壁的技术问题,进而提高溶洞型漏失的堵漏成功率、降低钻井完井成本。
  • 图  1  聚能筑巢堵漏工具装配图

    Figure  1.  Schematic diagrams of the energy-gathered nesting plugging device

    图  2  理想状态下的筑巢效果

    Figure  2.  Nesting effect under ideal condition

    图  3  金属割缝管爆炸成形试验装置数值模型

    Figure  3.  Numerical model of the experimental equipment for the explosive forming of slotted metal pipe

    图  4  不同材料的金属割缝管数值模拟结果

    Figure  4.  Simulation results of slotted metal pipes of different materials

    图  5  Al 5182爆炸20 ms后的结果

    Figure  5.  Explosion results of a slotted metal pipe using Al 5182 material

    图  6  金属割缝管爆炸成形试验装置结构示意

    Figure  6.  Schematic diagram of experimental equipment for the explosive forming of slotted metal pipe

    图  7  第一次试验所用金属割缝管的结构

    Figure  7.  Structure of the slotted metal pipe used in the first experiment

    图  8  第二次试验所用金属割缝管的结构

    Figure  8.  Structure of the slotted metal pipe used in the second experiment

    图  9  第二次试验结果

    Figure  9.  The result of the second experiment

    图  10  第三次试验所用金属割缝管的结构

    Figure  10.  The slotted metal pipe used in the third experiment

    图  11  第三次试验后割缝金属管的形貌

    Figure  11.  The result of third experiment

    表  1  Al 2024型和Al 5182型铝合金管的参数

    Table  1.   Parameters of Al 2024 and Al 5182 Aluminum Alloy Tube

    参数Al 2024Al 5182
    密度/(g·cm–32.3672.661
    熔点/K775893
    剪切模量/GPa73.170.6
    失效压力/GPa–9.000–4.281
    极限抗剪强度/MPa285200
    疲劳极限/MPa140160
    屈服极限/MPa27080
    静屈服应力/GPa0.036 90.250 0
    应变硬化常数/GPa0.6220.236
    应变硬化指数n0.730.34
    应变率敏感系数c0.008 30.001 0
    温度相关指数m1.251.25
    断裂应变常数D10.130.80
    断裂应变常数D20.130.62
    断裂应变常数D3–1.501.15
    断裂应变常数D40.0110.016
    断裂应变常数D501.16
    材料常数S11.481.40
    Grueisen常数γ02.021.97
    一阶体积修正系数a0.470.48
    截距C0/(cm·μs–1)3 9405 200
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-09
  • 修回日期:  2020-08-06
  • 网络出版日期:  2020-09-10
  • 刊出日期:  2020-12-01

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