[發明專利]一種射孔彈設計優化方法

在審

• 申請號: 202210771884.5
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115329472A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 官建宇;朱艦橋;阮林峰
• 申請（專利權）人: 川南航天能源科技有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06Q50/02;E21B43/116;G06F119/02;G06F119/08;G06F111/10;G06F111/04
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 毛光軍

1.一種射孔彈設計優化方法，其特征在于：根據目標油氣藏需求射孔彈最小穿透深度和最小穿透孔徑設計射孔彈結構參數和材料，計算射孔彈結構參數，基于設計計算結果、目標油氣藏井況參數和射孔槍參數確定射孔彈初步設計結果，以射孔彈生產制造成本與材料用量為目標函數，射孔彈最小穿透深度與最小穿透孔徑為約束條件建立射孔彈設計優化模型，對優化模型進行參數靈敏度分析，然后采用最優安全系數法進行設計優化，根據參數靈敏度分析結果與基于可靠性的設計優化結果確定射孔彈最優解。

2.根據權利要求1所述的射孔彈設計優化方法，其特征在于：所述方法具體包括如下步驟：

S1、根據目標油氣藏地層情況確定射孔彈最小穿透深度、目標井使用射孔槍型號和目標井參數，然后計算射流頭部速度；

S2、根據射流頭部速度計算確定射孔彈內主裝炸藥類型、彈殼厚度、主裝炸藥厚度和藥型罩初步結構參數；

S3、根據目標油氣藏地層情況確定射孔彈最小穿孔孔徑，然后根據射孔彈最小穿孔孔徑計算藥型罩厚度和錐角；

S4、根據步驟S1-S3計算得到參數和目標油氣藏井下溫度、井筒參數和射孔槍參數初步確定射孔彈彈殼與藥型罩結構參數和射孔彈內主裝藥類型；

S5、以射孔彈材料用量和生產制造成本為目標函數，目標油氣藏所需射孔彈最小穿透深度和最小穿孔孔徑為約束條件，建立射孔彈結構優化模型；

S6、根據建立的優化模型對步驟S1-S3得到的參數進行靈敏度分析，并保存參數靈敏度分析過程中求得的目標函數偏導數；

S7、根據步驟S5和S6建立的優化模型與參數靈敏度分析結果進行基于可靠性的設計優化；

S8、根據步驟S7基于可靠性的設計優化結果、步驟S6參數靈敏度分析結果、目標油氣藏井下溫度、井筒參數和射孔槍參數確定射孔彈設計最優解。

3.根據權利要求2所述的射孔彈設計優化方法，其特征在于：所述步驟S1中，射孔彈最小穿透深度為射孔彈在地面侵徹鋼靶穿透深度，最小穿孔孔徑為射孔彈在地面侵徹鋼靶的入口處孔徑；所述步驟S1中，目標井使用射孔槍型號和目標井參數包括：射孔槍外徑、射孔槍槍管厚度、射孔彈與裝槍后射孔彈與射孔槍內壁間距、井筒內徑、井筒厚度和水泥層厚度。

4.根據權利要求3所述的射孔彈設計優化方法，其特征在于：所述步驟S1中，射流頭部速度由下式計算得出：

式中，Γ是穿透深度，V₀是射流頭部速度，t是對應侵徹時間，t₀為開始侵徹時間，δ是與射流密度和靶板密度相關的系數，σ是鋼靶的變形阻抗系數；γ是射流與鋼靶的密度比。

開始侵徹時間t₀由下式計算得出：

式中，d₁是射孔彈與射孔槍內壁間距，d₂射孔槍外徑、d₃是井筒內徑、d₄是射孔槍槍管厚度、d₅是井筒厚度、d₆是水泥層厚度，ε是修正系數。

5.根據權利要求4所述的射孔彈設計優化方法，其特征在于：所述步驟S2中，射孔彈內主裝炸藥類型、彈殼厚度、主裝炸藥厚度和藥型罩初步結構參數由下式計算確定：

式中，D是爆轟波速度，r_i1炸藥內徑，b是彈殼厚度，λ修正系數，θ是與射孔彈內主裝炸藥參數和彈殼參數相關系數，f(β，φ，α)是藥型罩結構參數相關函數，其中β，φ和α是藥型罩外形相關角度。

6.根據權利要求5所述的射孔彈設計優化方法，其特征在于：所述步驟S3中，藥型罩厚度和錐角由下式計算初步得出：

式中，x是藥型罩軸向位置，h是藥型罩厚度，ζ是射流軸向位置，τ(θ)是隨機參數評估函數；其中，τ(θ)是關于藥型罩密度與結構不確定性、射孔彈裝藥密度與結構不確定性的函數，是采用多項式混沌克里金法建立的元模型。

7.根據權利要求6所述的射孔彈設計優化方法，其特征在于：所述步驟S4中，射孔彈彈殼與藥型罩結構參數包括射孔彈彈殼材料、射孔彈外形結構、藥型罩材料和藥型罩外形結構和成型方案。