一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统与分析方法

1.本发明涉及油气勘探领域，具体涉及一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统与分析方法。

背景技术：

2.近年来，随着石油与天然气资源的逐渐匮乏，其开采难度越来越大，油气勘探的焦点逐步转向非常规及深水。射孔作业被称为石油天然气勘探开发领域的“临门一脚”，射孔技术的进步与完善对于油气藏高效开采的重要意义不言而喻。在射孔弹爆炸作用下，井下管柱及测试仪器会产生强烈的冲击振动。经引爆射孔弹后，形成的射流射穿地层，约60～70％的爆轰能量释放到井筒的狭长区域，以冲击载荷的形式加载于射孔并引起射孔管串的震动。能量首先通过射孔端部沿着管柱向上传递，经减震器缓冲后传递至封隔器处，并在约束部位反射得到增强。当内高能产生的能量足够大时，可使得射孔管柱产生剧烈振动，甚至塑性变形。封隔器处的巨大载荷可能引起封隔器的解封失效，而振动继续向上传递可致使测试仪器损坏，使得数据获取不够准确甚至无法获得数据。随着油气田开发向着超深井和致密页岩气井进军，这将要求采用更长的射孔、更高密集度和更大装药量的射孔弹，导致射孔管柱面临的工作环境越来越严峻，严重的甚至会导致射孔段管柱的屈曲、断裂、脱口以及封隔器损坏。不论是管柱失稳、屈曲断裂，还是封隔器解封，或者是测试仪器损坏，对油气井的开采的损失都是巨大的。
3.现有技术存在以下技术问题：
4.(1)油气田开采过程中射孔弹爆炸作用对射孔造成冲击，易导致射孔管柱产生变形；
5.(2)在地质坚硬和位置较深等特殊环境下开采时，普通的射孔管柱达不到承受更大药量射孔弹冲击的能力。

技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统和分析方法。
7.本发明提供一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统，包括油管挂、双公短节、伸缩接头、油管、安全接头、封隔器、筛管、射孔；所述封隔器锚定于套管内壁，用于封隔储层；所述射孔通过油管悬挂于封隔器下方位置正对储层，用于发射位于其内部的聚能射孔弹。
8.进一步的，射孔管柱与井筒均为圆形截面，且射孔管柱初始时刻的轴线与井筒轴线重合，射孔管柱与井筒之间存在初始环空间隙。
9.进一步的，其特征在于，射孔管柱为三维弹性梁，其材料和几何特性均匀。
10.进一步的，还包括减震器，用于承受射孔管柱的轴向与横向的冲击载荷，所述减震器为具有刚度、阻尼而无质量的弹簧。
11.本发明还提供一种用于油气勘探的射孔管柱动力学分析方法，包括以下步骤：
12.s1，建立大地坐标系与射孔管柱的局部坐标系，计算三维空间梁单元在局部坐标系下的动力方程；
13.s2，将局部坐标的下三维空间梁单元的动力方程转换为大地坐标系下的梁单元动力方程，并将所有梁单元的运动方程进行组装得到整个射孔管柱的运动方程；
14.s3，计算射孔管柱的爆轰载荷，并按照实际起爆顺序在每一个射孔弹的位置和射孔底部给与一个爆轰载荷，时间间隔一个时间步(0.0001s)；
15.s4，计算射孔管柱的边界条件，包括顶部边界条件、底部边界条件和初始条件，作为输入射孔管柱动力学系统的初值；
16.s5，加入碰撞和摩擦的影响，使用弯曲钻柱动力学系统计算射孔管柱的位移、横向加速和纵向加速度。
17.进一步的，步骤s1包括以下子步骤：
18.s101，将射孔管柱离散为n个单元，每个单元具有两个节点(共n+1个节点)，每个节点有六个自由度，包括三个平动自由度(u，v，w)和三个转动自由度(θ
x
，θy，θz)，以井口为原点，以井眼轴线为x轴，向下为正方向，建立大地坐标系；
19.s102，以射孔管柱轴线为x轴，两个横向方向分别为y轴和z轴，建立射孔管柱的局部坐标系；
20.s103，在爆轰载荷的作用下，基于green
–
lagrange strain并忽略高阶小项，并考虑到射孔管柱与套管之间的环空间隙小导致的射孔管柱与套管内壁的碰撞，得到梁单元的动力方程：
21.其中me为梁单元质量矩阵，ce为瑞利阻尼矩阵，ke单元刚度矩阵，fe为单元节点力矩阵，和分别为梁单元的节点速度和加速度，ue为梁单元的节点位移。
22.进一步的，步骤s2包括以下子步骤：
23.s201，将三维空间局部坐标下的梁单元动力方程转换为大地坐标系下的梁单元动力方程：
24.s202,将所有梁单元的运动方程进行组装，得到整个射孔管柱的动力方程：
[0025][0026]
其中u和f
′
分别为射孔管柱所有节点速度、加速度、位移和外力矩阵，m
′
，c
′
和k
′
分别为射孔管柱的总质量矩阵、总阻尼矩阵和总位移矩阵。
[0027]
进一步的，步骤s3计算爆轰载荷包括以下子步骤：
[0028]
s301，在无限水域中tnt爆炸形成的冲击波的瞬态压力峰值的经验公式的基础上，考虑射孔弹在井底爆炸的实际工况，运用ls-dana数值模拟进行,改进，得到射孔爆轰压力在井筒中的分布函数p(r,t)
[0029]
s302，通过分布函数计算爆轰载荷fc(t)：
[0030][0031]
其中f
cl
(t)和f
ct
(t)分别为轴向爆轰载荷和横向爆轰载荷，a1和a2分别为射孔的
截面积和射孔孔眼面积。
[0032]
进一步的，步骤s4中的边界条件为：
[0033]
顶部：
[0034]
底部：
[0035]
初始时刻，射孔管柱在自重下被拉长：
[0036]
初始条件：
[0037]
其中q为单位长度管柱重量,a为管柱截面积。
[0038]
进一步的，步骤s5中射孔管柱动力学系统的计算使用了广义-α法(一种兼顾计算精度和稳定性的改进newmark法)，计算射孔管柱的位移、横向加速和纵向加速度，包括以下子步骤：
[0039]
s501，计算射孔管柱在大地坐标系下的全局刚度矩阵k
′
、质量矩阵m
′
和阻尼矩阵c
′
；
[0040]
s502，输入边界条件初值射孔管柱位移d0、速度v0和加速度的近似值a0；
[0041]
s503，设置时间步长(小于等于0.0001s)，计算积分常数ck、c0、c1、c2、c3、c4、c5；
[0042]
s504，利用积分常数计算有效刚度矩阵
[0043]
s505，计算t+δt时刻的有效载荷矢量
[0044]
s506，利用刚度矩阵和有效载荷矢量计算t+δt时刻的位移d
n+
1：
[0045][0046]
s507，利用t+δt时刻的位移d
n+1
计算t+δt时刻的加速度a
n+1
和速度v
n+1
：
[0047][0048]vn+1
＝vn+(1-γ2)δtan+γ2δta
n+1
[0049]
其中β2和γ2为广义-α算法的参数。
[0050]
本发明的有益效果是：
[0051]
(1)本射孔管柱系统可以用来模拟与分析不同因素对射孔管道的安全性能造成的影响，从而在实际开采过程中规避风险，避免仪器的损坏，延长设备寿命；
[0052]
(2)使用本射孔管柱系统和分析方法模拟在超深井或致密页岩气井等特殊环境下开采，可以根据模拟结果即时调整设备参数以得出最佳的配置，在实际工程中可以参考模拟参数进行设备的配置，提高开采效率。
附图说明
[0053]
图1为射孔管柱系统结构示意图；
[0054]
图2为局部坐标系下的三维空间梁单元节点力和节点位移坐标示意图；
[0055]
图3为射孔管柱间隙元示意图；
[0056]
图4为向射孔管柱施加爆轰载荷的示意图；
[0057]
图5为模拟结果和实测结果对比图；
[0058]
图6为实施例2不同射孔长度下油管在不同位置处的纵向位移和轴力的时间历程图；
[0059]
图7为实施例2不同射孔长度下油管的运动轨迹图；
[0060]
图8为实施例2不同射孔长度下油管的最大碰撞力示意图；
[0061]
图9为实施例2不同射孔长度下油管的最大屈曲变形示意图；
[0062]
图10为实施例2中射孔长度下油管的最大等效应力；
[0063]
图中标号说明：1-油管挂，2-双公短节，3-伸缩接头，4-油管，5-安全接头，6-封隔器，7-筛管，8-减震器，9-射孔。
具体实施方式
[0064]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]
如图1所述为射孔管柱动力学系统示意图，射孔管柱包括油管挂1、双公短节2、伸缩接头3、油管4、安全接头5、封隔器6、筛管7、减震器8和射孔9；所述封隔器6锚定于套管内壁，用于封隔储层；所述射孔9通过油管4悬挂于封隔器6下方位置正对储层，用于发射位于其内部的聚能射孔弹。
[0066]
射孔管柱系统的建立需要遵循以下假设：
[0067]
(1)管柱与井筒均为圆形截面；
[0068]
(2)将射孔管柱视为三维弹性梁，其材料和几何特性均匀；
[0069]
(3)管柱初始时刻的轴线与井筒轴线重合，管柱与井筒之间存在初始环空间隙；
[0070]
(4)忽略温度对管柱刚度的影响。建立系统的步骤如下：
[0071]
s1，建立大地坐标系与射孔管柱的局部坐标系，计算三维空间梁单元在局部坐标系下的动力方程。
[0072]
由于射孔管柱长达几百米，而其外径却只有0.1m左右，同时射孔管柱要承受轴向、横向的冲击载荷。因此，对于这种大长径比和承受压弯载荷的管柱，采用伯努利-欧拉假设，运用有限单元法，将射孔管柱离散为n个单元,其中减震器被视为具有刚度、阻尼而无质量的弹簧。每个单元具有两个节点(共n+1个节点)，每个节点有六个自由度，包括三个平动自由度(u，v，w)和三个转动自由度(θ
x
，θy，θz)。以井口为原点，以井眼轴线为x轴，向下为正方向，建立大地坐标系。以射孔管柱轴线为x轴，两个横向方向分别为y轴和z轴，建立射孔管柱的局部坐标系。如图2所示给出了局部坐标系下的三维空间梁单元节点力和节点位移坐标。
[0073]
射孔管柱的运动可用梁单元的节点位移表示：ue＝nde[0074]
其中de为节点位移矢量：
[0075]de
＝[ui,vi,wi,θ
ix
,θ
iy
,θ
iz
,uj,vj,wj,θ
jx
,θ
jy
,θ
jz
]
t
[0076]
n为hermitian shape function matrix：
[0077][0078][0079]
其中，ξ表示为le为梁单元长度。
[0080]
在爆轰载荷的作用下，基于green
–
lagrange strain并忽略高阶小项后，得到梁单元的广义应变：
[0081][0082]
广义应变ε包括线性应变ε
l
和非线性应变ε
nl
两部分：
[0083]
ε＝ε
l
+ε
nl
[0084]
其运动学关系矩阵的线性部分b
l
和非线性部分b
nl
分别为:
[0085][0086][0087]
则梁单元的线性刚度矩阵和几何刚度矩阵可表示为：
[0088][0089]
[0090]
其中l为射孔管柱长度，fc为爆轰载荷，d为弹性矩阵：
[0091][0092]
其中e和g分别为梁的弹性模量和剪切模量，iz、iy和i
p
分别为y、z平面的惯性矩和x平面的极惯性矩。
[0093]
由于射孔管柱与套管之间的环空间隙很小，当射孔管柱振动时很容易与套管发生碰撞。在此处引入间隙元来表征射孔管柱与套管内壁的碰撞，如图3所示为射孔管柱间隙元示意图，间隙元的局部坐标系与梁单元的局部坐标系重合。
[0094]
间隙元作为一种二维单元，其位移为梁单元的横向位移。间隙元在梁单元任意位置x处的位移矢量为：
[0095]
ug＝[v
x
,w
x
]
t
＝n
gde
[0096]
其中ng为间隙元的形函数矩阵，
[0097]
则间隙元在任意位置的横向位移ug和方向角θg为：
[0098][0099]
θg＝kπ+arctan(v
x
/w
x
)
[0100]
当发生碰撞时，套管给与射孔管柱一个接触反力：
[0101][0102]
其中di为套管内径，do为射孔管柱外径，gk为弹性接触刚度。则间隙元的刚度矩阵可表示为：
[0103]
接触反力必然引起摩擦阻力和摩擦阻力矩：
[0104][0105]
其中和分别为周向和轴向摩擦力，和分别为周向和轴向摩擦力矩，μ1和μ2分别为周向动摩擦系数和轴向动摩擦系数。
[0106]
接触碰撞所产生的附加节点力可表示为：
[0107]
梁单元的动力方程可表示为：
[0108]
其中me为梁单元质量矩阵，ce为阻尼矩阵，ke单元刚度矩阵，单元刚度矩阵，为由重力引起的附加刚度矩阵；fe为单元节点力矩阵，为单元节点力矩阵，为爆轰载荷引起的等效节点力，为重力引起的附加节点力，
[0109][0110]
和分别为梁单元的加速度和位移。这里阻尼矩阵ce为瑞利阻尼矩阵，ce＝αdme+βdke。αd为常数，取0.03-0.05，βd也为常数，取0.1-0.3。
[0111]
s2，将局部坐标的下三维空间梁单元的动力方程转换为大地坐标系下的梁单元动力方程，并将所有梁单元的运动方程进行组装得到整个射孔管柱的运动方程。
[0112]
三维空间梁单元的局部坐标系与自然坐标系有如下关系：
[0113][0114]
设tr为转换矩阵，则
[0115][0116]
由于每一梁单元均为包含两个节点、每一节点包括三个平移位移、三个转动位移；因此，梁单元的总体转换矩阵可表示为:
[0117][0118]
那么大地坐标系下的梁单元的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵和合外力矩阵可表示为：
[0119]
[me′
]＝[trans][me]
[0120]
[ke′
]＝[trans][ke]
[0121]
[ce′
]＝[trans][ce]
[0122]
[fe′
]＝[trans][fe]
[0123]
则大地坐标系下的梁单元平衡方程为：将所有梁单元的运动方程进行组装，可以得到整个射孔管柱的运动方程：
[0124][0125]
其中u和f
′
分别为射孔管柱所有节点速度、加速度、位移和外力矩阵，m
′
，c
′
和k
′
分别为射孔管柱的总质量矩阵、总阻尼矩阵和总位移矩阵。
[0126]
s3，计算射孔管柱的爆轰载荷，并按照实际起爆顺序在每一个射孔弹的位置和射孔底部给与一个爆轰载荷，时间间隔一个时间步(0.0001s)。
[0127]
在无限水域中tnt爆炸形成的冲击波的瞬态压力峰值的经验公式的基础上，考虑射孔弹在井底爆炸的实际工况，运用ls-dana数值模拟进行了改进，得到了射孔爆轰压力在井筒中的分布函数：
[0128][0129][0130][0131]
其中c0为静水中的声速，w为tnt爆炸当量，w0＝0.809w。
[0132]
则爆轰载荷可以表示为：
[0133][0134]
其中f
cl
(t)和f
ct
(t)分别为轴向爆轰载荷和横向爆轰载荷，a1和a2分别为射孔的截面积和射孔孔眼面积。并按照实际起爆顺序在每一个射孔弹的位置和射孔底部给与一个爆轰载荷，时间间隔一个时间步(0.0001s)。图4给出了90
°
相位角下施加爆轰载荷的示意图。
[0135]
s4，计算射孔管柱的边界条件，包括顶部边界条件、底部边界条件和初始条件，作为输入射孔管柱动力学系统的初值。
[0136]
常规射孔管柱的顶部由封隔器密封，而底部则自由悬挂。因此边界条件可以写为：
[0137]
顶部：
[0138]
底部：
[0139]
初始时刻，射孔管柱在自重下被拉长：
[0140]
初始条件：
[0141]
其中q为单位长度管柱重量,a为管柱截面积。
[0142]
s5，将碰撞和摩擦因素纳入考虑，用射孔管柱动力学系统计算射孔管柱的位移、横向加速和纵向加速度。
[0143]
从上述条件可以看出，施加爆轰载荷的射孔管柱动力学系统是一个复杂的非线性系统，需要用数值方法求解。在复杂结构井眼中，射孔管柱在爆轰载荷作用下经常与下部井眼发生碰撞，产生轴向力和切向摩擦力。为了得到较好的收敛性，本文引入广义-α法，即一种兼顾计算精度和稳定性的改进newmark法，来进行弯曲钻柱系统的将碰撞和摩擦因素纳入考虑的计算。
[0144]
广义-α法的基本形式：
[0145][0146]vn+1
＝vn+[(1-γ2)an+γ2a
n+1
]δt
[0147][0148][0149]
d0＝d
[0150]
v0＝v
[0151]
a0＝m
′-1
(f
′
(0)-c
′
v-k
′
d)
[0152][0153][0154][0155][0156]dn
,vn,和an分别表示射孔管柱位移、速度和加速度的近似值；δt表示时间步长，s；下标n表示时间步数。算法参数γ2和β2的关系如下：
[0157][0158][0159][0160][0161]
式中，表示极限谱半径，此处取1/2。
[0162]
根据上述方程，我们可以得到：
[0163][0164]
广义-α方法的详细计算过程如下：
[0165]
s501，计算射孔管柱在大地坐标系下的全局刚度矩阵k
′
、质量矩阵m
′
和阻尼矩阵c
′
。
[0166]
s502，输入边界条件初值射孔管柱位移d0、速度v0和加速度的近似值a0
[0167]
s503，设置时间步长(小于等于0.0001s)，计算积分常数：s503，设置时间步长(小于等于0.0001s)，计算积分常数：c2＝δtc0,
[0168]
s504，计算有效刚度矩阵：
[0169]
s505，计算t+δt时刻的有效载荷矢量：
[0170][0171]
s506，计算t+δt时刻的位移：
[0172]
s507，计算t+δt时刻的加速度和速度:
[0173][0174]vn+1
＝vn+(1-γ2)δtan+γ2δta
n+1
[0175]
【实时例1】使用系统预测油田x1大斜度井射孔管柱的横向加速度与纵向加速度：
[0176]
以某油田x1大斜度井为例，通过现场在射孔顶部安装存储式传感器，获得了x1井管柱在射孔爆轰作用下的轴向和径向加速度数据。x1井的射孔管柱结构和射孔参数如表1所示。如图5为根据系统的计算结果，图5与表1现场实测的数据对比，结果基本吻合。
[0177]
表1
[0178][0179]
【实施例2】使用系统分析射孔长度对安全性能的影响：
[0180]
对于厚油层和多薄互性油层的油气井，为了降低成本，常通过延长射孔来一次性完成射孔。如图6所示为不同射孔长度下油管的不同位置处的纵向位移和轴力的时间历程图。图7、图8、图9给出了不同射孔长度下油管的运动轨迹、最大碰撞力和最大屈曲变形。图10给出了射孔长度下油管的最大等效应力；由图6可知，射孔越长，油管的位移幅值和轴力幅值越小，而振动周期则越大；由图7、图8、图9可知，射孔越长，油管的轨迹区域越小，油管与套管的接触长度和接触力越小，油管的屈曲变形程度越弱；由图10可知，射孔越长，油管的等效应力越小，这是由于射孔整体的质量随着射孔长度增加而增加，意思是爆轰载荷对射孔管柱所作的功将更多的转换为射孔的动能，作用在油管上的能量减少，而减震器的作用将使油管所受的冲击进一步减弱。因此可以得出结论，采用更长的射孔能够提升油管的安全性。
[0181]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统，其特征在于，包括油管挂(1)、双公短节(2)、伸缩接头(3)、油管(4)、安全接头(5)、封隔器(6)、筛管(7)、射孔(9)；所述封隔器(6)锚定于套管内壁，用于封隔储层；所述射孔(9)通过油管(4)悬挂于封隔器(6)下方位置正对储层，用于发射位于其内部的聚能射孔弹。2.根据权利要求1所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统，其特征在于，射孔管柱与井筒均为圆形截面，且射孔管柱初始时刻的轴线与井筒轴线重合，射孔管柱与井筒之间存在初始环空间隙。3.根据权利要求1所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统，其特征在于，射孔管柱为三维弹性梁，其材料和几何特性均匀。4.根据权利要求1所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学系统，其特征在于，还包括减震器(8)，用于承受射孔管柱的轴向与横向的冲击载荷，所述减震器为具有刚度、阻尼而无质量的弹簧。5.一种用于油气勘探的射孔管柱动力学分析方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，建立大地坐标系与射孔管柱的局部坐标系，计算三维空间梁单元在局部坐标系下的动力方程；s2，将局部坐标的下三维空间梁单元的动力方程转换为大地坐标系下的梁单元动力方程，并将所有梁单元的运动方程进行组装得到整个射孔管柱的运动方程；s3，计算射孔管柱的爆轰载荷，并按照实际起爆顺序在每一个射孔弹的位置和射孔底部给与一个爆轰载荷，时间间隔一个时间步(0.0001s)；s4，计算射孔管柱的边界条件，包括顶部边界条件、底部边界条件和初始条件，作为输入射孔管柱动力学系统的初值；s5，将碰撞和摩擦因素纳入考虑，使用射孔管柱动力学系统计算射孔管柱的位移、横向加速和纵向加速度。6.根据权利要求5所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学分析方法，其特征在于，步骤s1包括以下子步骤：s101，将射孔管柱离散为n个单元，每个单元具有两个节点(共n+1个节点)，每个节点有六个自由度，包括三个平动自由度(u，v，w)和三个转动自由度(θ
x
，θ
y
，θ
z
)，以井口为原点，以井眼轴线为x轴，向下为正方向，建立大地坐标系；s102，以射孔管柱轴线为x轴，两个横向方向分别为y轴和z轴，建立射孔管柱的局部坐标系；s103，在爆轰载荷的作用下，基于green
–
lagrange strain并忽略高阶小项，并考虑到射孔管柱与套管之间的环空间隙小导致的射孔管柱与套管内壁的碰撞，得到梁单元的动力方程：其中m
e
为梁单元质量矩阵，c
e
为瑞利阻尼矩阵，k
e
单元刚度矩阵，f
e
为单元节点力矩阵，和分别为梁单元的节点速度和加速度，u
e
为梁单元的节点位移。7.根据权利要求5所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学分析方法，其特征在于，步骤s2包括以下子步骤：s201，将三维空间局部坐标下的梁单元动力方程转换为大地坐标系下的梁单元动力方
程：s202,将所有梁单元的运动方程进行组装，得到整个射孔管柱的动力方程：其中u和f
′
分别为射孔管柱所有节点速度、加速度、位移和外力矩阵，m
′
，c
′
和k
′
分别为射孔管柱的总质量矩阵、总阻尼矩阵和总位移矩阵。8.根据权利要求5所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学分析方法，其特征在于，步骤s3计算爆轰载荷包括以下子步骤：s301，在无限水域中tnt爆炸形成的冲击波的瞬态压力峰值的经验公式的基础上，考虑射孔弹在井底爆炸的实际工况，运用ls-dana数值模拟进行,改进，得到射孔爆轰压力在井筒中的分布函数p(r,t)s302，通过分布函数计算爆轰载荷f
c
(t)：其中f
cl
(t)和f
ct
(t)分别为轴向爆轰载荷和横向爆轰载荷，a1和a2分别为射孔的截面积和射孔孔眼面积。9.根据权利要求5所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学分析方法，其特征在于，步骤s4中的边界条件为：顶部：底部：初始时刻，射孔管柱在自重下被拉长：初始条件：其中q为单位长度管柱重量,a为管柱截面积。10.根据权利要求5所述的一种用于油气勘探的射孔管柱动力学分析方法，其特征在于，步骤s5中的射孔管柱动力学系统使用了广义-α法(一种兼顾计算精度和稳定性的改进newmark法)，计算射孔管柱的位移、横向加速和纵向加速度，包括以下子步骤：s501，计算射孔管柱在大地坐标系下的全局刚度矩阵k
′
、质量矩阵m
′
和阻尼矩阵c
′
；s502，输入边界条件初值射孔管柱位移d0、速度v0和加速度的近似值a0；s503，设置时间步长(小于等于0.0001s)，计算积分常数c
k
、c0、c1、c2、c3、c4、c5；s504，利用积分常数计算有效刚度矩阵s505，计算t+δt时刻的有效载荷矢量
s506，利用刚度矩阵和有效载荷矢量计算t+δt时刻的位移d
n+1
：s507，利用t+δt时刻的位移d
n+1
计算t+δt时刻的加速度a
n+1
和速度v
n+1
：v
n+1
＝v
n
+(1-γ2)δta
n
+γ2δta
n+1
其中β2和γ2为广义-α算法的参数。

技术总结

本发明公开了一种油气勘探的射孔管柱动力学系统与分析方法，其系统包括油管挂、双公短节、伸缩接头、油管、安全接头、封隔器、筛管、射孔；所述封隔器锚定于套管内壁，用于封隔储层；所述射孔通过油管悬挂于封隔器下方位置正对储层，用于发射位于其内部的聚能射孔弹。本射孔管柱系统可以用来模拟与分析不同因素对射孔管道的安全性能造成的影响，从而在实际开采过程中规避风险，避免仪器的损坏，延长设备寿命；使用本射孔管柱系统和分析方法模拟在超深井或致密页岩气井等特殊环境下开采，可以根据模拟结果即时调整设备参数以得出最佳的配置，在实际工程中可以参考模拟参数进行设备的配置，提高开采效率。提高开采效率。提高开采效率。