شبيه سازي عددي و بهينه سازي عملكرد نفوذگر چاه نفت

Numerical simulation and performance optimization of oil well perforator

نفوذگرهاي چاه نفت، ابزارهاي انفجاري هستند كه در صنعت حفاري چاه هاي نفت و گاز و با هدف دستيابي به مخازن اطراف چاه و افزايش بازده آن مورد استفاده قرار مي گيرند. كارايي اين نفوذگرها با عمق نفوذي كه ايجاد مي كنند مورد سنجش قرار مي گيرد، به همين دليل پارامتر عمق به عنوان پارامتر اصلي بايد مورد بررسي قرارگيرد. در اين مقاله، گزارش كاملي از شبيه سازي عددي و بهينه سازي عملكرد اين ابزارها كه در حقيقت، خرج گودهايي با ابعاد كوچك هستند ارايه شده است. به اين منظور، از روش هاي حل اويلرين چندماده اي و لاگرانژي، به ترتيب براي شبيه سازي فرآيند شكل گيري جت نفوذگر و نفوذ آن در صخره هاي زيرزميني استفاده شده است. براي حل مشكل تغيير شكل زياد المان-ها در روش لاگرانژي، از معيار فرسايش المان ها استفاده شد. همچنين بدليل اينكه نتايج هر دو فرآيند شكل گيري جت و نفوذ به شدت تحت تاثير چگالي مش بندي قرار دارد، حساسيت به مش بندي در اين مطالعه مورد بررسي قرار گرفت. مدل سازي عددي پايه، با استفاده از نتايج معتبر ساير مراجع درستي آزمايي و اعتبارسنجي شده و پس از آن، هندسه جديدي براي خرج انفجاري پيشنهاد شده است كه مشكل ناهمگني توزيع سرعت در قسمت دنباله جت را رفع كرده و به دنبال آن، طول موثر جت در نفوذ را افزايش مي دهد.

Oil well perforators (OWP) are explosive devices that are used in drilling industries of oil and gas wells to access the reservoir and increase the wells efficiency. The performance of oil well perforators is measured by the depth of penetration that can be achieved, for this reason depth as the main parameter must be examined. In this article, a complete report of numerical simulation and performance optimization of these devices, which are indeed small size shaped charges, is presented. To do this, the multi-material Eulerian and the Lagrangian methods are used for simulation of the jet formation and its penetration into underground rock processes, respectively. For solving the problem of large deformation elements in Lagrangian method, erosion criterion elements were used. Because the results of jet formation and penetration process are heavily influenced by the density of the mesh, in this study mesh sensitivity was examined. The described simulation is validated by the use of reliable results of some references and then, a new charge geometry is suggested which resolves the inhomogeneities in the distribution velocity of the tail and increases the effective length of jet in the penetration process.