Modelowanie numeryczne ładunków kumulacyjnych z wkładkami dzielonymi dwuczęściowymi

• Autorzy: Hebda Kamil , Habera Łukasz , Koślik Piotr

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.04.06

Warianty tytułu

EN

Numerical modelling of shaped charges with divided two-piece liners

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejszy artykuł powstał na podstawie wyników modelowania numerycznego ładunków kumulacyjnych z nietypowym kształtem wkładki kumulacyjnej. Standardowy ładunek typu deep penetrating (głęboko penetrujący) posiada wkładkę kumulacyjną w kształcie stożka wykonaną z miedzi. Zamodelowano trzy geometrie ładunków kumulacyjnych o niekonwencjonalnym kształcie, które porównano do modelu klasycznego ładunku. Ładunki te porównano pod względem maksymalnego ciśnienia podczas detonacji, prędkości strumienia kumulacyjnego, uzyskanej energii kinetycznej oraz długości strumienia kumulacyjnego po czasie 22 µs. Celem modelowania ładunków kumulacyjnych z wkładkami o niekonwencjonalnym kształcie było sprawdzenie, czy są one w stanie poprawić parametry zabiegu perforacji w odwiertach naftowych. Perforacja otworu naftowego to krytyczny zabieg, dzięki któremu możliwe jest rozpoczęcie wydobycia węglowodorów z danego złoża. Zabieg ten polega na wykonaniu serii kanałów prostopadłych do osi otworu penetrujących ścianki rur okładzinowych, cementu oraz skałę złożową w celu utworzenia połączenia hydraulicznego pomiędzy otworem wiertniczym a złożem węglowodorów. W przemyśle naftowym ładunki typu deep penetrating są projektowane, aby zapewnić optymalną długość kanału perforacyjnego przy zachowaniu odpowiedniej średnicy perforacji. Obecnie najpowszechniej używanymi ładunkami kumulacyjnymi głęboko penetrującymi są ładunki osiowosymetryczne z wkładkami kumulacyjnymi w kształcie stożka wykonanymi z proszków miedzi. Ładunki te osiągają prędkość strumienia kumulacyjnego na poziomie 7000 m/s i w sprzyjających warunkach są w stanie spenetrować do 1 m calizny skalnej. W artykule opisano parametry ładunków kumulacyjnych, które uzyskano w wyniku modelowania numerycznego. W celu potwierdzenia zdolności przebijania celów przez zamodelowane ładunki należałoby sprawdzić ich fizyczne modele w warunkach poligonu doświadczalnego.

EN

The article was created on the grounds of numerical modelling of shaped charges with a focus on the unconventional shape of their liners. The standard shaped charge of the “deep penetrating” type is equipped with a conical liner made of copper. Three various geometries of shaped charges featuring unconventional shape have been modelled and compared with the classical model of a shaped charge. The shaped charges have been compared for maximum pressure during detonation, cumulative jet velocity, kinetic energy gained and length of cumulative jet after 22 µs. The purpose of modelling shaped charges, featuring unconventionally formed liners, was to check whether they are able to improve the perforation job parameters in oil and gas wells. Perforation of the borehole is a critical job, enabling the initiation of hydrocarbons production from a specific reservoir. The job consists in making series of channels perpendicular to the borehole axis, penetrating casing walls, the cement layer and the formation rock, in order to create a hydraulic link between the borehole and the reservoir of hydrocarbons. In the oil industry, the “deep penetrating” type shaped charges are designed in order to provide optimal length of the perforation channel, while maintaining its adequate perforating diameter. Nowadays, the most commonly deep-penetrating shaped charges used, are the axially-symmetric shaped charges with conical liners made of copper powders. The charges create a cumulative jet reaching a velocity of approx. 7000 m/sec and are able to penetrate up to 1 m of rock matrix in favourable conditions. The article describes the parameters of shaped charges, that have been obtained as a result of numerical modelling. In order to finally confirm the target penetrating ability by the modelled shaped charges, one should check their real physical models in fire-ground conditions.

Słowa kluczowe

PL

perforacja; ładunki kumulacyjne; niekonwencjonalny kształt wkładki; modelowanie numeryczne

EN

perforation; shaped charges; unconventional shape of liner; numerical modelling

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 4
• Strony: 264--269
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Hebda Kamil

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Habera Łukasz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Koślik Piotr

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Przemysłu Organicznego, Oddział w Krupskim Młynie

Bibliografia

• Balonek K., Gozdur S., 1999. Wprowadzenie do Metody Elementu Skończonego. Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, AGH, Kraków.
• Banaś K., 2020. Wprowadzenie do MES. <http://www.metal.agh.edu.pl/~banas/wprowadzenie_do_MES.pdf> (dostęp: 05.03.2021).
• Cheng X., Huang G., Liu Ch., Feng S., 2018. Design of a Novel Linear Shaped Charge and Factors Influencing its Penetration Performance. Applied Sciences, 8(10): 1863. DOI: 10.3390/app8101863.
• Elbeih A., Elshenawy T., Zeman S., Akstein Z., 2018. Application of BCHMX in Shaped Charges against RHA Targets Compared to Different Nitramine Explosives. Central European Journal of Energetic Materials, 15(1): 3–17. DOI: 10.22211/cejem/81604.
• Frodyma A., Koślik P., 2016. Analiza numeryczna ładunków kumulacyjnych do inicjowania propelantów modyfikowanych. Nafta-Gaz, 10: 841–850. DOI: 10.18668/NG.2016.10.09.
• Hebda K., Habera Ł., 2020. Numerical modelling of shaped charges with an elliptical liner. Nafta-Gaz, 12: 929–933. DOI:10.18668/NG.2020.12.06 .
• IPO, Instytut Przemysłu Organicznego, Oddział w Krupskim Młynie (2020). Karty charakterystyk ładunków kumulacyjnych osiowokierunkowych.
• Schlumberger (1993). Schlumberger Perforating Services. Houston, Texas.
• Wojewódka A., Bełzowski J., Witkowski T., 2010. Ładunki kumulacyjne i modelowanie numeryczne ich wybuchu. Chemik, 64(1): 25–32.
• Zygmunt B., Wilk Z., Koślik P., 2014. Koncepcja technologii spiekanych wkładek metalicznych do ładunków EFP. Problemy Mechatroniki. Uzbrojenie, Lotnictwo, Inżynieria Bezpieczeństwa, 5(2): 63–76.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).