射孔测试联作减震器应用问题分析
摘要：本文对于射孔测试联作工艺中的减震器设计和应用问题进行探讨，在射孔所产生的冲击振动波研究和计算基础上，主要就减震器方案设计进行详细论述，经过实际检验，新型减震器减震性能高于国内同类减震系统，满足施工要求。

关键词：射孔测试联作减震器原理设计
1 引言
对于油田勘探过程中的射孔测试联作来说，这是项重要的测试技术，测试联作管柱的底部为射孔器，按照设计要求下入目的层。

强大的冲击振动波会在射孔器在射孔时产生，也就是在井下射孔器的做功方式为爆炸，爆炸点为中心，通过井内介质、管柱连接以及套管壁进行传播，为了保护在测试管柱串上的仪器仪表以及相关测试工具，一定要采取相关的消振、减震以及隔离的措施。

这有这样，才能保证采集到的地层原始压力数据和样本的有效性。

否则，则直接会影响到油田的勘探周期，造成巨大的损失。

目前，对于国内的射孔测试联作工艺上的减震系统来看，这种单一的减震机构往往存在以下两方面的问题，一是减震效果不能满足要求；二是耐压指标和密封效果不能满足实际需要。

这样就容易导致测试联作作业失败。

本文对于射孔测试联作工艺中的减震器设计和应用问题进行探讨，在射孔所产生的冲击振动波研究和计算基础上，主要
就减震器方案设计进行详细论述，提出隔振和减振相结合的复合式减震设计方案，最后设计出射孔测试联作作业中的新型减震器。

2 射孔所产生的冲击振动波研究和计算
首先，利用有限元分析软件，对于射孔过程对管柱压力的影响进行数值模拟分析，表1和表2分别为Φ139.7mm、Φ177.8mm套管受力情况表。

在模拟射孔过程中，研究对象为射孔器和套管，相应的原始参数如下。

（1）参数及布孔方式。

一共有5个尺寸的射孔孔径，8mm、10mm、12mm、16mm、20mm；4个分布相位角度，60、90、120、180度；螺旋布孔的孔密度有3种，10孔/m、16孔/m、20孔/m。

（2）建模依据。

研究对象为Φ139.7mm(5 1/2in)、Φ177.8mm(7in)管套，在不同环境下的不同射孔参数组合，分别建模进行计算分析。

（3）载荷参数。

射孔时为流体静压加岩石破裂压力(80~100MPa)，地层静压30MPa，如果按照100MPa计算，温度根据公式T=T0+3*L/100，其中，T0为地面温度，L为井深，根据3000m的井进行计算，T取110℃。

在上述给定的条件下，根据理论数值模拟计算，射孔弹对射孔枪
管套最大冲击压力大约为100MPa，根据射孔冲击振动特性分析，测试仪表很可能受到高振幅的冲击振动波而损坏，仪表的损坏也可能是由于测试仪表的共振引起，这都是高频率振动波影响的情况。

关于准确计算和测量这一频率存在一定的困难，为了防止发生共振，应该在设计中尽量降低此值。

3 减震器方案设计与分析
3.1 理论分析
简化问题条件，考虑串联在射孔枪与输送管柱之间的减振器的特点，可以对于下列影响因素进行一定条件的忽略。

（1）井筒内泥浆等液体阻尼的影响并不予以考虑。

由于井筒内泥浆等液体的阻尼现象呈现非常复杂的特点，无法从数学上进行准确的标出，但从线性阻尼考虑则容易引起较大误差。

井筒内泥浆等液体的阻尼，则有利于改变振动的相位和降低振动的振幅，也就是对于系统的减振能够起到一定积极作用。

（2）射孔枪与输送管柱可以看作为集中质量。

所以，对于射孔枪与输送管柱及减振器系统来说，其在纵向振动的激励响应的模型，可以按照下述公式，简化为二质量二自由度系统的振动模型。

该二阶常系数微分方程的解为通解加特解，其通解为二质量系统的自由振动。

在这样的情况下，在阻尼的作用下，会很快消失振动问
题，这可为瞬态响应，表现出阻尼越大而振幅越小特点，设定方程特解为：
对于未装吸振器的系统来说，上述的激励下的纵向振动解分析可以得到，令m2=0,k2=0，得到
减振系数N来表示吸振器的减振效果，
化简，并整理可以得到，
设定，则当，存在，振器才具有减振效果。

当，N=0，此时减振效果为最好。

分析不同的两种工况时，当时，即激振频率与系统的固有频率相等，系统将产生共振。

为避免共振，而安装吸振器(m2，k2)，这样能够使得系统的固有频率发生变化。

其中，当吸振器固有频率与激振频率相同时，即，这样，最多的激振能量能够被产生共振的吸振器进行吸收，这样的吸振器能够吸收井底射弹时的激振能量，对于射孔枪来说，则几乎没有纵振。

考虑到减振器与射孔枪管柱串接的特点，对于射孔枪管柱的振动非常大，这是十分不利的因素。

综上所述，减振器只有在时，才能存在减振效果。

理论上进行分析，如果从力平衡的角度进行分析，考虑射孔器射孔时的激励对系统的作用力时，要想使得系统不产生振动，必须使得吸振器作用于射孔枪上的附加力刚好抵消。

3.2 设计方案
结合减震器设计的原理，在上述分析的基础上，综合比较各种减振器的优缺点，以下为设计减震器的要点。

（1）减振器的弹性元件则是采用3个弹性较大的弹簧，还有4节高刚度高阻尼的橡胶圈，让这两者进行交替串联。

射孔枪在井内射孔时，通过弹性大的弹簧和高阻尼高刚度的橡胶圈隔振的三次交替作用，来吸收所产生的激振能量，以及对于管柱纵向自振的频率进行调节。

经过现场试验证明，较好的减震效果能够通过弹簧和橡胶件的组合来实现。

一方面，衰减冲击能量可以通过橡胶件的高阻尼来实现，另外，这种效果又被高刚度有所抑制，因此，需要变形大、承载能力强以及刚度低的弹簧来配合，衰减多次冲击的弹簧的低阻尼并不能很好实现，也需要性能良好的橡胶件的配合。

这种三级组合的二级减振器的串联，在实际使用效果能够满足要求，更好的吸振减振效果能够比非交替放置方式而实现，这也是设计的最大特点。

（2）为进一步提高阻尼减振效果，应该使得减振腔内充满液压油。

当压缩减振腔过程中，衰减一部分冲击能量则会被液压油完成，同时形成阻力流动，为了更多的冲击能量也有所衰减。

（3）剪切销技术，通过设定剪切销，能够满足“质量隔振”的设想，从而使得第一波的冲击压力得到很大程度上的衰减。

一般设定，剪切销的高温剪切强度系数为0.9，销钉剪切压力不超过30MPa。

经过计算，设定为直径4的剪切销8个。

销钉则会在冲击压力超过30MPa 的情况下而被剪断，对液压装置、橡胶件、弹簧件开始工作。

针对高分子材料的橡胶元件进行设计，得到，阻尼率为0.25～0.80；经过数值计算软件MATLAB计算各种参数，经过迭代计算，确定弹簧参数。

方案中p参考文献
[1] 唐礼骅. 射采联作技术在江苏油田的应用[J].内蒙古石油化工, 2011,37(22).
[2] 尹长城, 王元勋. 射孔测试联作减震器数值模拟及力学特性拟合[J]. 石油机械, 2007,35(10).。