(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210771884.5 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 川南航天能源科技有限公司 地址 646605 四川省 泸州市龙马 潭区高坝 航天路0102 20号 (72)发明人 官建宇　朱舰桥　阮林峰　 (74)专利代理 机构 成都天嘉专利事务所(普通 合伙) 5121 1 专利代理师 毛光军 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) E21B 43/116(2006.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种射孔弹设计优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种射孔 弹设计优化方法， 根 据目标油气藏需求射孔弹最小穿透深度和最小 穿透孔径设计射孔弹结构参数和材料， 计算射孔 弹结构参数， 基于设计计算结果、 目标油气藏井 况参数和射孔枪参数确定射孔弹初步设计结果， 以射孔弹生产制造成本与材料用量为目标函数， 射孔弹最小穿透深度与最小穿透孔径为约束条 件建立射孔弹设计优化模型， 对优化模型进行参 数灵敏度分析， 然后采用最优安全系数法进行设 计优化， 根据参数灵敏度分析结果与基于可靠性 的设计优化结果确定射孔弹最优解。 本发明可以 提高射孔弹设计效率， 增强射孔弹对于不同油气 藏开采情况的适应性， 提高射孔弹性能， 减小生 产制造成本与材 料浪费。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 115329472 A 2022.11.11 CN 115329472 A 1.一种射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 根据目标油气藏需求射孔弹最小穿透深度 和最小穿透孔径设计射孔 弹结构参数和材料， 计算射孔 弹结构参数， 基于 设计计算结果、 目 标油气藏井况参数和射孔枪参数确定射孔弹初步设计结果， 以射孔 弹生产制造成本与材料 用量为目标函数， 射孔弹最小穿透深度与最小穿透孔径为约束条件建立射孔 弹设计优化模 型， 对优化模型进 行参数灵敏度分析， 然后采用最优安全系数法进 行设计优化， 根据参数灵 敏度分析 结果与基于可靠性的设计优化结果确定射 孔弹最优解。 2.根据权利要求1所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述方法具体包括如下步 骤： S1、 根据目标油气藏地层情况确定射孔弹最小穿透深度、 目标井使用射孔枪型号和目 标井参数， 然后计算 射流头部速度； S2、 根据射流头部速度计算确定射孔弹内主装炸药类型、 弹壳厚度、 主装炸药厚度和药 型罩初步结构参数； S3、 根据目标油气藏地层情况确定射孔弹最小穿孔孔径， 然后根据射孔弹最小穿孔孔 径计算药 型罩厚度和锥角； S4、 根据步骤S1 ‑S3计算得到参数和目标油气藏井下温度、 井筒参数和射孔枪参数初步 确定射孔弹弹壳与药 型罩结构参数和射 孔弹内主装药类型； S5、 以射孔弹材料用量和生产制造成本为目标函数， 目标油气藏所需射孔弹最小穿透 深度和最小穿 孔孔径为约束条件， 建立 射孔弹结构优化模型； S6、 根据建立的优化模型对步骤S1 ‑S3得到的参数进行灵敏度分析， 并保存参数灵敏度 分析过程中求得的目标函数偏导数； S7、 根据步骤S5和S6建立的优化模型与参数灵敏度分析结果进行基于可靠性的设计优 化； S8、 根据步骤S7基于可靠性的设计优化结果、 步骤S6参数灵敏度分析结果、 目标油气藏 井下温度、 井筒参数和射 孔枪参数确定射 孔弹设计最优解。 3.根据权利要求2所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述步骤S1中， 射孔弹最 小穿透深度为射孔弹在地面侵彻钢靶穿透深度， 最小穿孔孔径为射孔弹在地面侵彻钢靶的 入口处孔径； 所述步骤S1中， 目标井使用射孔枪型号和目标井参数包括： 射孔枪外径、 射孔 枪枪管厚度、 射孔弹与装枪后射孔弹与射孔枪内壁间距、 井筒内径、 井筒厚度和水泥层厚 度。 4.根据权利要求3所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述步骤S1中， 射流头部 速度由下式计算得 出： 式中， Γ是穿透深度， V0是射流头部速度， t是对应侵彻时间， t0为开始侵彻时间， δ是与 射流密度和靶板密度相关的系数， σ 是钢靶的变形阻抗系数； γ是射 流与钢靶的密度比。 开始侵彻时间t0由下式计算得 出： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115329472 A 2式中， d1是射孔弹与射孔枪内壁间距， d2射孔枪外径、 d3是井筒内径、 d4是射孔枪枪管厚 度、 d5是井筒厚度、 d6是水泥层厚度， ε是修 正系数。 5.根据权利要求4所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述步骤S2中， 射孔弹内 主装炸药类型、 弹壳厚度、 主装炸药厚度和药 型罩初步结构参数由下式计算确定： 式中， D是爆 轰波速度， ri1炸药内径， b是弹壳厚度， λ修正系数， θ是与射孔弹内主装炸药 参数和弹壳参数相关系数， f( β， φ， α )是药型罩结构参数相关函数， 其中β， φ和α 是药型罩 外形相关角度。 6.根据权利要求5所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述步骤S3中， 药型罩厚 度和锥角由下式计算初步得 出： 式中， x是药型罩轴向位置， h是药型罩厚度， ζ是射流轴向位置， τ( θ )是随机参数评估函 数； 其中， τ( θ )是关于药型罩密度与结构不确定性、 射孔弹装药密度与结构不确定性的函 数， 是采用多 项式混沌克 里金法建立的元模型。 7.根据权利要求6所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述步骤S4中， 射孔弹弹 壳与药型罩结构参数包括射孔弹弹壳材料、 射孔弹外形结构、 药型罩材料和药型罩外形结 构和成型 方案。 8.根据权利要求7所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述步骤S5中， 目标函数 如下式： 式中， 和 分别是材料用量与生产制造成本权重系数， ri1和ri2是射孔弹内主装药内 外径， rl1和rl2分别是射孔弹弹壳内外径， rz1和rz2分别是药型罩 内外径， ki、 kl和kz分别是射 孔弹内主装药轴向高度、 射孔弹弹壳轴向高度和药型罩轴向高度， 和 分别是材 料用量与生产制造成本的不确定性系数， a1、 a2和a3分别是射孔弹弹壳、 射孔弹内主装药和 药型罩材料权重系数， g( α， β， φ， h)是生产制造成本函数； 其中， g( α， β， φ， h)是与药型罩参数、 弹壳参数相关的生产制造成本评估函数， 通过支 持向量机法建立其代理模型； 和 是与药型罩结构参数、 弹壳结构参数、 药型罩材 料、 弹壳材料、 主装药材料和主装药结构参数相关的函数， 和 是通过多项式混沌 克里金法建立的元模型。 9.根据权利要求8所述的射孔弹设计优化方法， 其特征在于： 所述步骤S5中， 约束条件 如下式：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115329472 A 3