近年来,射孔工艺不断朝着高孔密、大药量、深穿透的方向发展,射孔爆炸在井筒内狭长密闭空间中会产生额外动态冲击载荷,导致管柱、封隔器、压力计等工具出现损伤。与此同时,射孔测试联作等多种形式的一体化组合射孔技术在现场得到广泛应用,特别是涉及深水、超深水及深井、超深井等复杂作业环境,极易导致井筒安全事故的发生、造成巨大的经济损失,同时威胁到现场作业人员及设备的安全。为此,本文针对射孔工况下井筒安全性问题,主要从射孔载荷输出特征及预测方法、管柱及封隔器动态响应规律、射孔井筒安全性评价方法以及管柱系统可靠性评估四个方面开展了相关研究工作,取得的主要研究成果如下:(1)基于多学科理论知识,针对井筒内射孔动态载荷输出特征进行了理论分析,揭示了射孔冲击波在井筒流体中的形成机理及传播规律。通过建立射孔工况数值模拟计算方法并开展大量数值模拟计算,探讨了不同因素(射孔总装药量、井筒初始压力、爆炸有效空间、射孔弹引爆时间间隔以及地层压力)对射孔冲击压力的影响规律,建立了射孔冲击载荷峰值预测模型,并进行了现场实例验证。(2)基于有限元动力学分析,建立了多套包含数百枚射孔弹炸药的有限元仿真计算模型,通过提取射孔管柱不同方向、不同位置及不同时刻的动力学数据,揭示了射孔工况下管柱动态力学行为及易损环节和关键部位,获得了不同射孔枪居中情况、装载形式、射孔参数、射孔工艺、管柱自身条件、引爆时间间隔、井筒条件以及地层条件下射孔管柱及封隔器动态响应规律。(3)针对射孔液运动机理进行了理论分析,结合数值模拟方法建立了封隔器安全安放预测模型,形成了射孔工况下不同类型封隔器安全判别方法。基于静力学及动力学安全校核,针对深水测试管柱进行了优化设计。在此基础上,通过优化减震器安装位置及数量,结合安全距离优化及其他优化措施,给出了射孔井筒安全优化方法。将上述研究成果应用于现场实例,并研制了射孔安全分析软件。(4)通过引入延迟时间及竞争失效模式,建立了随机冲击载荷作用下射孔管柱系统可靠性评价模型,准确描述了系统退化过程,并对其减震前后的可靠性进行了评估。结果表明:射孔管柱系统基于冲击载荷破坏的概率大于基于持续时间破坏的概率,减震后射孔管柱系统损伤时间节点推迟,可靠性显著提升。