專利名稱：一種實體膨脹管復(fù)合加載膨脹試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及石油天然氣工業(yè)中實體膨脹管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對實體膨脹管 膨脹性能進行評價的裝置，該裝置用于在實驗室內(nèi)模擬現(xiàn)場工況對實體膨脹管進行多種復(fù) 合加載方式膨脹試驗研究，同時可用于開發(fā)膨脹管管材和配套工具。
背景技術(shù)：
實體膨脹管SET (Solid Expandable Tubular)技術(shù)是以實現(xiàn)“節(jié)省”井眼尺寸為 目的，在井眼中將套管柱徑向膨脹至所要求的直徑尺寸的一種鉆井、完井和修井新技術(shù)。應(yīng) 用該技術(shù)可以使得下入的套管層數(shù)增加，給深井、復(fù)雜地質(zhì)條件的鉆井和井身結(jié)構(gòu)帶來“革 命性”的影響和重大技術(shù)經(jīng)濟效益。它可以將井眼變“瘦”顯著降級開發(fā)成本。它將“單一 井徑”成為可能。實體膨脹管技術(shù)在全世界發(fā)展應(yīng)用非常迅速，國外現(xiàn)已成功將實體膨脹管 技術(shù)應(yīng)用于裸眼井完井、膨脹套管補貼和膨脹尾管懸掛等方面。目前該技術(shù)由少數(shù)幾個公 司所壟斷。實體膨脹管有許多關(guān)鍵技術(shù)，如實體膨脹管管材技術(shù)、膨脹管連接技術(shù)、實體膨 脹管檢測技術(shù)及其他配套技術(shù)等，國外公司在膨脹管系列產(chǎn)品的研發(fā)過程中，建立了較完 善的檢測技術(shù)體系，保障了其膨脹管相關(guān)產(chǎn)品的安全可靠性，并作為商業(yè)秘密進行管理，技 術(shù)引進的成本較高。國內(nèi)研制的膨脹管產(chǎn)品，只是按照膨脹工藝的需求，將管體和膨脹工具 組裝后，在地面進行了相關(guān)承內(nèi)壓、密封性等實物性能實驗，缺乏對實體膨脹管進行膨脹性 能試驗的裝置，無法確保膨脹管體在井下服役過程中的安全可靠性，同時不利于對實體膨 脹管產(chǎn)品質(zhì)量的控制，這也是國內(nèi)的膨脹管技術(shù)與國外同類技術(shù)間的重要差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是基于上述背景下而提供一種實體膨脹管復(fù)合加載膨脹試驗裝 置。本發(fā)明可以對實體膨脹管施加多種復(fù)合載荷進行膨脹試驗，能夠?qū)Χ喾N規(guī)格的實體膨 脹管模擬作業(yè)工況進行液壓膨脹、機械膨脹、機械液壓復(fù)合加載膨脹試驗。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種實體膨脹管復(fù)合加載膨脹試驗裝置，包括加載機 架、膨脹試驗系統(tǒng)、膨脹夾持系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)，加載機架由端橫梁(15)、導(dǎo)軌(2)、導(dǎo)向橫 梁(3)、中橫梁(8)、機架側(cè)壁(26)組成，導(dǎo)向橫梁(3)和中橫梁⑶可沿導(dǎo)軌(2)軸向移 動，中橫梁(8)橫向上設(shè)有液壓銷釘(24)，可與機架側(cè)壁(26)上的銷孔(9)連接使中橫梁 (8)固定，膨脹試驗系統(tǒng)包括液壓油缸(1)、活塞桿(23)、拉桿(6)、膨脹錐(17)、定位法蘭 (16)和高壓注水機構(gòu)(21)，液壓油缸(1)、活塞桿(23)、拉桿(5)、膨脹錐(17)順次連接構(gòu) 成機械拉伸膨脹實驗裝置，定位法蘭(16)、高壓注水機構(gòu)(21)和膨脹錐(17)構(gòu)成液壓膨 脹實驗裝置，膨脹夾持系統(tǒng)包括三抓卡盤(10)、起脹浮動夾具(12)、膨脹夾具(20)和定位 法蘭(16)，三抓卡盤(10)和起脹浮動夾具(12)作為端部起脹試驗時夾持試驗試樣(11) 的定徑膨脹夾持裝置，膨脹夾具(20)和定位法蘭(16)作為膨脹管膨脹試驗時夾持試驗試 樣(11)的變徑膨脹夾持裝置，傳感器系統(tǒng)包括位移傳感器(25)、力傳感器(4)、徑向變形傳感器(13)和液壓傳感器(22)，膨脹試驗系統(tǒng)安裝在加載機架上，加載機架一側(cè)設(shè)有膨脹夾持系統(tǒng)，膨脹夾持系統(tǒng)夾持試驗試樣(11)，位移傳感器(25)設(shè)于活塞桿(23)上，導(dǎo)向橫梁 (3)上設(shè)有力傳感器(4)，膨脹夾持系統(tǒng)夾持的試樣(11)外表面沿周向設(shè)有2 8個徑向 變形傳感器(13)，密封法蘭(19)上設(shè)有液壓傳感器(22)。所述的膨脹試驗系統(tǒng)包括液壓油缸(1)、活塞桿(23)、可更換拉桿(6)、膨脹錐 (17)、膨脹錐連接接頭(14)、端部密封法蘭(19)、定位法蘭(16)和高壓注水機構(gòu)(21)，機械 拉伸膨脹實驗裝置由下述部分構(gòu)成導(dǎo)向橫梁(3) —端通過活塞桿(23)與液壓油缸(1)連 接，導(dǎo)向橫梁(3)的另一端通過鉸接機構(gòu)(5)連接拉桿6，拉桿(6)下方設(shè)有支撐小車(7)， 拉桿(6)的另一端通過膨脹錐連接接頭(14)與膨脹錐(17)相連接；定位法蘭(16)上設(shè)有 高壓注水機構(gòu)(21)和膨脹錐(17)構(gòu)成液壓膨脹實驗裝置。所述的膨脹夾持系統(tǒng)包括三抓卡盤(10)、起脹浮動夾具(12)、膨脹夾具(20)和定 位法蘭(16)，中橫梁(8)與三抓卡盤(10)焊接固定連接，三抓卡盤(10)和起脹浮動夾具 (12)作為端部起脹試驗時夾持試驗試樣(11)的定徑膨脹夾持裝置，三抓卡盤(10)和定位 法蘭(16)將試樣(11)固定并確保試樣(11)中心與活塞桿(23)中心同軸；起脹浮動夾具 (12)通過加載機架側(cè)壁上的銷孔(9)與加載機架連接，膨脹夾具(20)安裝在機架的底座 上，膨脹夾具(20)和定位法蘭(16)作為膨脹管膨脹試驗時夾持試驗試樣(11)的變徑膨脹 夾持裝置。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，能提供0 2000kN的軸向可控機械 拉伸載荷和0 SOMpa的液壓力，配合相應(yīng)的膨脹錐頭，可以實現(xiàn)對實體膨脹管整管進行機 械拉伸膨脹或液壓膨脹或機械拉伸與液壓復(fù)合膨脹試驗，并可實時測量膨脹試驗過程中膨 脹錐的位移、拉伸載荷、液壓壓力和實體膨脹管徑向變形數(shù)據(jù)，本發(fā)明的加載機架和膨脹夾 持系統(tǒng)可以滿足各種規(guī)格實體膨脹管整管或?qū)嶓w膨脹管連接結(jié)構(gòu)膨脹試驗，并在試驗過程 中有效地避免了橫向失穩(wěn)，為實體膨脹管膨脹性能檢測、研究評價、整管結(jié)構(gòu)改進和膨脹工 藝優(yōu)化提供了 一種有效地實驗室試驗裝置。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明對實體膨脹管復(fù)合膨脹試驗時的的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中A-A剖面圖。圖4為圖1中B-B剖面圖。圖5為圖2中C-C剖面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的具體實施例。本發(fā)明由加載機架、膨脹試驗系統(tǒng)、膨脹夾持系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)構(gòu)成。加載機架由 端橫梁15、導(dǎo)軌2、導(dǎo)向橫梁3、中橫梁8、機架側(cè)壁26組成，導(dǎo)向橫梁3和中橫梁8可沿導(dǎo)軌 2軸向移動，中橫梁8橫向上設(shè)有液壓銷釘24，可與機架側(cè)壁26上的銷孔9連接使中橫梁 8固定，膨脹試驗系統(tǒng)包括液壓油缸1、活塞桿23、拉桿6、膨脹錐17、定位法蘭16和高壓注 水機構(gòu)21，液壓油缸1、活塞桿23、拉桿5、膨脹錐17順次連接構(gòu)成機械拉伸膨脹實驗裝置，定位法蘭16、高壓注水機構(gòu)21和膨脹錐17構(gòu)成液壓膨脹實驗裝置，膨脹夾持系統(tǒng)包括三抓 卡盤10、起脹浮動夾具12、膨脹夾具20和定位法蘭16，三抓卡盤10和起脹浮動夾具12作 為端部起脹試驗時夾持試驗試樣11的定徑膨脹夾持裝置，膨脹夾具20和定位法蘭16作為 膨脹管膨脹試驗時夾持試驗試樣11的變徑膨脹夾持裝置，傳感器系統(tǒng)包括位移傳感器25、 力傳感器4、徑向變形傳感器13和液壓傳感器22，膨脹試驗系統(tǒng)固定安裝在加載機架上，力口 載機架側(cè)壁(26)上設(shè)有膨脹夾持系統(tǒng)，膨脹夾持系統(tǒng)夾持試驗試樣11，位移傳感器25設(shè)于 活塞桿23上，導(dǎo)向橫梁3上設(shè)有力傳感器4，膨脹夾持系統(tǒng)夾持的試樣11外表面沿周向設(shè) 有2 8個徑向變形傳感器13，密封法蘭19上設(shè)有液壓傳感器22加載機架采用臥式結(jié)構(gòu)，由端橫梁15、導(dǎo)軌2、導(dǎo)向橫梁3、中橫梁8、機架側(cè)壁(26) 組成，加載機架采用鋼焊結(jié)構(gòu)，經(jīng)過退火處理，可以滿足2000KN的最大載荷，在機架側(cè)壁 (26)上，等距布置一系列銷孔9，用于安裝膨脹夾持系統(tǒng)；加載機架上方和右側(cè)設(shè)計有保護 罩18，可左右推拉，既可以防止試驗過程中發(fā)生意外時液力和機械力造成的傷害，又不影響 試樣的裝卸。膨脹試驗系統(tǒng)包括液壓油缸1、活塞桿23、可更換拉桿6、膨脹錐17、膨脹錐連接接 頭14、端部密封法蘭19、定位法蘭16和高壓注水機構(gòu)21。機械拉伸膨脹實驗裝置由下述 部分構(gòu)成導(dǎo)向橫梁3左端通過活塞桿23與2000KN液壓油缸1相連，活塞桿23采用鉚接 方式連接在導(dǎo)向橫梁3上，可防止活塞在往復(fù)運動時由于橫向載荷而發(fā)生擺動；導(dǎo)向橫梁3 的右端通過鉸接機構(gòu)5連接拉桿6，支撐小車7在拉桿6的下方，在試驗過程中可支撐拉桿 6 ；拉桿6的另一端通過膨脹錐連接接頭14以螺紋連接的方式與膨脹錐17相連接。定位法 蘭(16)上設(shè)有高壓注水機構(gòu)(21)和膨脹錐(17)構(gòu)成液壓膨脹實驗裝置。膨脹夾持系統(tǒng)由三抓卡盤10、起脹浮動夾具12、膨脹夾具20、定位法蘭16組成； 中橫梁8與三抓卡盤10焊接相連，其中心部位沿縱向貫通可讓拉桿6可通過，三抓卡盤10 和起脹浮動夾具12作為端部起脹試驗時夾持試驗試樣11的定徑膨脹夾持裝置，三抓卡盤 10和定位法蘭16將試樣11固定并確保試樣中心與活塞桿23中心同軸；起脹浮動夾具12 通過加載機架側(cè)壁上的銷孔9液壓穿銷裝卸，用于在起脹過程中對試樣11進行定徑夾持， 膨脹夾具20安裝在機架的底座上，膨脹夾具20上設(shè)有彈簧機構(gòu)，可實現(xiàn)對膨脹管試樣11 的變徑膨脹加持，膨脹夾具20和定位法蘭16作為膨脹管膨脹試驗時夾持試驗試樣11的變 徑膨脹夾持裝置。能適應(yīng)一定的管徑變化。為防止起脹和膨脹過程中試樣受力失穩(wěn)而發(fā)生 橫向移動，起脹浮動夾具12和膨脹夾具20可根據(jù)試樣的直徑和長短可調(diào)整夾具的位置和 夾持直徑。傳感器系統(tǒng)包括位移傳感器25、力傳感器4、徑向變形傳感器13和液壓傳感器22。 其中位移傳感器25內(nèi)置于活塞桿23內(nèi)，運動靈活不受外來干擾；力傳感器4固定在導(dǎo)向橫 梁3上，使拉伸力值準確并且不受各種摩擦力的影響；徑向變形傳感器13在試樣11的外表 面沿周向固定，數(shù)量2 8個，位置可調(diào)，可測量實體膨脹管徑向的應(yīng)力和應(yīng)變；液壓傳感器 22安裝在端部密封法蘭19上，在液壓膨脹過程中可測量水壓。膨脹管膨脹試驗時，打開保護罩18，將拉桿6穿入膨脹管試樣11內(nèi)部，將拉桿6和 膨脹管試樣11 一起吊入裝置右側(cè)內(nèi)，控制三抓卡盤10和定位法蘭16將膨脹管試樣11固 定，確保試樣11中心同活塞桿23中心同軸，調(diào)整中橫梁8位置，試樣11右端伸出定位法蘭 16外700 800mm，拉桿6右端通過螺紋裝配上膨脹錐17，左端通過鉸接方式5與導(dǎo)向橫梁3連接。
在加載機架側(cè)壁上的銷孔9內(nèi)裝入起脹浮動夾具12，調(diào)整夾具12夾持直徑與膨脹 管試樣11外徑相符合并牢固夾持，將徑向變形傳感器13固定在膨脹管試樣11的外表面， 傳感器數(shù)量4組，間距1000mm。關(guān)閉保護罩18，將中橫梁8上的液壓銷釘24穿入銷孔9，控制油缸1活塞桿23 帶動導(dǎo)向橫梁3，通過拉桿6牽引膨脹錐17由右向左對試樣11進行端部起脹，起脹長度 500mmo起脹完成后，膨脹管試樣11起脹端焊接端部密封法蘭19，中橫梁8上的液壓銷釘 24從銷孔9收回，控制中橫梁8和導(dǎo)向橫梁3左移，將端部密封法蘭19固定在定位法蘭16 上，從加載機架側(cè)壁上的銷孔9內(nèi)卸去起脹浮動夾具12，合上膨脹夾具20，三抓卡盤10松 開左移，此時膨脹管試樣11右端固定，左端和徑向自由。通過高壓注水管21注入液壓水推動膨脹錐17膨脹試樣11或油缸1通過活塞桿 23和導(dǎo)向橫梁3帶動拉桿6拉伸膨脹錐17對實體膨脹管試樣11進行膨脹或兩者同步配合 進行，通過控制油缸1的拉伸載荷或者高壓注水管21注入液壓水的壓力，或者膨脹錐17的 速度來進行膨脹試驗，當膨脹至膨脹錐17從膨脹管試樣11左端脫出時，完成膨脹試驗。試驗過程中傳感器系統(tǒng)記錄并輸出膨脹錐17位移、膨脹速度、拉伸載荷、液壓大 小以及實體膨脹管試樣徑向的應(yīng)力和應(yīng)變，實現(xiàn)對實體膨脹管膨脹性能進行試驗評價。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠，可以對不同規(guī)格、不同鋼級、不同膨脹率的膨脹管進 行復(fù)合膨脹試驗，具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明可實現(xiàn)機械拉伸膨脹、液壓膨脹、機械拉伸與液壓復(fù)合膨脹三種方式的膨 脹試驗。拉桿6、膨脹錐17和端部密封法蘭19可根據(jù)實體膨脹管試樣11不同規(guī)格、不同膨 脹率的需求而更換，以滿足實驗需要。油缸1可提供0 2000KN的軸向可控機械拉伸載荷，水壓系統(tǒng)可提供0 80MPa 的液壓力，并可實現(xiàn)可調(diào)控制。本發(fā)明采用微機電液伺服系統(tǒng)控制方式實現(xiàn)力、位移閉環(huán)控制，且兩種方式可平 滑切換。
權(quán)利要求
一種實體膨脹管復(fù)合加載膨脹試驗裝置，包括加載機架、膨脹試驗系統(tǒng)、膨脹夾持系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)，其特征在于加載機架由端橫梁(15)、導(dǎo)軌(2)、導(dǎo)向橫梁(3)、中橫梁(8)、機架側(cè)壁(26)組成，導(dǎo)向橫梁(3)和中橫梁(8)可沿導(dǎo)軌(2)軸向移動，中橫梁(8)橫向上設(shè)有液壓銷釘(24)，可與機架側(cè)壁(26)上的銷孔(9)連接使中橫梁(8)固定，膨脹試驗系統(tǒng)包括液壓油缸(1)、活塞桿(23)、拉桿(6)、膨脹錐(17)、定位法蘭(16)和高壓注水機構(gòu)(21)，液壓油缸(1)、活塞桿(23)、拉桿(5)、膨脹錐(17)順次連接構(gòu)成機械拉伸膨脹實驗裝置，定位法蘭(16)、高壓注水機構(gòu)(21)和膨脹錐(17)構(gòu)成液壓膨脹實驗裝置，膨脹夾持系統(tǒng)包括三抓卡盤(10)、起脹浮動夾具(12)、膨脹夾具(20)和定位法蘭(16)，三抓卡盤(10)和起脹浮動夾具(12)作為端部起脹試驗時夾持試驗試樣(11)的定徑膨脹夾持裝置，膨脹夾具(20)和定位法蘭(16)作為膨脹管膨脹試驗時夾持試驗試樣(11)的變徑膨脹夾持裝置，傳感器系統(tǒng)包括位移傳感器(25)、力傳感器(4)、徑向變形傳感器(13)和液壓傳感器(22)，膨脹試驗系統(tǒng)安裝在加載機架上，加載機架一側(cè)設(shè)有膨脹夾持系統(tǒng)，膨脹夾持系統(tǒng)夾持試驗試樣(11)，位移傳感器(25)設(shè)于活塞桿(23)上，導(dǎo)向橫梁(3)上設(shè)有力傳感器(4)，膨脹夾持系統(tǒng)夾持的試樣(11)外表面沿周向設(shè)有2～8個徑向變形傳感器(13)，密封法蘭(19)上設(shè)有液壓傳感器(22)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種實體膨脹管復(fù)合加載膨脹試驗裝置，其特征在于所述的 膨脹試驗系統(tǒng)包括液壓油缸(1)、活塞桿(23)、可更換拉桿(6)、膨脹錐(17)、膨脹錐連接接 頭(14)、端部密封法蘭(19)、定位法蘭(16)和高壓注水機構(gòu)(21)，機械拉伸膨脹實驗裝置 由下述部分構(gòu)成導(dǎo)向橫梁⑶一端通過活塞桿(23)與液壓油缸⑴連接，導(dǎo)向橫梁(3) 的另一端通過鉸接機構(gòu)(5)連接拉桿6，拉桿(6)下方設(shè)有支撐小車(7)，拉桿(6)的另一 端通過膨脹錐連接接頭(14)與膨脹錐(17)相連接；定位法蘭(16)上設(shè)有高壓注水機構(gòu) (21)和膨脹錐(17)構(gòu)成液壓膨脹實驗裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的一種實體膨脹管復(fù)合加載膨脹試驗裝置，其特征在于所述的 膨脹夾持系統(tǒng)包括三抓卡盤(10)、起脹浮動夾具(12)、膨脹夾具(20)和定位法蘭(16)，中 橫梁(8)與三抓卡盤(10)固定連接，三抓卡盤(10)和起脹浮動夾具(12)作為端部起脹試 驗時夾持試驗試樣(11)的定徑膨脹夾持裝置，三抓卡盤(10)和定位法蘭(16)將試樣(11) 固定并確保試樣(11)中心與活塞桿(23)中心同軸；起脹浮動夾具(12)通過加載機架側(cè)壁 上的銷孔(9)與加載機架連接，膨脹夾具(20)安裝在機架的底座上，膨脹夾具(20)和定位 法蘭(16)作為膨脹管膨脹試驗時夾持試驗試樣(11)的變徑膨脹夾持裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實體膨脹管復(fù)合加載膨脹試驗裝置，包括加載機架、膨脹試驗系統(tǒng)、膨脹夾持系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)，膨脹試驗系統(tǒng)固定在加載機架上，加載機架一側(cè)設(shè)有膨脹夾持系統(tǒng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，能提供0～2000kN的軸向可控機械拉伸載荷和0～80Mpa的液壓力，可實現(xiàn)對實體膨脹管整管進行機械拉伸膨脹或液壓膨脹或機械拉伸與液壓復(fù)合膨脹試驗，并可實時測量膨脹試驗過程中膨脹錐的位移、拉伸載荷、液壓壓力和實體膨脹管徑向變形數(shù)據(jù)，本發(fā)明可以滿足各種規(guī)格實體膨脹管整管或?qū)嶓w膨脹管連接結(jié)構(gòu)膨脹試驗，并在試驗過程中有效地避免了橫向失穩(wěn)，為實體膨脹管膨脹性能檢測、研究評價、整管結(jié)構(gòu)改進和膨脹工藝優(yōu)化提供了一種有效地試驗裝置。
文檔編號G01N3/04GK101957293SQ20101028591
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者上官豐收, 馮耀榮, 劉強, 林凱, 申昭熙, 白強 申請人:西安三環(huán)科技開發(fā)總公司