本發(fā)明涉及開發(fā)油氣田過程中的測井技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種油氣井井下射孔爆炸射孔管柱力學(xué)實驗系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

射孔作業(yè)的目的在于使井筒與油氣層之間形成通路，是油氣田開采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，射孔技術(shù)的發(fā)展與完善對油氣田的高效開采具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。

油氣管射孔完井是在井下射孔槍發(fā)射射孔彈射穿油層套管、水泥環(huán)并穿透油層某一深度，建立起油流的通道，提高產(chǎn)能效率的完井方式。但是射孔時，射孔彈的爆炸沖擊波以及爆炸產(chǎn)生的高壓氣泡產(chǎn)生的脈動能會使油管柱發(fā)生變形，強烈的變形會導(dǎo)致卡柱、封隔器中心管斷裂、油管發(fā)生塑性彎曲損壞或失效等井下事故，故對于射孔時井下壓力場的研究顯得尤為重要。

目前，實際油井射孔作業(yè)中多采用將有槍身的射孔槍接在油管尾部輸送至射孔作業(yè)層進行射孔作業(yè)，相比較于電纜輸送射孔作業(yè)，油管輸送射孔作業(yè)有如下優(yōu)點：對油氣層傷害??；槍身在井中扶正好；可以進行高孔密、多相位、大孔徑射孔；可以與地層測試、酸化壓裂等聯(lián)作。但是相比較于電纜輸送作業(yè)，油管輸送射孔作業(yè)在射孔引爆方式上存在不足，電纜輸送采用的是電擊火擊發(fā)，而油管輸送作業(yè)引爆比較復(fù)雜，當(dāng)前有：重力引爆；油管加壓引爆；環(huán)空加壓引爆。然而國內(nèi)外的研究主要集中于動靜力學(xué)的數(shù)值模擬，必要的實驗手段和研究方法也不夠完善，傳統(tǒng)的模擬和測試方式難以全面的對管柱的動力學(xué)響應(yīng)進行測試。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，能夠采集射孔時井下壓力場的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括射孔時的環(huán)空壓力場和管柱的徑向、軸向以及周向的加速度時域變化值，為分析射孔時井下事故發(fā)生機理提供分析依據(jù)，指導(dǎo)施工作業(yè)以避免事故的發(fā)生，提供一種保證管柱強度需求、提高產(chǎn)油率有重要意義、實驗操作簡單的油氣井井下射孔爆炸射孔管柱力學(xué)實驗系統(tǒng)及其方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種油氣井井下射孔爆炸射孔管柱力學(xué)實驗系統(tǒng)，它包括實驗水池、設(shè)置于實驗水池內(nèi)的射孔管柱、設(shè)置于實驗水池外且順次電連接的信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和計算機；

所述的射孔管柱包括由上往下順次連接的油管、封隔管、套管、加速度測試短節(jié)A、減震器、加速度測試短節(jié)B和射孔槍，所述的套管內(nèi)安裝有壓力傳感器，所述的套管的下端部設(shè)置有外螺紋，所述的加速度測試短節(jié)A和加速度測試短節(jié)B的結(jié)構(gòu)相同，加速度測試短節(jié)A包括柱頭和螺紋頭，螺紋頭固連于柱頭底部，柱頭的頂端開設(shè)有螺紋孔A，螺紋頭的底部順次設(shè)置有圓盤和加速度安裝架，加速度安裝架的左右側(cè)均為平面，左右平面上均安裝有徑向加速度傳感器，加速度安裝架的前后側(cè)均設(shè)置有相互錯開的直角，兩個直角上設(shè)置均安裝有周向加速度傳感器，圓盤上安裝有軸向加速度傳感器，加速度安裝架上開設(shè)有連通螺紋孔A的通孔A；

所述的減震器包括筒體、設(shè)置于筒體內(nèi)且位于上下端的上端蓋和下端蓋、設(shè)置于筒體內(nèi)減震彈簧、滑套和導(dǎo)向軸，筒體內(nèi)開設(shè)有位于上端蓋上方的螺紋孔B，導(dǎo)向軸與上端蓋相連，導(dǎo)向軸內(nèi)開設(shè)有連通螺紋孔B的通孔B，滑套套裝于導(dǎo)向軸上且貫穿下端蓋設(shè)置，滑套的伸出端開設(shè)有外螺紋，導(dǎo)向軸還上套有抵壓于滑套與上端蓋之間的減震彈簧；

所述的套管的外螺紋與加速度測試短節(jié)A的螺紋孔A螺紋連接，加速度測試短節(jié)A的螺紋頭與筒體的螺紋孔B螺紋連接，滑套的外螺紋與加速度測試短節(jié)B的螺紋孔A螺紋連接，加速度測試短節(jié)B的螺紋頭與射孔槍連接；

所述的壓力傳感器、徑向加速度傳感器、周向加速度傳感器和軸向加速度傳感器均與信號放大器電連接。

所述的油管與封隔管之間經(jīng)油管卡箍鎖緊。

所述的封隔管與套管之間經(jīng)套管卡箍鎖緊。

所述的實驗水池內(nèi)設(shè)置有三腳架，所述的射孔管柱位于三腳架所圍成的區(qū)域內(nèi)，且三腳架經(jīng)連接桿與卡箍相連。

所述的螺紋孔A、螺紋孔B均勻為錐螺紋孔。

所述的系統(tǒng)在油氣井井下射孔爆炸射孔管柱的力學(xué)實驗方法，它包括以下步驟：

S1、按照標(biāo)準(zhǔn)將射孔彈裝入射孔槍中；

S2、將射孔管柱下入實驗水池中，當(dāng)下入到一定深度后，將各個傳感器輸出線連接在信號放大器上，再將信號放大器連接在A/D轉(zhuǎn)換器上，最后將A/D轉(zhuǎn)換器連接在計算機上；

S3、測試和調(diào)節(jié)信號放大器，使整個實驗系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)；

S4、通過導(dǎo)爆索引爆射孔槍上的射孔彈，壓力傳感器采集射孔管柱所受到的瞬時壓力場，壓力傳感器將該數(shù)據(jù)傳遞給信號放大器，信號放大器再將數(shù)據(jù)傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳遞給計算機存儲；徑向加速度傳感器、周向加速度傳感器和軸向加速度傳感器分別采集射孔管柱在其徑向方向、周向方向、軸向方向的加速度，加速度傳感器將該數(shù)據(jù)傳遞給信號放大器，信號放大器再將數(shù)據(jù)傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將加速度信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳遞給計算機存儲；

S5、計算機根據(jù)收集的加速度數(shù)據(jù)計算出射孔作業(yè)時射孔管柱的速度變化曲線、位移變化曲線；計算機還可根據(jù)收集的壓力數(shù)據(jù)計算出射孔作業(yè)時射孔管柱的壓力變化曲線，最后通過分析曲線即可得出射孔管柱在射孔作業(yè)后管柱的失效機理，以保證管柱強度需求，對提高產(chǎn)油率有著積極意義。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的模擬和測試方式難以全面的對管柱的動力學(xué)響應(yīng)進行測試，能夠采集射孔時井下壓力場的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括射孔時的環(huán)空壓力場和管柱的徑向、軸向以及周向的加速度時域變化值，為分析射孔時井下事故發(fā)生機理提供分析依據(jù)，指導(dǎo)施工作業(yè)以避免事故的發(fā)生，通過本實驗系統(tǒng)能夠保證管柱強度需求，確保了如何提高產(chǎn)油率起到了重要意義。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為射孔管柱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 為加速度測試短節(jié)A的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4 為加速度傳感器與加速度測試短節(jié)A的安裝示意圖；

圖5 為圖4的俯視圖；

圖6 為減震器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7 為壓力傳感器與套管的安裝示意圖；

圖中，1-實驗水池，2-射孔管柱，3-信號放大器，4- A/D轉(zhuǎn)換器，5-計算機，6-油管，7-封隔管，8-套管，9-加速度測試短節(jié)A，10-減震器，11-加速度測試短節(jié)B，12-射孔槍，13-壓力傳感器，14-柱頭，15-螺紋頭，16-螺紋孔A，17-圓盤，18-加速度安裝架，19-徑向加速度傳感器，20-周向加速度傳感器，21-軸向加速度傳感器，22-通孔A，23-筒體，24-減震彈簧，25-滑套，26-導(dǎo)向軸，27-螺紋孔B，28-油管卡箍，29-套管卡箍，30-三腳架，31-通孔B。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述：

如圖1~7所示，一種油氣井井下射孔爆炸射孔管柱力學(xué)實驗系統(tǒng)，它包括實驗水池1、設(shè)置于實驗水池1內(nèi)的射孔管柱2、設(shè)置于實驗水池1外且順次電連接的信號放大器3、A/D轉(zhuǎn)換器4和計算機5；所述的射孔管柱2包括由上往下順次連接的油管6、封隔管7、套管8、加速度測試短節(jié)A9、減震器10、加速度測試短節(jié)B11和射孔槍12，所述的油管6與封隔管7之間經(jīng)油管卡箍28鎖緊，所述的封隔管7與套管8之間經(jīng)套管卡箍29鎖緊，所述的套管8內(nèi)安裝有壓力傳感器13，所述的套管8的下端部設(shè)置有外螺紋，所述的加速度測試短節(jié)A9和加速度測試短節(jié)B11的結(jié)構(gòu)相同，加速度測試短節(jié)A9包括柱頭14和螺紋頭15，螺紋頭15固連于柱頭14底部，柱頭14的頂端開設(shè)有螺紋孔A16，螺紋頭15的底部順次設(shè)置有圓盤17和加速度安裝架18，加速度安裝架18的左右側(cè)均為平面，左右平面上均安裝有徑向加速度傳感器19，加速度安裝架18的前后側(cè)均設(shè)置有相互錯開的直角，兩個直角上設(shè)置均安裝有周向加速度傳感器20，圓盤17上安裝有軸向加速度傳感器21，加速度安裝架18上開設(shè)有連通螺紋孔A16的通孔A22。

所述的減震器10包括筒體23、設(shè)置于筒體23內(nèi)且位于上下端的上端蓋和下端蓋、設(shè)置于筒體23內(nèi)減震彈簧24、滑套25和導(dǎo)向軸26，筒體23內(nèi)開設(shè)有位于上端蓋上方的螺紋孔B27，導(dǎo)向軸26與上端蓋相連，導(dǎo)向軸26內(nèi)開設(shè)有連通螺紋孔B27的通孔B31，滑套25套裝于導(dǎo)向軸26上且貫穿下端蓋設(shè)置，滑套25的伸出端開設(shè)有外螺紋，導(dǎo)向軸26還上套有抵壓于滑套25與上端蓋之間的減震彈簧24，當(dāng)引爆射孔槍12上的射孔彈后，加速度測試短節(jié)B11隨著滑套25做向上運動，滑套25沿著導(dǎo)向軸26向上移動，在移動過程中，滑套25壓縮減震彈簧24，避免射孔槍12上產(chǎn)生的震動直接傳遞到加速度短節(jié)A9上而導(dǎo)致整個射孔管柱損壞，起到了很好的減震效果，保證了實驗的順利進行。

所述的套管8的外螺紋與加速度測試短節(jié)A9的螺紋孔A16螺紋連接，由于套管8與加速度測試短節(jié)A9螺紋連接，因此當(dāng)在做不同實驗時，只需更換套管8下部的結(jié)構(gòu)，操作非常簡便。加速度測試短節(jié)A9的螺紋頭15與筒體23的螺紋孔B27螺紋連接，滑套25的外螺紋與加速度測試短節(jié)B11的螺紋孔A16螺紋連接，加速度測試短節(jié)B11的螺紋頭15與射孔槍12連接。

所述的壓力傳感器13、徑向加速度傳感器19、周向加速度傳感器20和軸向加速度傳感器21均與信號放大器3電連接。所述的壓力傳感器13的數(shù)據(jù)線順次穿過套管8、封隔管7和油管6最后與信號放大器3連接；所述的加速度測試短節(jié)A9上的各加速度傳感器的數(shù)據(jù)線順次穿過通孔A22、螺紋孔A16、套管8、封隔管7和油管6最后與信號放大器3連接；所述的加速度測試短節(jié)B11上的各加速度傳感器的數(shù)據(jù)線順次穿過滑套25、通孔B31、加速度測試短節(jié)A9、套管8、封隔管7和油管6最后與信號放大器3連接；所述的射孔槍12的導(dǎo)爆索順次穿過加速度測試短節(jié)B11、減震器10、加速度測試短節(jié)A9、套管8、封隔管7和油管6最后與信號放大器3連接。

所述的實驗水池1內(nèi)設(shè)置有三腳架30，所述的射孔管柱2位于三腳架30所圍成的區(qū)域內(nèi)，且三腳架30經(jīng)連接桿與卡箍相連；所述的螺紋孔A16、螺紋孔B27均勻為錐螺紋孔，因此當(dāng)在實驗時可改變?nèi)_架30的位置來實現(xiàn)射孔作業(yè)時封隔器位置變化對管柱力學(xué)響應(yīng)的影響。

如圖1所示，所述的系統(tǒng)在油氣井井下射孔爆炸射孔管柱的力學(xué)實驗方法，它包括以下步驟：

S1、按照標(biāo)準(zhǔn)將射孔彈裝入射孔槍12中；

S2、將射孔管柱2下入實驗水池1中，當(dāng)下入到一定深度后，將各個傳感器輸出線連接在信號放大器3上，再將信號放大器3連接在A/D轉(zhuǎn)換器4上，最后將A/D轉(zhuǎn)換器4連接在計算機5上；

S3、測試和調(diào)節(jié)信號放大器3，使整個實驗系統(tǒng)處于待工作狀態(tài)；

S4、通過導(dǎo)爆索引爆射孔槍12上的射孔彈，壓力傳感器13采集射孔管柱2所受到的瞬時壓力場，壓力傳感器13將該數(shù)據(jù)傳遞給信號放大器3，信號放大器3再將數(shù)據(jù)傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器4，A/D轉(zhuǎn)換器4壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳遞給計算機5存儲；徑向加速度傳感器19、周向加速度傳感器20和軸向加速度傳感器21分別采集射孔管柱2在其徑向方向、周向方向、軸向方向的加速度，加速度傳感器將該數(shù)據(jù)傳遞給信號放大器3，信號放大器3再將數(shù)據(jù)傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器4，A/D轉(zhuǎn)換器4將加速度信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳遞給計算機5存儲；

S5、計算機5根據(jù)收集的加速度數(shù)據(jù)計算出射孔作業(yè)時射孔管柱2的速度變化曲線、位移變化曲線；計算機5還可根據(jù)收集的壓力數(shù)據(jù)計算出射孔作業(yè)時射孔管柱2的壓力變化曲線，最后通過分析曲線即可得出射孔管柱在射孔作業(yè)后管柱的失效機理，以保證管柱強度需求，對提高產(chǎn)油率有著積極意義。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。