一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及石油與天然氣鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法及裝置。
技術(shù)背景
[0002]在油氣鉆井和生產(chǎn)過程中，石油套管起著保護(hù)井眼、加固井壁、隔絕井中的油、氣、水層及封固各種復(fù)雜地層的作用?，F(xiàn)場失效數(shù)據(jù)表明:按照API標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的套管在塑性蠕變地層和傾角較大的地層中仍發(fā)生變形乃至擠毀，如川渝氣田的龍崗001-1井、龍崗001-2井、龍崗39井、龍崗13井、普光204-2H井，塔里木油田的英深一井，塔河油田的TK1127井的套管均屬于鹽巖層的非均勻擠毀，其主要原因是在傳統(tǒng)的套管抗擠強(qiáng)度設(shè)計(jì)中沒有考慮非均勻載荷引起套管抗擠強(qiáng)度的降低或套管設(shè)計(jì)方法不完善所致。
[0003]此外，在彎曲井眼即狗腿度(狗腿度是用來測量井眼彎曲程度或變化快慢的參數(shù)單位:度/100米。)或井斜角較大的層段，套管除受到非均勻載荷之外，還要承受附加彎矩載荷的作用，且狗腿度或井斜角較大，所受的附加彎矩越大。由此可知，彎曲井眼內(nèi)套管的受力尤為復(fù)雜，套管極容易發(fā)生非均勻擠毀失效。
[0004]目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)均勻載荷下套管擠毀強(qiáng)度做了大量研究，且形成了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如API5C3和IS010400標(biāo)準(zhǔn)。然而，僅有部分學(xué)者對(duì)非均勻載荷下的套管擠毀強(qiáng)度進(jìn)行了理論研究，其理論計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和可靠性缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，且沒有考慮彎曲井眼狗腿度即附加彎矩對(duì)非均勻載荷下套管擠毀強(qiáng)度的影響。
[0005]眾所周知，套管抗擠強(qiáng)度的真實(shí)值是套管設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)，因此，為優(yōu)化彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，適合非均勻載荷作用下彎曲套管擠毀強(qiáng)度的測試研究迫在眉睫。為此，本發(fā)明提出一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法及裝置，可準(zhǔn)確測試并獲取不同狗腿度(井眼彎曲程度)下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度，促進(jìn)套管非均勻擠毀強(qiáng)度研究的進(jìn)一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法及裝置，以解決非均勻載荷作用下彎曲套管擠毀強(qiáng)度難以準(zhǔn)確獲取的技術(shù)難題，為彎曲井眼套管非均勻擠毀強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供重要參考，并在達(dá)到上述目的的同時(shí)，簡化測試裝置的復(fù)雜性，降低設(shè)備的成本。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:利用推力軸承和右夾具(右夾具可在推力軸承的作用下發(fā)生上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。)給用左夾具和支架固定的套管施加附加彎矩，使套管彎曲并產(chǎn)生一定的狗腿度，采用壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭和后移動(dòng)壓頭給彎曲套管施加非均勻載荷，同時(shí)通過套管外壁上的應(yīng)變片和應(yīng)變儀記錄不同外載荷下的套管應(yīng)變，基于測試數(shù)據(jù)繪制非均勻載荷與套管應(yīng)變的關(guān)系曲線，通過計(jì)算得到該狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度，改變狗腿度可以得到不同狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度，所屬的模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法包括以下步驟:
a.利用左夾具將外壁貼有應(yīng)變片的套管水平固定于支架上；
b.采用推力軸承和右夾具給套管施加附加彎矩，使套管彎曲并產(chǎn)生一定的狗腿度；
c.通過壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭和后移動(dòng)壓頭給彎曲套管施加非均勻載荷，同時(shí)采用應(yīng)變片和應(yīng)變儀記錄不同外載荷下的套管應(yīng)變；
d.基于測試數(shù)據(jù)繪制非均勻載荷與套管應(yīng)變的關(guān)系曲線，通過計(jì)算得到該狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度；
e.根據(jù)井下實(shí)際情況，改變套管的狗腿度，重復(fù)步驟a、b、c和d可得到不同狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度。
[0008]為使用上述方法，本發(fā)明提供一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試裝置，主要包括:左夾具、套管、前移動(dòng)壓頭、應(yīng)變片、右夾具、推力軸承、底座、后移動(dòng)壓頭、支架、應(yīng)變儀和導(dǎo)線，其中左夾具、支架、右夾具和推力軸承固定于底座上，左夾具和支架用于固定套管，右夾具和推力軸承用于給套管施加附加彎矩，使套管彎曲并產(chǎn)生狗腿度，壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭和后移動(dòng)壓頭用于給套管施加非均勻載荷，套管外壁的應(yīng)變片通過導(dǎo)線與應(yīng)變儀相連，用于測量非均勻載荷下彎曲套管的變形規(guī)律及非均勻擠毀強(qiáng)度。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明提供的測試方法及裝置可準(zhǔn)確模擬測試并獲取彎曲井眼中套管在非均勻載荷下的擠毀強(qiáng)度，得到狗腿度即彎曲程度對(duì)套管非均勻擠毀強(qiáng)度的影響規(guī)律，可為套管擠毀強(qiáng)度(尤其是彎曲井眼中套管的非均勻擠毀強(qiáng)度)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其理論研究提供有力的指
B
寸ο
【附圖說明】
[0010]圖1為測試裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0012]本發(fā)明利用推力軸承和右夾具(右夾具可在推力軸承的作用下發(fā)生上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。)給用左夾具和支架固定的套管施加附加彎矩，使套管彎曲并產(chǎn)生一定的狗腿度，采用壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭和后移動(dòng)壓頭給彎曲套管施加非均勻載荷，同時(shí)通過套管外壁上的應(yīng)變片和應(yīng)變儀記錄不同外載荷下的套管應(yīng)變，基于測試數(shù)據(jù)繪制非均勻載荷與套管應(yīng)變的關(guān)系曲線，通過計(jì)算得到該狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度，改變狗腿度可以得到不同狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度。
[0013]如圖1所示，為使用上述方法，本發(fā)明提供一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試裝置，主要包括:左夾具1、套管2、前移動(dòng)壓頭3、應(yīng)變片4、右夾具5、推力軸承6、底座7、后移動(dòng)壓頭8、支架9、應(yīng)變儀10和導(dǎo)線11，其中左夾具1、支架9、右夾具5和推力軸承6用于給套管2施加附加彎矩，使套管2彎曲并產(chǎn)生狗腿度，壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭3和后移動(dòng)壓頭8用于給套管2施加非均勻載荷，套管2外壁的應(yīng)變片4通過導(dǎo)線11與應(yīng)變儀10相連，用于測量非均勻載荷下彎曲套管2的變形規(guī)律及非均勻擠毀強(qiáng)度。
[0014]利用本發(fā)明提供的測試方法及裝置對(duì)彎曲井眼中套管的非均勻擠毀強(qiáng)度進(jìn)行測試，具體測試過程包括以下步驟:
a.利用左夾具1將外壁貼有應(yīng)變片4的套管2水平固定于支架9上；
b.采用推力軸承6和右夾具5給套管2施加附加彎矩，使套管2彎曲并產(chǎn)生一定的狗腿度；
c.通過壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭3和后移動(dòng)壓頭8給彎曲套管2施加非均勻載荷，同時(shí)采用應(yīng)變片4和應(yīng)變儀10記錄不同外載荷下的套管應(yīng)變；
d.基于測試數(shù)據(jù)繪制非均勻載荷與套管應(yīng)變的關(guān)系曲線，通過計(jì)算得到該狗腿度下套管2的非均勻擠毀強(qiáng)度；
e.根據(jù)井下實(shí)際情況，改變套管2的狗腿度，重復(fù)步驟a、b、c和d可得到不同狗腿度下套管2的非均勻擠毀強(qiáng)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法，其特征在于，所述的模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法包括以下步驟: a.利用左夾具(1)將外壁貼有應(yīng)變片(4)的套管(2)水平固定于支架(9)上； b.采用推力軸承(6)和右夾具(5)給套管(2)施加附加彎矩，使套管(2)彎曲并產(chǎn)生一定的狗腿度； c.通過壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭(3)和后移動(dòng)壓頭(8)給彎曲套管(2)施加非均勻載荷，同時(shí)采用應(yīng)變片(4)和應(yīng)變儀(10)記錄不同外載荷下的套管應(yīng)變； d.基于測試數(shù)據(jù)繪制非均勻載荷與套管應(yīng)變的關(guān)系曲線，通過計(jì)算得到該狗腿度下套管(2)的非均勻擠毀強(qiáng)度； e.根據(jù)井下實(shí)際情況，改變套管(2)的狗腿度，重復(fù)步驟a、b、c和d可得到不同狗腿度下套管(2)的非均勻擠毀強(qiáng)度。2.一種為權(quán)利要求1所述的方法使用的模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試裝置，其特征在于該裝置主要包括:左夾具(1)、套管(2)、前移動(dòng)壓頭(3)、應(yīng)變片(4)、右夾具(5)、推力軸承(6)、底座(7)、后移動(dòng)壓頭(8)、支架(9)，其中左夾具(1)、支架(9)、右夾具(5)和推力軸承￠)固定于底座(7)上，左夾具(1)和支架(9)用于固定套管(2)，右夾具(5)在推力軸承(6)作用下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)用于給套管(2)施加附加彎矩，使套管(2)彎曲并產(chǎn)生狗腿度，壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭(3)和后移動(dòng)壓頭(8)用于給套管(2)施加非均勻載荷，套管(2)外壁的應(yīng)變片(4)通過導(dǎo)線(11)與應(yīng)變儀(10)相連，用于測量非均勻載荷下彎曲套管(2)的變形規(guī)律及非均勻擠毀強(qiáng)度。
【專利摘要】一種模擬彎曲套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試方法及裝置，其特點(diǎn)是：利用推力軸承和右夾具給用左夾具和支架固定的套管施加附加彎矩，其中右夾具可在推力軸承的作用下發(fā)生上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使套管彎曲并產(chǎn)生一定的狗腿度，采用壓力試驗(yàn)機(jī)的前移動(dòng)壓頭和后移動(dòng)壓頭給彎曲套管施加非均勻載荷，同時(shí)通過套管外壁上的應(yīng)變片和應(yīng)變儀記錄不同外載荷下的套管應(yīng)變，基于測試數(shù)據(jù)繪制非均勻載荷與套管應(yīng)變的關(guān)系曲線，通過計(jì)算得到該狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度，改變狗腿度可以得到不同狗腿度下套管的非均勻擠毀強(qiáng)度。該測試方法及裝置適用于彎曲井眼中套管非均勻擠毀強(qiáng)度的測試研究。
【IPC分類】G01N3/12
【公開號(hào)】CN105352807
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510783202
【發(fā)明人】鄧寬海, 林元華, 曾德智, 劉婉穎, 王錦昌, 王其軍, 仝闖闖, 周祿江, 李佳蓮, 韓禮紅
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日