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    重庆时时彩宝宝五星8: 一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201610163616.X

    申请日:

    2016.03.22

    公开号:

    CN105606455A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 3/08申请日:20160322|||公开
    IPC分类号: G01N3/08 主分类号: G01N3/08
    申请人: 西南石油大学
    发明人: 徐璧华; 唐巍; 张彪; 熊昕东; 谢应权
    地址: 610500 四川省成都市新都区新都大道8号
    优先权:
    专利代理机构: 成都金英专利代理事务所(普通合伙) 51218 代理人: 袁英
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610163616.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.05.08|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种机械式模拟套管围压试验装置,它包括底座(1)、滑块(2)、压盖(3)、套管(5)、水泥环(6)和压力监测系统,底座(1)上开设有圆形槽(1-2)和多个滑槽(1-1),滑槽(1-1)以圆形槽(1-2)为中心径向均匀分布在底座(1)上,压力监测系统由应力应变片,信号转换器和计算机组成,套管(5)套装在圆形槽(1-2)上,在套管(5)的外周上设置有水泥环(6),滑块(2)为多个且滑动安装在对应的滑槽(1-1)上,应力应变片为多个,且周向均匀埋入水泥环(6)内,它还公开了该实验装置的试验方法。本发明的有益效果是:可操作性强、能实现套管非均匀外载试验和实验结果直观准确的优点。

    权利要求书

    1.一种机械式模拟套管围压试验装置,其特征在于:它包括底座(1)、滑块(2)、压盖(3)、套管(5)、水泥环(6)和压力监测系统,所述的底座(1)上开设有圆形槽(1-2)和多个滑槽(1-1),所述的滑槽(1-1)以圆形槽(1-2)为中心径向均匀分布在底座(1)上,所述的压力监测系统由应力应变片,信号转换器和计算机组成,其中应力应变片通过线路(4)与信号转换器连接,信号转换器与计算机电连接,所述的套管(5)套装在圆形槽(1-2)上,在套管(5)的外周上设置有水泥环(6),所述的滑块(2)为多个且滑动安装在对应的滑槽(1-1)上,所述的应力应变片为多个,且周向均匀埋入水泥环(6)内。2.根据权利要求1所述的一种机械式模拟套管围压试验装置,其特征在于:所述的滑块(2)有三种,其分别为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块,且任意一种滑块(2)收缩后其顶部形成一圆环。3.根据权利要求2所述的一种机械式模拟套管围压试验装置,其特征在于:所述的滑块(2)底部设置有与滑槽(1-1)滑动配合的矩形键(2-1),且矩形键(2-1)的高度大于滑槽(1-1)的深度,线路(4)从滑块(2)与底座(1)之间的间隙内引出,滑块(2)的外侧为圆锥面,滑块(2)的内侧为圆弧面。4.根据权利要求3所述的一种机械式模拟套管围压试验装置,其特征在于:所述的应力应变片位于套管(5)与水泥环(6)之间,在滑槽(1-1)正对的水泥环(6)上和相邻两个滑块(2)缝隙正对的水泥环(6)上均埋设有应力应变片,且应力应变片轴向位置位于该段水泥环(6)的中部。5.根据权利要求4所述的一种机械式模拟套管围压试验装置,其特征在于:所述的压盖(3)为圆口压盖,在圆口压盖内部开设有圆锥孔,且圆锥孔的内底直径小于圆环直径。6.根据权利要求4所述的一种机械式模拟套管围压试验装置,其特征在于:所述的压盖(3)为椭圆口压盖,椭圆口压盖内开设有一椭圆锥孔,椭圆锥孔的敞口和内底均为椭圆形,且敞口和内底的长短轴之比相同,椭圆锥孔的内底短轴小于圆环的外径。7.基于权利要求1~6任意一项所述的一种机械式模拟套管围压试验装置的围压方法,其特征在于:它包括以下步骤:S1:养护水泥环(6),并在水泥环(6)内埋入应力应变片;S2:将底座(1)放于压力试验机平台上,接着将带水泥环(6)的套管(5)安装在底座(1)的圆形槽(1-2)上,将一套滑块(2)分别安装在相应的滑槽(1-1)上,并使得滑块(2)内侧紧贴水泥环(6),然后将压盖(3)盖在滑块(2)的圆锥面上;S3:将压力检测系统的线路连接好,设置压力试验机向下移动速率,然后运行压力试验机,直至套管(5)被破坏。8.根据权利要求7所述的一种机械式模拟套管围压试验装置的围压方法,其特征在于:所述的水泥环(6)下端端口与圆形槽(1-2)的轴向长度大于圆形槽(1-2)的深度。9.根据权利要求7所述的一种机械式模拟套管围压试验装置的围压方法,其特征在于:所述的S2步骤中的滑块(2)为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块的组合,压盖(3)采用圆口压盖。10.根据权利要求7所述的一种机械式模拟套管围压试验装置的围压方法,其特征在于:所述的S2步骤中的滑块(2)为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块的组合,压盖(3)采用椭圆口压盖。

    说明书

    一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法

    技术领域

    本发明涉及油气井套管围压模拟,特别是一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法。

    背景技术

    套管广泛用于油气井固井与完井,保证井壁稳定和钻井顺利进行,形成油气流动通道。在油气井作业时,会面临塑性蠕变地层的非均布地应力作用以及复杂完井方式造成的高压差和交变应力作用。在复杂井筒条件下,生产套管失效日益增多,严重影响油井作业寿命。研究复杂井筒条件下水泥环与生产套管的力学行为,显得非常必要,然而进行此项研究需要一套模拟套管围压的试验装置。

    目前,模拟套管围压的设备一般是液压装置,通过液压向带水泥环的套管试件施加外载,由于液体的特性,液压装置只能做到外载的均匀分布,缺点是不能模拟非均布外载的效果。另外,液压装置的购置成本比较高,高液压设备可操作性也比较低。因此,需要一个能够模拟均布载荷和非均布载荷的装置,并且造价低廉以满足试验研究的需要。

    发明内容

    本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法。

    本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种机械式模拟套管围压试验装置,它包括底座、滑块、压盖、套管、水泥环和压力监测系统,所述的底座上开设有圆形槽和多个滑槽,所述的滑槽以圆形槽为中心径向均匀分布在底座上,所述的压力监测系统由应力应变片,信号转换器和计算机组成,其中应力应变片通过线路与信号转换器连接,信号转换器与计算机电连接,所述的套管套装在圆形槽上,在套管的外周上设置有水泥环,所述的滑块为多个且滑动安装在对应的滑槽上,所述的应力应变片为多个,且周向均匀埋入水泥环内。

    所述的滑块有三种,其分别为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块,且任意一种滑块收缩后其顶部形成一圆环。

    所述的滑块底部设置有与滑槽滑动配合的矩形键,且矩形键的高度大于滑槽的深度,线路从滑块与底座之间的间隙内引出,滑块的外侧为圆锥面,滑块的内侧为圆弧面。

    所述的应力应变片位于套管与水泥环之间,在滑槽正对的水泥环上和相邻两个滑块缝隙正对的水泥环上均埋设有应力应变片,且应力应变片轴向位置位于该段水泥环的中部。

    所述的压盖为圆口压盖,在圆口压盖内部开设有圆锥孔,且圆锥孔的内底直径小于圆环直径。

    所述的压盖为椭圆口压盖,椭圆口压盖内开设有一椭圆锥孔,椭圆锥孔的敞口和内底均为椭圆形,且敞口和内底的长短轴之比相同,椭圆锥孔的内底短轴小于圆环的外径。

    一种机械式模拟套管围压试验装置的围压方法,它包括以下步骤:

    S1:养护水泥环,并在水泥环内埋入应力应变片;

    S2:将底座放于压力试验机平台上,接着将带水泥环的套管安装在底座的圆形槽上,将一套滑块分别安装在相应的滑槽上,并使得滑块内侧紧贴水泥环,然后将压盖盖在滑块的圆锥面上;

    S3:将压力检测系统的线路连接好,设置压力试验机向下移动速率,然后运行压力试验机,直至套管被破坏。

    所述的水泥环下端端口与圆形槽的轴向长度大于圆形槽的深度。

    所述的S2步骤中的滑块为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块的组合,压盖采用圆口压盖。

    所述的S2步骤中的滑块为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块的组合,压盖采用椭圆口压盖。

    本发明具有以下优点:本发明将轴向压力转化为径向的挤压作用,相比液压装置更具有可操作性;本发明通过不同压盖和滑块的配合使用,巧妙地实现了非均布外载的效果,而液压装置不能实现非均布外载;本发明的套管外载监测是通过安置在关键点的应力应变片实现的,数据实时记录在计算机中,试验结果直观准确。

    附图说明

    图1是本发明的实施例的结构示意图;

    图2是图1中底座的结构示意图;

    图3是图2的左视示意图;

    图4是1/8圆滑块的主视示意图;

    图5是1/8圆滑块的左视示意图;

    图6是1/8圆滑块的俯视示意图;

    图7是圆口压盖的结构示意图;

    图8是圆口压盖的俯视示意图;

    图中,1-底座,2-滑块,3-压盖,4-线路,5-套管,6-水泥环,1-1-滑槽,1-2-圆形槽,2-1-矩形键。

    具体实施方式

    下面结合附图对本发明做进一步的描述,本发明的?;し段Р痪窒抻谝韵滤觯?/p>

    实施例一:

    如图1~图8所示,一种机械式模拟套管围压试验装置,它包括底座1、滑块2、压盖3、套管5、水泥环6和压力监测系统,所述的底座1上开设有圆形槽1-2和多个滑槽1-1,所述的滑槽1-1以圆形槽1-2为中心径向均匀分布在底座1上,优选的滑槽1-1为八个,且构成“米”字形,所述的压力监测系统由应力应变片,信号转换器和计算机组成,其中应力应变片通过线路4与信号转换器连接,信号转换器与计算机电连接,所述的套管5套装在圆形槽1-2上,在套管5的外周上设置有水泥环6,所述的滑块2为多个且滑动安装在对应的滑槽1-1上,所述的应力应变片为多个,且周向均匀埋入水泥环6内。

    进一步的,所述的滑块2有三种,其分别为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块,且任意一种滑块2收缩后其顶部形成一圆环,在实验时,可根据需要选择半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块的组合,近似模拟套管均布外载,优选的选择八个1/8圆滑块,每个滑块之间有4mm的缝隙,保证相邻滑块在套管5破坏之前不相接触,而选择半圆滑块和1/4圆滑块还可模拟套管非均匀外载,其中半圆滑块合围试件表面时,滑块2之间留有16mm的间隙,1/4圆滑块合围试件表面时,滑块之间留有8mm的间隙。

    进一步的,所述的滑块2底部设置有与滑槽1-1滑动配合的矩形键2-1,且矩形键2-1的高度大于滑槽1-1的深度,从而使得滑块2的底部与底座1之间具有间隙,并且在滑槽1-1与矩形键2-1上涂抹有润滑油,从而降低滑块2与底座1之间的摩擦力,以便于滑块2滑动,降低摩擦力对测试效果的影响,所述的线路4从滑块2与底座1之间的间隙内引出,滑块2的外侧为圆锥面,滑块2的内侧为圆弧面,滑块2的内侧壁能够紧贴水泥环6的外侧壁。

    进一步的,所述的应力应变片位于套管5与水泥环6之间,在滑槽1-1正对的水泥环6上和相邻两个滑块2缝隙正对的水泥环6上均埋设有应力应变片,且应力应变片轴向位置位于该段水泥环6的中部,即当滑块2采用1/8圆滑块时,应力应变片为16个,其中有八个应力应变片正对滑槽1-1,有八个应力应变片正对相邻两个滑块2的缝隙。

    在本实施例中,所述的压盖3为圆口压盖,在圆口压盖内部开设有圆锥孔,且圆锥孔的内底直径小于圆环直径,从而使得压盖3下行过程中,能够逐渐加大对滑块2的压力,直至套管5破裂。

    实施例二:

    本实施例的结构基本与实施例一的结构相同,唯一不同点为,所述的压盖3为椭圆口压盖,椭圆口压盖内开设有一椭圆锥孔,椭圆锥孔的敞口和内底均为椭圆形,且敞口和内底的长短轴之比相同,椭圆锥孔的内底短轴小于圆环的外径,该结构主要用于套管非均匀围压。

    一种机械式模拟套管围压试验装置的围压方法,它包括以下步骤:

    S1:养护水泥环6,并在水泥环6内埋入应力应变片;

    S2:将底座1放于压力试验机平台上,接着将带水泥环6的套管5安装在底座1的圆形槽1-2上,将一套滑块2分别安装在相应的滑槽1-1上,并使得滑块2内侧紧贴水泥环6,然后将压盖3盖在滑块2的圆锥面上;

    S3:将压力检测系统的线路连接好,设置压力试验机向下移动速率,然后运行压力试验机,直至套管5被破坏。

    进一步的,所述的水泥环6下端端口与圆形槽1-2的轴向长度大于圆形槽1-2的深度,避免了水泥环6下端端口与底座1之间的摩擦力对测试结果的影响。

    进一步的,所述的S2步骤中的滑块2为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块的组合,压盖3采用圆口压盖,当需要测试均布外载模拟试验时,综合考虑滑块2和水泥环6接触面的应力分布和滑块之间的间隙无受力情况,优选的选择8个1/8圆滑块和圆口压盖,当需要测试非均布外载模拟试验时,根据受力分析,可选择两个半圆形滑块和圆口压盖的组合,而测试非均布外载模拟试验,还可按照以下实施方式进行,即滑块2采用半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块的组合,而压盖3则采用椭圆口压盖,采用椭圆口压盖,从而使得压盖对滑块2的压力不一致,从而使得滑块2的松紧程度不一样,从而使得滑块2对水泥环6的围压为非均匀围压,在该实施方式下,滑块2优选的选择8个1/8圆滑块,在具体操作过程中,可以采用多种滑块与压盖的组合,以形成不同的围压方式,从而得出相应的测试数据。

    本发明的工作原理如下:滑块2和压盖3的弧形斜面,将作用在压盖3和底座1的轴向正压力转化为作用在套管5上的径向应力,径向应力通过受力分析算出,试验时应力应变片的应变信号通过线路4传到信号转换器,通过信号转换器转换为应力信号传到计算机上形成套管-水泥环的中间应力与时间的关系曲线,从曲线上可以分析出水泥环破碎和套管失稳破坏时套管-水泥环的中间压力,即当曲线斜率有减小趋势,说明水泥环6有破碎的迹象,试验继续进行,当曲线有明显下降时,说明套管5失稳破坏,突变点的压力即为套管5破坏时的外载,并记下压力试验机上的数据,通过受力分析可计算出套管5破坏时水泥环6的外载。

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    一种 机械式 模拟 套管 试验装置 及其 方法
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