專利名稱：一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置，屬石油工程勘探開發(fā) 技術領域。
技術背景連續(xù)油管作業(yè)技術是21世紀石油工業(yè)中最有發(fā)展?jié)摿蜕Φ膭?chuàng)新技術之 一。使用連續(xù)油管能在不用鉆機和不壓井的條件下，向井內泵送流體和通過完井管柱下工 具儀器，其本身固有的強度和柔性也特別適用于水平井作業(yè)。但在連續(xù)油管作業(yè)中由于與井壁、井液等之間摩擦產生井下阻力可能使得連續(xù)油 管在井筒內發(fā)生屈曲甚至鎖死，導致連續(xù)油管和井下工具組合不能下入預定井深或不能在 井筒內延伸，因此，保證入井連續(xù)油管管柱及井下作業(yè)設備的可靠性已成為確保作業(yè)成功 的關鍵。目前國內尚未開展相關連續(xù)油管井下力學行為實驗研究，國外雖然進行了一些管 柱在管內的屈曲實驗研究，但尚未進行有關于連續(xù)油管的屈曲實驗研究，而且大多數(shù)也只 是對理論模型的驗證，并未考慮流體和水平井因素的影響。只有針對不同井身結構并考慮水平井在內的全井段模型，全面地開展實驗工作， 才能有助于更好地了解連續(xù)油管在井下的力學行為。進行不同井身結構連續(xù)油管井下力學 行為的實驗研究，將為提高連續(xù)油管井下作業(yè)的成功率、延長連續(xù)油管和配套工具的使用 壽命、更好地開展連續(xù)油管水平井作業(yè)等提供科學依據(jù)。因此，設計提供一種簡單準確的連 續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置是非常必要的。
發(fā)明內容為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種連續(xù)油管井下力學行 為模擬實驗裝置，可模擬連續(xù)油管在注入和起出狀態(tài)下，在油、套管內的變形和解除變形的 過程，可實時測試模擬連續(xù)油管兩端的軸向載荷，具有結構簡單、設計合理、安裝拆除方便、 占用空間小、可以重復利用、經濟適用的特點。本實用新型是通過如下技術方案來實現(xiàn)上述目的的。一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置，由電動驅動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析 系統(tǒng)、模擬油管井筒系統(tǒng)、輔助工裝系統(tǒng)和影像記錄系統(tǒng)組成；所述的電動驅動控制系統(tǒng)由 步進電機電動缸、步進電機控制器構成；所述的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)由首端拉壓傳感器、末端 拉壓傳感器、數(shù)顯儀表、數(shù)據(jù)采集卡和計算機構成；所述的模擬油管井筒系統(tǒng)由模擬連續(xù)油 管和模擬油套管構成；所述的輔助工裝系統(tǒng)由固定平臺、固定臺架、首端連接頭、長連接頭、 井口連接頭、井底連接頭、末端連接頭、卡箍和末端固定座構成；所述的影像記錄系統(tǒng)由四 臺攝像機構成。本實用新型與現(xiàn)有的技術相比具有如下有益效果1、本實用新型可模擬連續(xù)油管在注入和起出狀態(tài)下，在油、套管內的變形和解除變形的過程，可實時測試模擬連續(xù)油管兩端的軸向載荷，整個過程實現(xiàn)了自動化控制。2、本實用新型解決了兩種以上連續(xù)油管及含水平井井筒組合的井下力學行為模 擬和屈曲分析的問題，可檢測和記錄管柱軸向拉壓力、螺旋屈曲的螺距、發(fā)生屈曲鎖死的位置等。3、本實用新型結構簡單、設計合理、安裝拆除方便、占用空間小、經濟適用，對生產 現(xiàn)場有很好的指導作用。


圖1為本實用新型的整體結構示意圖。圖2為本實用新型的模擬油管井筒部分的結構示意圖。圖3為本實用新型的井口連接頭部分的結構示意圖。在圖中1.固定平臺、2.步進電機電動缸、3.首端連接頭、4.首端拉壓傳感器、 5.長連接頭、6.井口連接頭、7.模擬連續(xù)油管、8.模擬油套管、9.固定臺架、10.卡箍、 11.井底連接頭、12.末端拉壓傳感器、13.末端連接頭、14.末端固定座、15.步進電機控制 器、16.第一數(shù)顯儀表、17.第二數(shù)顯儀表、18.數(shù)據(jù)采集卡、19.計算機、20.攝像機。
具體實施方式
本實用新型一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置，由電動驅動控制系統(tǒng)、數(shù) 據(jù)采集分析系統(tǒng)、模擬油管井筒系統(tǒng)、輔助工裝系統(tǒng)和影像記錄系統(tǒng)組成；所述的電動驅動 控制系統(tǒng)由步進電機電動缸2、步進電機控制器15構成；所述的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)由首端 拉壓傳感器4、末端拉壓傳感器12、第一數(shù)顯儀表16、第二數(shù)顯儀表17、數(shù)據(jù)采集卡18和計 算機19構成；所述的模擬油管井筒系統(tǒng)由模擬連續(xù)油管7和模擬油套管8構成；所述的輔 助工裝系統(tǒng)由固定平臺1、固定臺架9、首端連接頭3、長連接頭5、井口連接頭6、井底連接頭 11、末端連接頭13、卡箍10和末端固定座14構成；所述的影像記錄系統(tǒng)由四臺攝像機20構 成。步進電機電動缸2固定在固定平臺1上；步進電機電動缸2的輸出軸與首端連接 頭3的一端相連接；利用步進電機電動缸2的伸出和收縮運動，從而精確控制模擬連續(xù)油管 的注入和起出；首端連接頭3的另一端與首端拉壓傳感器4的一端相連接；首端拉壓傳感 器4的另一端與長連接頭5相連接；長連接頭5的另一端與井口連接頭6相連接；井口連 接頭6的另一端與模擬連續(xù)油管7相連接；模擬連續(xù)油管7的另一端與井底連接頭11相連 接；模擬連續(xù)油管7安裝在模擬油套管8中；模擬連續(xù)油管7可采用不同直徑的橡膠桿、橡 膠管和鋼絲；模擬油套管8采用大厚度透明有機玻璃管，并在其上標有尺度指示位置，利用 卡箍10固定在固定臺架9上；為了體現(xiàn)含水平段的不同井筒組合，將透明有機玻璃管分為 豎直段、彎曲段和水平段；為了體現(xiàn)彎曲曲率的影響，可采用2種以上彎曲半徑的透明有機 玻璃管；井底連接頭11的另一端與末端拉壓傳感器12相連接；末端拉壓傳感器12的另一 端與末端連接頭13相連接；末端連接頭13的另一端與末端固定座14相連接；末端固定座 14固定在固定臺架9上。 步進電機控制器15通過導線與步進電機電動缸2相連接；首端拉壓傳感器4和末 端拉壓傳感器12通過導線與第一數(shù)顯儀表16、第二數(shù)顯儀表17相連接；數(shù)據(jù)采集卡18通 過導線與第一數(shù)顯儀表16、第二數(shù)顯儀表17和計算機19相連接。 將模擬連續(xù)油管7首末兩端的軸向力數(shù)據(jù)由首端拉壓傳感器4和末端拉壓傳感器12傳至數(shù)據(jù)采集卡18，并實時顯示在第一數(shù)顯儀表16、第二數(shù)顯儀表17和計算機19上，方 便觀察模擬連續(xù)油管7的受力情況，并將實驗數(shù)據(jù)保存為指定格式。四臺攝像機20在實驗過程中分別對模擬油套管8的豎直段、彎曲段、水平段前端 和水平段后端進行攝像。首端連接頭3的兩端均為公螺紋，方便連接電機電動缸2和首端拉壓傳感器4。長 連接頭5的一端為公螺紋，另一端為母螺紋，方便連接首端拉壓傳感器4和井口連接頭6， 主要作用是為了保證電機電動缸2在行程過程中使首端拉壓傳感器4不與模擬油套管8干 涉，其長度為900mm。井口連接頭6的一端為公螺紋，另一端鉆有不同直徑的孔以裝夾不同 直徑的鋼絲和橡膠桿，同時在該端的外圓周面上鉆多個螺紋孔，方便采用小螺栓固緊鋼絲； 主要起連接長連接頭5和鋼絲、橡膠桿的作用。井底口連接頭11和井口連接頭6的結構相 同，主要起連接末端拉壓傳感器12和鋼絲、橡膠桿的作用。末端連接頭13的一端為螺紋， 另一端為螺栓頭；螺紋部分與末端拉壓傳感器12相連接，螺栓頭一端固定在末端固定座14 上。
權利要求1.一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置，由固定平臺(1)、模擬油套管(8)、固定 臺架(9)、卡箍(10)、末端固定座(14)組成；其特征在于在其結構中設置有步進電機電動 缸(2)、首端連接頭C3)、首端拉壓傳感器(4)、長連接頭( 、井口連接頭(6)、模擬連續(xù)油管 (7)、井底連接頭(11)、末端拉壓傳感器(1 、末端連接頭(1 、步進電機控制器(1 、第一 數(shù)顯儀表(16)、第二數(shù)顯儀表(17)、數(shù)據(jù)采集卡(18)、計算機(19)、攝像機00)；裝置由電 動驅動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、模擬油管井筒系統(tǒng)、輔助工裝系統(tǒng)和影像記錄系統(tǒng)組 成；所述的電動驅動控制系統(tǒng)由步進電機電動缸O)、步進電機控制器(1 構成；所述的數(shù) 據(jù)采集分析系統(tǒng)由首端拉壓傳感器G)、末端拉壓傳感器(12)、第一數(shù)顯儀表(16)、第二數(shù) 顯儀表(17)、數(shù)據(jù)采集卡(18)和計算機(19)構成；所述的模擬油管井筒系統(tǒng)由模擬連續(xù) 油管(7)和模擬油套管(8)構成；所述的輔助工裝系統(tǒng)由固定平臺(1)、固定臺架(9)、首端 連接頭(3)、長連接頭(5)、井口連接頭(6)、井底連接頭(11)、末端連接頭(13)、卡箍(10) 和末端固定座(14)構成；所述的影像記錄系統(tǒng)由四臺攝像機00)構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置，其特征在于步進 電機電動缸⑵固定在固定平臺⑴上；步進電機電動缸⑵的輸出軸與首端連接頭⑶ 的一端相連接；首端連接頭(3)的另一端與首端拉壓傳感器的一端相連接；首端拉壓 傳感器⑷的另一端與長連接頭(5)相連接；長連接頭(5)的另一端與井口連接頭(6)相 連接；井口連接頭(6)的另一端與模擬連續(xù)油管(7)相連接；模擬連續(xù)油管(7)的另一端與 井底連接頭(11)相連接；井底連接頭(11)的另一端與末端拉壓傳感器(1 相連接；末端 拉壓傳感器(1 的另一端與末端連接頭(1 相連接；末端連接頭(1 的另一端與末端固 定座(14)相連接；末端固定座(14)固定在固定臺架(9)上；模擬連續(xù)油管(7)安裝在模擬 油套管(8)中。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置，其特征在于首端 連接頭(3)的兩端均為公螺紋；長連接頭(5)的一端為公螺紋，另一端為母螺紋；井口連接 頭(6)的一端為公螺紋，另一端鉆有不同直徑的孔以裝夾不同直徑的鋼絲和橡膠桿，同時 在該端的外圓周面上鉆多個螺紋孔，方便采用小螺栓固緊鋼絲；末端連接頭(1 的一端為 螺紋，另一端為螺栓頭。
專利摘要本實用新型涉及一種連續(xù)油管井下力學行為模擬實驗裝置，其特征在于由電動驅動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、模擬油管井筒系統(tǒng)、輔助工裝系統(tǒng)和影像記錄系統(tǒng)組成；電動驅動控制系統(tǒng)由步進電機電動缸(2)、步進電機控制器(15)構成；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)由首端拉壓傳感器(4)、末端拉壓傳感器(12)、數(shù)顯儀表(16、17)、數(shù)據(jù)采集卡(18)和計算機(19)構成；模擬油管井筒系統(tǒng)由模擬連續(xù)油管(7)和模擬油套管(8)構成。本實用新型可模擬連續(xù)油管在注入和起出狀態(tài)下，在油、套管內的變形和解除變形的過程，可實時測試模擬連續(xù)油管兩端的軸向載荷，具有結構簡單、設計合理、安裝拆除方便、占用空間小、可以重復利用、經濟適用的特點。
文檔編號E21B47/00GK201924912SQ20102065021
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權日2010年12月3日
發(fā)明者付剛旦, 周元華, 周志宏, 管鋒, 馬衛(wèi)國 申請人:長江大學