一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明專(zhuān)利涉及石油與天然氣鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]油井管按用途主要分為鉆桿、套管和油管，而井筒內(nèi)的油井管柱則是由專(zhuān)用螺紋將單根油井管連接成幾千米長(zhǎng)的管柱，包括鉆柱、套管柱、油管柱。因此，在真實(shí)服役環(huán)境下，油井管的強(qiáng)度及密封性能對(duì)油氣安全開(kāi)采起到至關(guān)重要的作用。
[0003]油井管的損壞主要以變形、穿孔和錯(cuò)斷三種形式出現(xiàn)，而錯(cuò)斷又是油井管損壞的主要形式之一，油井管錯(cuò)斷主要包括:非坍塌型錯(cuò)斷和坍塌型錯(cuò)斷，其中非坍塌型油井管錯(cuò)斷是由油水井泥巖、頁(yè)巖在長(zhǎng)期水浸作用下膨脹后發(fā)生巖體滑移(當(dāng)這種地殼升降、滑移速度超過(guò)30_/年時(shí)，油井管將被剪斷而發(fā)生橫向錯(cuò)位。)而造成的;坍塌型套管錯(cuò)斷是由巖層滑移、斷層運(yùn)移、地震及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素而造成的，其中巖層滑移的特點(diǎn)是:層理發(fā)育的頁(yè)巖層浸水后，很快形成浸水域，在壓差作用下，巖層成片滑動(dòng)，產(chǎn)生巨大的剪切載荷，使油井管發(fā)生橫向變形、錯(cuò)位及錯(cuò)斷；斷層運(yùn)移的特點(diǎn)是:注入水和壓裂液侵入斷層后，起到潤(rùn)滑作用，破壞了斷層相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，使斷層上、下盤(pán)產(chǎn)生相對(duì)滑移，產(chǎn)生巨大的剪切載荷，從而使穿越斷層的油井管發(fā)生橫向變形、錯(cuò)位及錯(cuò)斷;地震及頻繁的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)會(huì)引起斷層滑移，從而造成油井管的剪切破壞。此外，文獻(xiàn)資料表明:在剪切載荷的作用下，油井管的本體可能發(fā)生破裂，油井管接頭的密封性能會(huì)受到嚴(yán)重的影響。
[0004]由此可知，油井管在剪切載荷作用下發(fā)生的橫向變形、錯(cuò)位及錯(cuò)斷會(huì)對(duì)井筒完整性和油氣安全開(kāi)采構(gòu)成巨大威脅，甚至導(dǎo)致油氣井的提前報(bào)廢，給油田帶來(lái)嚴(yán)重地經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。
[0005]綜上所述，有必要研究一種能夠測(cè)試油井管在剪切載荷下的密封性能及剪切強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)展油井管在不同剪切載荷下的密封性能及剪切強(qiáng)度測(cè)試，弄清油井管在不同剪切載荷下的失效機(jī)理及剪切變形對(duì)密封性能的影響規(guī)律，從而提出適用的預(yù)防措施。因此，本發(fā)明提出一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置，該裝置可開(kāi)展全尺寸油井管在不同剪切載荷下的剪切強(qiáng)度及密封性能測(cè)試，從而弄清油井管在剪切載荷下的失效機(jī)理及剪切變形對(duì)密封性能的影響規(guī)律，為油井管的設(shè)計(jì)及預(yù)防措施的選擇提供重要地理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置，以解決油井管在剪切載荷下密封性能及剪切強(qiáng)度難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地技術(shù)難題，該裝置操作簡(jiǎn)單、方便，且極易滿足油井管在井眼環(huán)境下的真實(shí)工況。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提出了一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置，主要包括:壓頭、上定位板、第一加載模塊、第二加載模塊、參考橫梁、壓力表、位移傳感器、螺紋接頭、油井管、進(jìn)液口、下定位板、第三加載模塊、第四加載模塊、應(yīng)變計(jì)、底座、支架;其中，壓頭與萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)連接，用于給整個(gè)裝置施加向下的壓力;進(jìn)液口用于給帶螺紋接頭的油井管(兩端采用堵頭進(jìn)行密封)施加內(nèi)壓，壓力表用于顯示油井管的壓力變化;上定位板與壓頭連接，下定位板固定在底座上，可移動(dòng)的第一加載模塊、第二加載模塊、第三加載模塊和第四加載模塊從左往右依次交叉位于油井管兩側(cè)，上、下定位板通過(guò)第一加載模塊、第二加載模塊、第三加載模塊、第四加載模塊將壓頭上的壓力載荷轉(zhuǎn)換為剪切載荷并緩慢施加到帶內(nèi)壓的油井管上，當(dāng)壓力表讀數(shù)降低時(shí)，表明螺紋接頭的密封失效;參考橫梁通過(guò)管夾和支架固定在油井管上，四個(gè)位移傳感器分別對(duì)稱固定在參考橫梁的兩側(cè)，用于測(cè)量油井管在剪切載荷下的橫向位移;粘貼于油井管外壁的應(yīng)變計(jì)用于測(cè)量剪切載荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律，基于應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律可以得到油井管的剪切屈服強(qiáng)度和剪切斷裂強(qiáng)度(剪斷強(qiáng)度)；油井管可以變換為不帶螺紋接頭和內(nèi)壓的油管、套管及鉆桿的本體，且第一加載模塊與第二加載模塊之間的跨度和第三加載模塊與第四加載模塊之間的跨度可改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油井管施加不同剪切載荷，得到不同剪切載荷下油井管密封性能和剪切強(qiáng)度及其與橫向位移之間的關(guān)系。
[0009]本發(fā)明所述的第一加載模塊、第二加載模塊、第三加載模塊和第四加載模塊的結(jié)構(gòu)相同，其中第一加載模塊、第二加載模塊和第四加載模塊的內(nèi)徑等于油井管本體外徑，而第三加載模塊的內(nèi)徑等于螺紋接頭外徑。
[0011]本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn):
利用該實(shí)驗(yàn)裝置可測(cè)試油井管(油管、套管、鉆桿)在不同剪切載荷下的密封性能及剪切強(qiáng)度(剪切屈服強(qiáng)度和剪切斷裂強(qiáng)度)，弄清油井管在不同剪切載荷下螺紋接頭的密封失效機(jī)理和本體的剪切失效機(jī)理，為剪切載荷下油井管設(shè)計(jì)及預(yù)防措施選擇提供重要的理論依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)之示意圖。
圖2是第一加載模塊和第二加載模塊之示意圖。
圖3是參考橫梁之示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0013]參見(jiàn)附圖，本發(fā)明提出了一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置，主要包括:壓頭1、上定位板2、第一加載模塊3、第二加載模塊3'、參考橫梁4、壓力表5、位移傳感器6、螺紋接頭7、油井管8、進(jìn)液口 9、下定位板10、第三加載模塊11、第四加載模塊111、應(yīng)變計(jì)12、底座13、支架14，其中，壓頭I與萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)連接，用于給整個(gè)裝置施加向下的壓力；進(jìn)液口 9用于給帶螺紋接頭7的油井管8施加內(nèi)壓，壓力表用于顯示油井管8的壓力變化;上定位板2與壓頭I連接，下定位板10固定在底座13上，可移動(dòng)的第一加載模塊3、第二加載模塊3丨、第三加載模塊11和第四加載模塊11丨從左往右依次交叉位于油井管8兩側(cè)，上、下定位板2和10通過(guò)第一加載模塊3、第二加載模塊3丨、第三加載模塊11、第四加載模塊11丨將壓頭I上的壓力載荷轉(zhuǎn)換為剪切載荷并緩慢施加到帶內(nèi)壓的油井管8上，當(dāng)壓力表5讀數(shù)降低時(shí)，表明螺紋接頭7的密封失效;參考橫梁4通過(guò)管夾和支架14固定在油井管8上，四個(gè)位移傳感器6分別對(duì)稱固定在參考橫梁4的兩側(cè)，用于測(cè)量油井管8在剪切載荷下的橫向位移；粘貼于油井管8外壁的應(yīng)變計(jì)12用于測(cè)量剪切載荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律，基于應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律可以得到油井管8的剪切屈服強(qiáng)度和剪切斷裂強(qiáng)度(剪斷強(qiáng)度)；油井管8可以變換為不帶螺紋接頭7和內(nèi)壓的油管、套管及鉆桿的本體，且第一加載模塊3與第二加載模塊3'之間的跨度和第三加載模塊11與第四加載模塊11'之間的跨度可改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油井管8施加不同剪切載荷，得到不同剪切載荷下油井管8密封性能和剪切強(qiáng)度及其與橫向位移之間的關(guān)系。
[0014]本發(fā)明所述的第一加載模塊3、第二加載模塊3'、第三加載模塊11和第四加載模塊11'的結(jié)構(gòu)相同，其中第一加載模塊3、第二加載模塊3'和第四加載模塊11的內(nèi)徑等于油井管8本體外徑，而第三加載模塊I廠的內(nèi)徑等于螺紋接頭7外徑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括:壓頭(I)、上定位板(2)、第一加載模塊(3)、第二加載模塊(3’)、參考橫梁(4)、壓力表(5)、位移傳感器(6)、下定位板(10)、第三加載模塊(11)、第四加載模塊(11’)和應(yīng)變計(jì)(12)，其中，壓頭(I)與萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)連接，用于給整個(gè)裝置施加向下的壓力;進(jìn)液口(9)用于給帶螺紋接頭(7)的油井管(8)施加內(nèi)壓，壓力表用于顯示油井管(8)的壓力變化;上定位板(2)與壓頭(I)連接，下定位板(10)固定在底座(13)上，可移動(dòng)的第一、第二加載模塊(3，3’)和第三、第四加載模塊(11，11’)從左往右依次交叉位于油井管(8)兩側(cè)，上、下定位板(2，10)通過(guò)第一、第二加載模塊(3，3’)和第三、第四加載模塊(11，11’)將壓頭(I)上的壓力載荷轉(zhuǎn)換為剪切載荷并緩慢施加到帶內(nèi)壓的油井管(8)上，當(dāng)壓力表(5)讀數(shù)降低時(shí)，表明螺紋接頭(7)的密封失效;參考橫梁(4)上的位移傳感器(6)用于測(cè)量油井管(8)在剪切載荷下的橫向位移；粘貼于油井管(8)外壁的應(yīng)變計(jì)(12)用于測(cè)量剪切載荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律；油井管(8)可以變換為不帶螺紋接頭(7)和內(nèi)壓的油管、套管及鉆桿的本體，且第一、第二加載模塊(3，3’)之間的跨度和第三、第四加載模塊(11，11’)之間的跨度可改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油井管(8)施加不同剪切載荷，得到不同剪切載荷下油井管(8)密封性能和剪切強(qiáng)度及其與橫向位移之間的關(guān)系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置，其特征在于:第一、第二加載模塊(3，3’)和第三、第四加載模塊(11，11’)的結(jié)構(gòu)相同，其中第一、第二加載模塊(3，3’)和第四加載模塊(II)的內(nèi)徑等于油井管(8)本體外徑，而第三加載模塊(11’)的內(nèi)徑等于螺紋接頭(7)外徑。
【專(zhuān)利摘要】一種剪切載荷下油井管強(qiáng)度及密封性能的測(cè)試裝置，裝置主要包括：壓頭、上定位板、第一加載模塊、第二加載模塊、參考橫梁、位移傳感器、下定位板、第三加載模塊和第四加載模塊，其中，壓頭用于給裝置施加向下的壓力；進(jìn)液口用于給油井管施加內(nèi)壓，壓力表用于顯示油井管的壓力變化；上、下定位板通過(guò)加載模塊將壓頭上的壓力載荷轉(zhuǎn)換為剪切載荷并緩慢施加到帶內(nèi)壓的油井管上；參考橫梁上的位移傳感器用于測(cè)量油井管在剪切載荷下的橫向位移；油井管外壁的應(yīng)變計(jì)用于測(cè)量剪切載荷作用下的應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律；改變加載模塊之間的跨度可得到不同剪切載荷下油井管密封性能和剪切強(qiáng)度及其與橫向位移之間的關(guān)系。本發(fā)明適合于油氣井鉆井工程技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】G01M3/28, G01N3/02, G01N3/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105628492
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610180308
【發(fā)明人】鄧寬海, 林元華, 曾德智, 袁繼平, 寧華中, 潘勇, 王小紅, 熊浩, 張繼川, 王建東, 韓禮紅
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日