一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有一個(gè)立方體的機(jī)架，機(jī)架的內(nèi)部由上至下順序連接安裝有液壓機(jī)、壓力傳導(dǎo)柱、壓頭、剪切刀、燕尾托塊、燕尾托塊槽、移動(dòng)卡槽以及緩沖彈簧；液壓機(jī)的頂部通過(guò)信號(hào)傳輸線與機(jī)架頂部的壓力表相連接；液壓機(jī)一側(cè)與機(jī)架外部的控制接頭相連接；機(jī)架中部?jī)蓚?cè)設(shè)置有裝配孔。剪切力由液壓機(jī)提供；不同的調(diào)節(jié)管和匹配調(diào)節(jié)管，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同管徑的實(shí)驗(yàn)套管開展實(shí)驗(yàn)。該剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅可提供3000kN以上的剪切力，還適用于剪切不同管徑的固井套管，而且結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、操作安全方便；同時(shí)還能夠模擬并測(cè)量采空區(qū)上覆錯(cuò)動(dòng)巖層對(duì)固井套管的剪切作用。
【專利說(shuō)明】
一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]瓦斯抽采是煤礦瓦斯災(zāi)害治理的根本措施。與井下抽采相比，地面鉆井抽采流量大、濃度高，是一種高效的抽采技術(shù)。鉆井抽采過(guò)程中，采場(chǎng)上覆相鄰巖層發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，將對(duì)鉆井固井套管產(chǎn)生巨大的剪切作用，可能導(dǎo)致套管破壞甚至完全錯(cuò)斷。當(dāng)套管發(fā)生破壞時(shí)，瓦斯從井下向地面流動(dòng)的通道被隔斷，將造成鉆井抽采瓦斯流量大幅度降低，甚至使鉆井被迫停止抽采，極大影響鉆井抽采效果。此外，由于地面鉆井的施工成本較高，因此固井套管破壞也會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]提高地面鉆井井身穩(wěn)定性是鉆井高效抽采的關(guān)鍵難題。由于套管剪切破斷是套管最主要的破壞形式，因此目前對(duì)套管剪切特性的研究較多，但是大多都是從理論和數(shù)值計(jì)算方面開展的研究，難以為井身設(shè)計(jì)優(yōu)化提供科學(xué)指導(dǎo)。與此相比，對(duì)套管開展剪切實(shí)驗(yàn)是研究套管剪切特性更加直接和科學(xué)的方法。通過(guò)對(duì)不同幾何尺寸和組合形式套管的剪切實(shí)驗(yàn)，可得到套管抗剪強(qiáng)度和最大相對(duì)移動(dòng)量的變化規(guī)律，為工程提供技術(shù)支持。
[0004]目前，剪切實(shí)驗(yàn)機(jī)有很多，如應(yīng)變控制式直剪儀、剪切萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)和三點(diǎn)抗剪切試驗(yàn)機(jī)等，但是這些實(shí)驗(yàn)裝置主要是針對(duì)土、巖石、玻璃和金屬材料等開展剪切實(shí)驗(yàn)，無(wú)法對(duì)鋼管進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)。此外，地面鉆井常用套管的材質(zhì)為J55和N80，其抗剪強(qiáng)度分別為310MPa和410MPa以上。對(duì)于工程中常用的N80套管，以Φ 139.7 X 7.72 mm為例，若對(duì)其進(jìn)行雙剪切，其破壞時(shí)需要實(shí)驗(yàn)機(jī)提供的負(fù)荷在1300 kN以上，若是雙層組合套管，需要的負(fù)荷更大。然而，目前的剪切實(shí)驗(yàn)機(jī)的最大負(fù)荷一般為300-500kN，根本無(wú)法使套管發(fā)生剪切破壞，因此無(wú)法達(dá)到套管剪切實(shí)驗(yàn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決目前無(wú)針對(duì)固井套管的剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，本發(fā)明提供一種剪切力大(3000kN以上)、適用于多個(gè)實(shí)驗(yàn)管徑、結(jié)構(gòu)緊湊的鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅適用于剪切不同管徑的固井套管，而且結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、操作安全方便;同時(shí)，該鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)剪切壓力在3000KN以上，不僅能夠剪切不同管徑的套管，而且還能夠模擬測(cè)量采空區(qū)上覆發(fā)生相對(duì)位移的巖層對(duì)固井套管的剪切作用。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括:壓力表，機(jī)架，移動(dòng)卡槽，裝配孔，液壓機(jī)，壓力傳導(dǎo)柱，壓頭，剪切刀，調(diào)節(jié)管，燕尾托塊，托塊拉手，底座，緩沖彈簧，燕尾托塊槽，實(shí)驗(yàn)套管，匹配調(diào)節(jié)管，控制接頭，信號(hào)傳輸線;一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有一個(gè)立方體的機(jī)架，機(jī)架的內(nèi)部由上至下順序連接安裝有液壓機(jī)、壓力傳導(dǎo)柱、壓頭、剪切刀、燕尾托塊、燕尾托塊槽、移動(dòng)卡槽以及緩沖彈簧;液壓機(jī)的頂部通過(guò)信號(hào)傳輸線與機(jī)架頂部的壓力表相連接，壓力表用于顯示壓力值的大小;液壓機(jī)一側(cè)與機(jī)架外部的控制接頭相連接;通過(guò)調(diào)節(jié)控制接頭能夠控制壓力傳導(dǎo)柱和壓頭的升降；剪切刀的底平面中部向上凹陷，形成半圓柱狀的橫向管槽，橫向管槽下部連接著燕尾托塊;燕尾托塊的上平面中部向下凹陷，形成與半圓柱狀的橫向管槽;剪切刀與燕尾托塊拼接后，形成了一個(gè)完整的圓柱狀管槽，管槽內(nèi)吻合放置有調(diào)節(jié)管;調(diào)節(jié)管內(nèi)吻合放置有實(shí)驗(yàn)套管;調(diào)節(jié)管兩側(cè)設(shè)置有能夠拆卸更換的匹配調(diào)節(jié)管，匹配調(diào)節(jié)管外徑與機(jī)架中部?jī)蓚?cè)設(shè)置的裝配孔吻合匹配，匹配調(diào)節(jié)管的內(nèi)徑匹配著不同管徑的實(shí)驗(yàn)套管；調(diào)節(jié)管與匹配調(diào)節(jié)管聯(lián)合配套使用，人們可以根據(jù)不同管徑的實(shí)驗(yàn)套管，更換相互配套的調(diào)節(jié)管和匹配調(diào)節(jié)管，增強(qiáng)了該系統(tǒng)的通用性;燕尾托塊的下部設(shè)有與之燕尾滑動(dòng)匹配連接的燕尾托塊槽;燕尾托塊外表面上安裝有托塊拉手，托塊拉手能夠?qū)⒀辔餐袎K從燕尾托塊槽內(nèi)拉出，取出被切斷的實(shí)驗(yàn)套管;燕尾托塊槽底部?jī)蓚?cè)設(shè)有移動(dòng)卡槽即卡帶，移動(dòng)卡槽能夠使燕尾托塊槽卡在移動(dòng)卡槽之下，防止燕尾托塊槽上竄；燕尾托塊槽的下部設(shè)置有緩沖彈簧，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中緩沖彈簧提供向上的支撐力，可以很好的模擬采空區(qū)上覆發(fā)生相對(duì)位移的巖層對(duì)固井套管的剪切；緩沖彈簧下部與機(jī)架連接的部分為半圓形，可以避免在剪切實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)架下部分的應(yīng)力集中，提高裝置的安全性;機(jī)架的最底部設(shè)置有底座，底座與地面的接觸面積較大，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0007]使用時(shí)，調(diào)節(jié)控制接頭使壓力傳導(dǎo)柱和壓頭向上移動(dòng)，為安放剪切刀和實(shí)驗(yàn)套管留下足夠的空間；將與實(shí)驗(yàn)套管外徑匹配的調(diào)節(jié)管和匹配調(diào)節(jié)管分別從裝配孔放入剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);把實(shí)驗(yàn)套管放入調(diào)節(jié)管和匹配調(diào)節(jié)管中，使實(shí)驗(yàn)套管貫穿整個(gè)機(jī)架;將剪切刀置于調(diào)節(jié)管上部;調(diào)節(jié)控制接頭使壓力傳導(dǎo)柱和壓頭向下移動(dòng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)套管的剪切，液壓機(jī)產(chǎn)生的壓力會(huì)通過(guò)信號(hào)傳輸線傳遞給壓力表;切斷實(shí)驗(yàn)套管后，調(diào)節(jié)控制接頭使壓力傳導(dǎo)柱和壓頭向上移動(dòng)，取出剪切刀，通過(guò)托塊拉手拉出燕尾托塊，取出被剪切實(shí)驗(yàn)套管，再?gòu)难b配孔中取出剩余的被剪切實(shí)驗(yàn)套管。
[0008]本發(fā)明的有益效果:一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)配置大壓力的液壓機(jī)，可提供3000kN以上的剪切力，為地面鉆井固井套管和組合套管剪切實(shí)驗(yàn)提供了基礎(chǔ)條件；此外，通過(guò)使用不同的調(diào)節(jié)管和匹配調(diào)節(jié)管，可對(duì)不同外徑的實(shí)驗(yàn)套管開展實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了該系統(tǒng)的通用性;該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、操作安全方便;同時(shí)還能夠模擬并測(cè)量采空區(qū)上覆錯(cuò)動(dòng)巖層對(duì)固井套管的剪切作用。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的正面結(jié)構(gòu)原理剖視圖圖2為本發(fā)明的側(cè)面結(jié)構(gòu)原理剖視圖
圖中:1.壓力表，2.機(jī)架，201.移動(dòng)卡槽，202.裝配孔，3.液壓機(jī)，4.壓力傳導(dǎo)柱，5.壓頭，6.剪切刀，7.調(diào)節(jié)管，8.燕尾托塊，801.托塊拉手，9.底座，10.緩沖彈簧，11.燕尾托塊槽，12.實(shí)驗(yàn)套管，13.匹配調(diào)節(jié)管，14.控制接頭，15.信號(hào)傳輸線。
具體實(shí)施方案
[0010]一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括:壓力表I，機(jī)架2，移動(dòng)卡槽201，裝配孔202，液壓機(jī)3，壓力傳導(dǎo)柱4，壓頭5，剪切刀6，調(diào)節(jié)管7，燕尾托塊8，托塊拉手801，底座9，緩沖彈簧10，燕尾托塊槽11，實(shí)驗(yàn)套管12，匹配調(diào)節(jié)管13，控制接頭14，信號(hào)傳輸線15;—種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有一個(gè)立方體的機(jī)架，機(jī)架2的內(nèi)部由上至下順序連接安裝有液壓機(jī)3、壓力傳導(dǎo)柱4、壓頭5、剪切刀6、燕尾托塊8、燕尾托塊槽11、移動(dòng)卡槽201以及緩沖彈簧10;液壓機(jī)3的頂部通過(guò)信號(hào)傳輸線15與機(jī)架2頂部的壓力表I相連接，壓力表I用于顯示壓力值的大小;液壓機(jī)3—側(cè)與機(jī)架2外部的控制接頭14相連接;通過(guò)調(diào)節(jié)控制接頭14能夠控制壓力傳導(dǎo)柱4和壓頭5的升降;剪切刀6的底平面中部向上凹陷，形成半圓柱狀的橫向管槽，橫向管槽下部連接著燕尾托塊8;燕尾托塊8的上平面中部向下凹陷，形成與半圓柱狀的橫向管槽;剪切刀6與燕尾托塊8拼接后，形成了一個(gè)完整的圓柱狀管槽，管槽內(nèi)吻合放置有調(diào)節(jié)管7;調(diào)節(jié)管7內(nèi)吻合放置有實(shí)驗(yàn)套管12;調(diào)節(jié)管7兩側(cè)設(shè)置有能夠拆卸更換的匹配調(diào)節(jié)管13，匹配調(diào)節(jié)管13外徑與機(jī)架2中部?jī)蓚?cè)設(shè)置的裝配孔202吻合匹配，匹配調(diào)節(jié)管13的內(nèi)徑匹配著不同管徑的實(shí)驗(yàn)套管12;調(diào)節(jié)管7與匹配調(diào)節(jié)管13聯(lián)合配套使用，人們可以根據(jù)不同管徑的實(shí)驗(yàn)套管12，更換相互配套的調(diào)節(jié)管7和匹配調(diào)節(jié)管13，增強(qiáng)了該系統(tǒng)的通用性；燕尾托塊8的下部設(shè)有與之燕尾滑動(dòng)匹配連接的燕尾托塊槽11;燕尾托塊8外表面上安裝有托塊拉手801，托塊拉手801能夠?qū)⒀辔餐袎K8從燕尾托塊槽11內(nèi)拉出，取出被切斷的實(shí)驗(yàn)套管12;燕尾托塊槽11的下部設(shè)置有緩沖彈簧10，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中緩沖彈簧10提供向上的支撐力，可以很好的模擬采空區(qū)上覆發(fā)生相對(duì)位移的巖層對(duì)固井套管的剪切;緩沖彈簧10下部與機(jī)架2連接的部分為半圓形，可以避免在剪切實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)架2下部分的應(yīng)力集中，提高裝置的安全性;燕尾托塊槽11底部?jī)蓚?cè)設(shè)有移動(dòng)卡槽201即卡帶，移動(dòng)卡槽201能夠使燕尾托塊槽11卡在移動(dòng)卡槽201之下，防止燕尾托塊槽11在緩沖彈簧10向上支撐力的作用下上竄;機(jī)架2的最底部設(shè)置有底座9，底座9與地面的接觸面積較大，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0011]使用時(shí)，調(diào)節(jié)控制接頭14使壓力傳導(dǎo)柱4和壓頭5向上移動(dòng)，為安放剪切刀6和實(shí)驗(yàn)套管12留下足夠的空間；將與實(shí)驗(yàn)套管12外徑匹配的調(diào)節(jié)管7和匹配調(diào)節(jié)管13分別從裝配孔202放入剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);把實(shí)驗(yàn)套管12放入調(diào)節(jié)管7和匹配調(diào)節(jié)管13中，使實(shí)驗(yàn)套管12貫穿整個(gè)機(jī)架2;將剪切刀6置于調(diào)節(jié)管7上部;調(diào)節(jié)控制接頭14使壓力傳導(dǎo)柱4和壓頭5向下移動(dòng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)套管12的剪切，液壓機(jī)3產(chǎn)生的壓力會(huì)通過(guò)信號(hào)傳輸線15傳遞給壓力表I;切斷實(shí)驗(yàn)套管12后，調(diào)節(jié)控制接頭14使壓力傳導(dǎo)柱4和壓頭5向上移動(dòng)，取出剪切刀6，通過(guò)托塊拉手801拉出燕尾托塊8，取出被剪切實(shí)驗(yàn)套管12，再?gòu)难b配孔202中取出剩余的被剪切實(shí)驗(yàn)套管12。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括:壓力表(I)，機(jī)架(2)，移動(dòng)卡槽(201)，裝配孔(202)，液壓機(jī)(3)，壓力傳導(dǎo)柱(4)，壓頭(5)，剪切刀(6)，調(diào)節(jié)管(7)，燕尾托塊(8)，托塊拉手(801)，底座(9)，緩沖彈簧(10)，燕尾托塊槽(11)，實(shí)驗(yàn)套管(12)，匹配調(diào)節(jié)管(13)，控制接頭(14)，信號(hào)傳輸線(15);—種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有一個(gè)立方體的機(jī)架(2)，其特征是:機(jī)架(2)的內(nèi)部由上至下順序連接安裝有液壓機(jī)(3)、壓力傳導(dǎo)柱(4)、壓頭(5)、剪切刀(6)、燕尾托塊(8)、燕尾托塊槽(I I)、移動(dòng)卡槽(201)以及緩沖彈簧(10)；液壓機(jī)(3)的頂部通過(guò)信號(hào)傳輸線(15)與機(jī)架(2)頂部的壓力表(I)相連接;液壓機(jī)(3)—側(cè)與機(jī)架(2)外部的控制接頭(14)相連接;機(jī)架(2)中部?jī)蓚?cè)設(shè)置有裝配孔(202)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是:剪切刀(6)的底平面中部向上凹陷，形成半圓柱狀的橫向管槽，橫向管槽下部連接著燕尾托塊(8);燕尾托塊(8)的上平面中部向下凹陷，形成與半圓柱狀的橫向管槽;剪切刀(6)與燕尾托塊(8)拼接后，形成了一個(gè)完整的圓柱狀管槽，管槽內(nèi)吻合放置有調(diào)節(jié)管(7);調(diào)節(jié)管(7)內(nèi)吻合放置有實(shí)驗(yàn)套管(12);調(diào)節(jié)管(7)兩側(cè)設(shè)置有能夠拆卸更換的匹配調(diào)節(jié)管(13)，匹配調(diào)節(jié)管(13)外徑與機(jī)架(2)中部?jī)蓚?cè)設(shè)置的裝配孔(202)吻合匹配。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是:燕尾托塊(8)的下部設(shè)有與之燕尾滑動(dòng)匹配連接的燕尾托塊槽(11);燕尾托塊(8)外表面上安裝有托塊拉手(801)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是:燕尾托塊槽(11)底部?jī)蓚?cè)設(shè)有移動(dòng)卡槽(201)即卡帶，移動(dòng)卡槽(201)能夠使燕尾托塊槽(11)卡在移動(dòng)卡槽(201)之下，防止燕尾托塊槽(11)上竄。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是:燕尾托塊槽(11)的下部設(shè)置有緩沖彈簧(10)，緩沖彈簧(10)下部與機(jī)架(2)連接的部分為半圓形。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆井固井套管剪切實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是:機(jī)架(2)的最底部設(shè)置有底座(9)。
【文檔編號(hào)】G01N3/24GK106018125SQ201610333516
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】劉應(yīng)科, 周福寶, 張紹峰, 王建龍, 昌立鵬
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)