高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置及其实验方法制造方法及图纸

技术编号:15539582 阅读:158 留言:0更新日期:2017-06-05 09:13
本发明专利技术涉及的是高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置,其中的高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置的主底座上设置第一导轨,外管的直管段一端连接挡板组的滑动挡板,管柱试件从外管的弯管段伸入,管柱试件另一端连接加载装置,多组紧固装置可拆卸地将外管间隔卡固,多组紧固装置均滑动连接于第一导轨上;挡板组包括挡板底座、滑动挡板、第二导轨、拉压传感器、固定挡板,挡板底座上设置有第二导轨,滑动挡板通过其底部滑轨与第二导轨滑动连接,挡板底座与第一导轨滑动连接,固定挡板滑动连接于第一导轨上,拉压传感器两端通过变扣分别与滑动挡板和固定挡板连接。本发明专利技术可以实现各种高曲率井段及其各种井眼直径管柱通过能力模拟的实验目的。

【技术实现步骤摘要】
高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置及其实验方法
本专利技术涉及油气井钻采
中对高曲率井段管柱进行研究的实验装置,具体涉及高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置及其实验方法。
技术介绍
薄油层、稠油层、低渗透油气层和裂缝性油气层等已经变成我国油气资源开采的主要目标,对水平井技术提出了更高的要求和挑战,不断衍生出多种不同类型的水平井,例如中短半径水平井、中短曲率半径水平井和超短半径水平井等,这类高曲率井段为管柱的可下入性提出了更高的要求。管柱在下入弯曲井眼过程中,由于井斜角的增加,造成推动力减小;另一方面使弯曲井眼对管柱的摩阻增大,同时弯曲的井眼迫使管柱沿井眼轨迹弯曲,管柱刚度作用明显增强,使套管受到较大的附加弯矩作用,严重时使管柱不能下达预定井段。管柱能否顺利地通过弯曲井段下到目的层是能否顺利钻完井的重要因素。因此,进行高曲率管柱通过能力研究,对钻完井设计及施工有重要意义。王德新建立了套管通过能力评价条件,赵域栋建立了管柱下入过程的有限元模型,对超长细比管柱的下入过程进行了分析,但仅从理论计算和数值模拟角度分析管柱的通过能力是不全面的。现在看来,用理论研究来解决此问题是很困难的,有效的办法是试验研究,长庆油田钻采工艺研究院与西安管材研究所联合进行了φ139.7mm套管的全尺寸弯曲试验,韩志勇研究了套管可通过的最大井眼曲率的确定方法。但还应当进行进一步试验研究,以便了解在不同轴向应力下套管可承受弯曲应力的极限能力。有必要做几种不同尺寸的套管试验。只有在进一步试验研究的基础上,才能真正建立起符合实际的计算模型。事实上,该试验目的限于研究在该油田的井深、井眼曲率(20°/30m)、固井和增产措施等条件下J55钢级套管是否可用的问题,而非研究“套管可以通过的最大井眼曲率”的问题。徐金超设计了钻管弯曲转向室内实验装置,该装置采用滚轮组作为模拟滑道,16Mn无缝钢管作为模拟钻管,手压式液压泵提供钻管下压力。通过游标卡尺测量钻管通过、拉回尺寸变化,压力表测量钻管下压力,从而对实现弯曲的不同规格钻管进行优选。但该实验装置滑道构建繁琐,井眼曲率改变困难。中国技术专利ZL200720158882.X设计了大斜度井管柱弯曲变形模拟试验装置,模拟大斜度井管柱受力弯曲变形,通过受力绞绳,提升管柱,检测管柱通过能力模拟井筒的受力大小和弯曲变形。该模拟试验装置只适合模拟上提管柱的通过能力,但不能模拟下放管柱的通过能力。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置,这种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置用于解决现有的实验装置不能模拟高曲率井段管柱下放通过的能力的问题,本专利技术的另一个目的是提供这种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置的实验方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:这种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置包括主底座、多组紧固装置、外管、挡板组、加载装置、管柱试件,主底座上设置有第一导轨,外管由直管段和弯管段连接成一体,外管的直管段一端连接挡板组的滑动挡板,管柱试件从外管的弯管段一端伸入,管柱试件的另一端连接加载装置,多组紧固装置可拆卸地将外管间隔卡固,多组紧固装置均滑动连接于第一导轨上;挡板组包括挡板底座、滑动挡板、第二导轨、拉压传感器、固定挡板、挡板固定架,挡板底座上设置有第二导轨,滑动挡板通过其底部滑轨与第二导轨滑动连接,挡板螺杆立柱下端穿过挡板底座,挡板螺杆立柱的下端螺纹连接挡板滑块,挡板滑块与第一导轨滑动连接,固定挡板固定在挡板固定架上,挡板固定架也通过相应的挡板螺杆立柱和挡板滑块滑动连接于第一导轨上,拉压传感器两端通过变扣分别与滑动挡板和固定挡板连接。上述方案中紧固装置横梁、管卡、连接块,管卡固定在横梁下部,横梁的两端各自与相应的连接块的水平孔螺纹连接,且通过锁紧螺母紧固;每个连接块的竖直孔各穿过一个支撑螺杆立柱,连接块与相应的支撑螺杆立柱螺纹连接且通过锁紧螺母紧固,每个支撑螺杆立柱的下端均螺纹连接一个方形滑块,方形滑块与第一导轨滑动连接;管卡由管卡底座和固定块对扣后通过螺钉螺母固定形成,管卡底座和固定块对扣后形成中心孔,接头被卡固在中心孔处,接头一端连接外管直管段,接头另一端连接外管弯管段,由于紧固装置为可拆卸的,可通过变换紧固装置的位置,通过多个紧固装置变换外管的曲率半径,实现不同曲率半径外管的固定。上述方案中加载装置包括电子万能试验机、自紧夹头,电子万能试验机与自紧夹头通过变扣连接,自紧夹头另一端连接管柱试件,电子万能试验机负责提供通过压力并实时测量压力大小,自紧夹头用于固定所述管柱试件。上述方案中拉压传感器连接数据采集系统,数据采集系统设置在笔记本电脑上,通过笔记本电脑可随时掌握实验情况。上述方案中第一导轨有两条,第一导轨的纵截面为T型,两条导轨通过紧固螺栓固定在主底座和电子万能试验机上。上述方案中管卡与接头之间设置有垫块,垫块也为分体的,每个半体外具有弧形凸肋,管卡底座和固定块分别具有弧形凹槽,一个半体与管卡底座卡固,另一个半体与固定块卡固,通过垫块可实现不同直径井眼中管柱通过能力模拟实验,即改变外管直径,在管卡内加入垫块实现不同直径外管的固定。上述方案中外管是透明的。上述高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置的实验方法,其包括步骤:A、将主底座置于水平地面;第一导轨固定在电子万能试验机和主底座上;紧固装置沿第一导轨方向滑动地连接在所述第一导轨上;外管,由直管段和弯管段组成,所述外管由紧固装置固定;加载装置通过电子万能试验机提供加载动力;管柱试件固定在所述电子万能试验机上;挡板组安装在所述外管弯管段一端,所述挡板组有拉压传感器;B、通过加载装置缓慢地推动管柱试件下入外管内,记录管柱试件承受的下压力,记录管柱试件下入的位移;C、持续对管柱试件施加下压力,直至管柱试件顶上挡板组,记录挡板组承受的压力;D、同时记录管柱试件承受的下压力,压力与下压力之差为外管对管柱试件的摩阻;E、改变加载装置加载方向,通过加载装置缓慢地拉动管柱试件至初始位置;F、取下管柱试件,观察并拍摄其变形;G、采用其他型号管柱试件,重复实验步骤A-F。本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术可验证高曲率井段管柱通过能力理论中所提出的各种假设,还可以验证相关分析模型和方法的有效性,还可以用于验证管柱通过能力有限元数值模拟的可靠性。2、由于本专利技术的实验装置不需要额外的加载装置,可以直接应用现有的电子万能试验机原有的配置,实现管柱下入过程下压力和位移的实时测量。因此,研制费用较低,利于推广应用。3、本专利技术结构设计巧妙、附件调整灵活、操作简单安全,通过选择不同曲率和管径的弯管,通过紧固装置固定,可以实现各种高曲率井段及其各种井眼直径管柱通过能力模拟的实验目的。4、本专利技术自紧夹头可实现4mm~12mm管柱直径的固定,便于对比研究高曲率井段不同直径管柱的通过能力。5、本专利技术各结构中采用螺栓、螺钉、螺母等连接,因此可拆卸,便于运输。附图说明图1是本专利技术的立体示意图;图2是本专利技术的俯视图;图3是本专利技术中主底座和第一导轨立体示意图;图4是本专利技术中主底座和第一导轨局部放大示意图,以显示主底座和第一导轨的连接关系;图5是本专利技术中紧固装置和外管立体示意图;图6是本专利技术中挡板组立体示意图;图7是本专利技术中挡板组上视图;图8是本专利技术中固定本文档来自技高网
...
高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置及其实验方法

【技术保护点】
一种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置,其特征在于:这种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置包括主底座(1)、多组紧固装置(3)、外管(4)、挡板组(7)、加载装置(5)、管柱试件(6),主底座(1)上设置有第一导轨(2),外管(4)由直管段(41)和弯管段(42)连接成一体,外管(4)的直管段(41)一端连接挡板组(7)的滑动挡板(72),管柱试件(6)从外管(4)的弯管段(42)一端伸入,管柱试件(6)的另一端连接加载装置(5),多组紧固装置(3)可拆卸地将外管(4)间隔卡固,多组紧固装置(3)均滑动连接于第一导轨(2)上;挡板组(7)包括挡板底座(71)、滑动挡板(72)、第二导轨(73)、拉压传感器(74)、固定挡板(75)、挡板固定架(76),挡板底座(71)上设置有第二导轨(73),滑动挡板(72)通过其底部滑轨与第二导轨(73)滑动连接,挡板螺杆立柱(77)下端穿过挡板底座(71),挡板螺杆立柱(77)的下端螺纹连接挡板滑块(78),挡板滑块(78)与第一导轨(2)滑动连接,固定挡板(75)固定在挡板固定架(76)上,挡板固定架(76)也通过相应的挡板螺杆立柱(77)和挡板滑块(78)滑动连接于第一导轨(2)上,拉压传感器(74)两端通过变扣(52)分别与滑动挡板(72)和固定挡板(75)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置,其特征在于:这种高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置包括主底座(1)、多组紧固装置(3)、外管(4)、挡板组(7)、加载装置(5)、管柱试件(6),主底座(1)上设置有第一导轨(2),外管(4)由直管段(41)和弯管段(42)连接成一体,外管(4)的直管段(41)一端连接挡板组(7)的滑动挡板(72),管柱试件(6)从外管(4)的弯管段(42)一端伸入,管柱试件(6)的另一端连接加载装置(5),多组紧固装置(3)可拆卸地将外管(4)间隔卡固,多组紧固装置(3)均滑动连接于第一导轨(2)上;挡板组(7)包括挡板底座(71)、滑动挡板(72)、第二导轨(73)、拉压传感器(74)、固定挡板(75)、挡板固定架(76),挡板底座(71)上设置有第二导轨(73),滑动挡板(72)通过其底部滑轨与第二导轨(73)滑动连接,挡板螺杆立柱(77)下端穿过挡板底座(71),挡板螺杆立柱(77)的下端螺纹连接挡板滑块(78),挡板滑块(78)与第一导轨(2)滑动连接,固定挡板(75)固定在挡板固定架(76)上,挡板固定架(76)也通过相应的挡板螺杆立柱(77)和挡板滑块(78)滑动连接于第一导轨(2)上,拉压传感器(74)两端通过变扣(52)分别与滑动挡板(72)和固定挡板(75)连接。2.根据权利要求1所述的高曲率井段管柱通过能力模拟实验装置,其特征在于:所述的紧固装置(3)包括横梁(31)、管卡、连接块(32),管卡固定在横梁(31)下部,横梁(31)的两端各自与相应的连接块(32)的水平孔螺纹连接,且通过锁紧螺母(33)紧固;每个连接块(32)的竖直孔各穿过一个支撑螺杆立柱(34),连接块(32)与相应的支撑螺杆立柱(34)螺纹连接且通过锁紧螺母(33)紧固,每个支撑螺杆立柱(34)的下端均螺纹连接一个方形滑块(35),方形滑块(35)与第一导轨(2)滑动连接;管卡由管卡底座(36)和固定块(37)对扣后通过螺钉螺母(38)固定形成,管卡底座(36)和固定块(37)对扣后形成中心孔,接头(43)被卡固在中心孔处,接头(43)一端连接外管(4)直管段(41),接头(43)另一端连接外管(4)弯管段(42),由于紧固装置(3)为可拆卸的,可通过变换紧固装置(3)的位置,通过多个紧固装置(3...

【专利技术属性】
技术研发人员:张强刘巨保刘昱良蒋豹李治淼徐世博许杰韩耀图王晓鹏
申请(专利权)人:东北石油大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1