一种高温下封隔器胶筒接触应力测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高温下封隔器胶筒接触应力测试装置及方法。它通过高温箱设定试验温度，通过交流伺服系统装置施加稳定载荷，封隔器胶筒橡胶材料压缩变形与外管壁接触产生应力变形，通过测得外管壁表面特征点在外载作用力下的应变数据，利用应力数据分析系统通过有限元方法反推计算得出封隔器胶筒橡胶与外管壁的接触应力分布规律，从而分析封隔器胶筒橡胶材料接触应力随温度变化的规律。本发明专利技术可以模拟井下的高温工况，使得试验过程更符合实际工作情况。实现了封隔器胶筒接触应力的测试，可测得封隔胶筒表面特征点在外载作用力下的应变数据，利用应力数据分析系统得出应力、应变的大小和分布规律。结构简单、操作方便、工作可靠、精确度较高。

Device and method for testing contact stress of packer rubber at high temperature

The invention relates to a device and a method for testing the contact stress of the packer rubber cylinder at high temperature. It is through the high temperature box set test temperature, applied stable load through the AC servo system device, packer rubber material compression deformation and the outer tube wall caused by the contact stress and deformation, the measured strain data through the outer tube wall surface feature point load force under the outside, through the finite element method using backstepping calculated seal packer rubber rubber and the outer wall of the contact stress distribution data analysis system, and analysis of packer rubber materials contact stress changes with temperature. The invention can simulate the downhole high temperature working condition, so that the test process is more in line with the actual working conditions. The packer test of contact stress can be measured, sealing surface characteristics of rubber cylinder load point strain data under external force, it should be the size and the distribution of stress and strain stress data analysis system. The utility model has the advantages of simple structure, convenient operation, reliable operation and high precision.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及井下工具测试装置及方法领域中的一种用于高温下封隔器胶筒接触应力测试装置及利用该测试装置进行接触应力测试的方法。
技术介绍
封隔器在井下高温高压的工况下，胶筒的耐高温力学性能显得尤为重要，因此对井下工具模拟井下工况，进行高温强化试验和数据检测，不仅对井下工具的开发研制具有重要意义，对已经推广使用的封隔器，定期进行抽样检测，确保其使用安全可靠，也是必不可少的。目前国内外各油田和公司的井下工具试验设备都朝着模拟条件准确、测试手段完备、测试数据齐全、测试精度高等方向发展。目前，钻采工具及工艺技术和装备的模拟试验已作为油气田开发过程中钻采工具研究的基础和重要组成部分。建设封隔器的密封与锚定性能测试装置是进行多种井下钻采工具及工艺研究必不可少的试验手段。总之，只有物理模拟试验才能获得现场试验无法取得的或在短时期内不可能取得的中间试验数据；也只有模拟试验才能大大缩短科研周期，有效地克服未经任何中间试验就把新产品、新工艺投入现场生产井使用的弊端。从而可以避免一些不必要的无功作业和经济损失，使科研成果更具有科学性、可靠性、实用性和经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术现状,提出一种高效实用的高温下封隔器胶筒接触应力测试装置及方法。本专利技术的技术路线是：由于封隔器胶筒接触位置在套管内部，一般无法直接测试到其接触力值，但是接触力会使套管变形，套管表面的变形反应了r>内部接触力的大小和分布情况，因此只要测出套筒表面的变形，就可以推算出套管内部接触力。通过温控表设定试验温度，高温箱内的电加热器对试样进行加热，温度稳定后，通过交流伺服系统装置对封隔器胶筒施加设定载荷，封隔胶筒外管壁环向粘贴高温应变片，交流伺服系统保持设定载荷稳定一段时间，测定该过程中封隔胶筒外管壁表面特征点的应变数据，通过应变分析仪采集应变值传输给应力数据分析系统进行分析计算。其具体方案包括：首先，一种高温下封隔器胶筒接触应力测试装置包括，试验套管、封隔器胶筒、高温箱、加载装置、加载杆、横梁、压力传感器、应变分析仪、应变数据分析计算机和支撑体；其中：试验套管被设置在底部加固封闭的实验套管内；实验套管连同其内的封隔器胶筒被设置在高温箱内，高温箱内设置加热器，高温箱的外壁设置保温材料，高温箱的上部贯穿有加载杆，加载杆连接在其上方的横梁上，加载杆与横梁之间连接有压力传感器，横梁与高温箱外部的支撑体连接，加载杆与实验套管内的封隔器胶筒构成纵向挤压配合；应变分析仪带有多个应变片，多个应变片被间隔粘贴在实验套管的外壁上，应变片通过耐高温导线与应变分析仪连接，应变分析仪与应变数据分析计算机建立连接；所述的加载装置设置在横梁与支撑体之间，或者是设置在横梁与加载杆之间，或者是设置在实验套管底部与高温箱底部之间，或者是通过贯穿高温箱底部的支撑杆连接在实验套管底部与支撑体之间。上述方案还包括：所述的加载装置是由交流伺服电机和驱动滚珠丝杆组成的直线驱动电机。高温箱采用热电偶作为加热器，并与温控仪连接实现自动控温；高温箱箱体前面开有活动门，门边采用耐高温氟橡胶密封；高温箱上、下需要贯穿加载杆时或支撑杆时，其圆孔采用耐高温石棉纱密封。横梁与支撑体采用轨道和滑轮配合连接。其次，按照上述的高温下封隔器胶筒接触应力测试装置的测试方法是：设定高温箱内试验温度，试验温度稳定后，通过加载装置给实验套管内的封隔器胶筒设定加载力和加载力稳定时间，测得封隔胶筒表面特征点在外载作用力下的应变数据，应变分析仪将采集到的试验数据传输到应变数据分析计算机上，通过应力数据分析系统计算出应力、应变的大小和分布规律，以及随温度变化的规律。所述应力数据分析系统的计算方法如下：设套管表面有n个测试点，套管内壁作用沿有环向方向的作用力P，作用在任一测试点i处的接触力Pi，在Pi单独作用下各测试点的应变分别为εi，当P连续分布在测试点1～i上时，则任一测试点i处应变等于各点接触力对i点引起的应变ε之和，通过有限元方法计算出该值；设1到15号应变片的应变依次为ε1×10-6，ε2×10-6，ε3×10-6，ε4×10-6，.....ε15×10-6，套筒内部与各应变片对应处的内压分别记为p1，p2，p3......p15，单位为MPa，用以反算封隔器胶筒和实验套管接触应力的数据矩阵设为J，记J的逆矩阵为J-1，且令{ε本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温下封隔器胶筒接触应力测试装置，其特征是包括试验套管、封隔器胶筒、高温箱、加载装置、加载杆、横梁、压力传感器、应变分析仪、应变数据分析计算机和支撑体；其中：试验套管被设置在底部加固封闭的实验套管内；实验套管连同其内的封隔器胶筒被设置在高温箱内，高温箱内设置加热器，高温箱的外壁设置保温材料，高温箱的上部贯穿有加载杆，加载杆连接在其上方的横梁上，加载杆与横梁之间连接有压力传感器，横梁与高温箱外部的支撑体连接，加载杆与实验套管内的封隔器胶筒构成纵向挤压配合；应变分析仪带有多个应变片，多个应变片被间隔粘贴在实验套管的外壁上，应变片通过耐高温导线与应变分析仪连接，应变分析仪与应变数据分析计算机建立连接；所述的加载装置设置在横梁与支撑体之间，或者是设置在横梁与加载杆之间，或者是设置在实验套管底部与高温箱底部之间，或者是通过贯穿高温箱底部的支撑杆连接在实验套管底部与支撑体之间。

【技术特征摘要】
1.一种高温下封隔器胶筒接触应力测试装置，其特征是包括试验套管、封
隔器胶筒、高温箱、加载装置、加载杆、横梁、压力传感器、应变分析仪、应
变数据分析计算机和支撑体；其中：试验套管被设置在底部加固封闭的实验套
管内；实验套管连同其内的封隔器胶筒被设置在高温箱内，高温箱内设置加热
器，高温箱的外壁设置保温材料，高温箱的上部贯穿有加载杆，加载杆连接在
其上方的横梁上，加载杆与横梁之间连接有压力传感器，横梁与高温箱外部的
支撑体连接，加载杆与实验套管内的封隔器胶筒构成纵向挤压配合；应变分析
仪带有多个应变片，多个应变片被间隔粘贴在实验套管的外壁上，应变片通过
耐高温导线与应变分析仪连接，应变分析仪与应变数据分析计算机建立连接；
所述的加载装置设置在横梁与支撑体之间，或者是设置在横梁与加载杆之间，
或者是设置在实验套管底部与高温箱底部之间，或者是通过贯穿高温箱底部的
支撑杆连接在实验套管底部与支撑体之间。
2.根据权利要求1所述的高温下封隔器胶筒接触应力测试装置，其特征是：
所述的加载装置是由交流伺服电机和驱动滚珠丝杆组成的直线驱动电机。
3.根据权利要求2所述的高温下封隔器胶筒接触应力测试装置，其特征是：
高温箱采用热电偶作为加热器，并与温控仪连接实现自动控温；高温箱箱体前
面开有活动门，门边采用耐高温氟橡胶密封；高温箱上、下需要贯穿加载杆时
或支撑杆时，其圆孔采用耐高温石棉纱密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志刚，马明新，李国锋，徐鑫，李铭，冯德杰，刘传永，刘建，许婵婵，张建国，李硕，张磊，齐志刚，邵茹，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11