模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及石油、天然气开采技术领域，具体涉及一种模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置及其试验方法。可以模拟整根油管、套管在不同的狗腿度条件下实现自由弯曲，实现在测试管柱不同的弯曲狗腿度条件下进行外压挤毁试验。本发明专利技术的技术方案：外压挤毁釜体两端的两个弯曲加载油缸同步向上径向加载力载荷时，试验管柱整体向上外凸弧形自由弯曲，外压釜体中管柱的外表面无试验附加的径向载荷或应力实现自由弯曲，油管或套管的两端部轴向方向不约束可在弯曲载荷加载过程中自由伸缩。弯曲加载过程中，通过测量釜体端部的应变片的应变变化实时计算管柱的弯曲狗腿度。

Test device and method of external collapse under simulated free bending of pipe string

【技术实现步骤摘要】
模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置及其试验方法
：本专利技术涉及石油、天然气开采
，具体涉及一种模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置及其试验方法。
技术介绍
：石油钻井过程中，无论是钻直井、定向井或水平井，钻井过程中由于各种地质、工程或钻井技术因素的影响，实际的井眼都会存在一定的井斜现象。钻井后井斜，井斜会使得井眼中的后续下入的套管或油管产生弯曲，油管或套管弯曲后产生附加的弯曲载荷，弯曲载荷会降低油管或套管的抗外压挤毁强度性能。石油工程将每30m井眼斜率变化定义为狗腿度，为更好研究井斜弯曲条件造成的套管抗挤毁强度性能的影响规律，需要模拟油管或套管在井下井斜井眼中的弯曲工况，即套管与井眼的弯曲一致自由弯曲，油管或套管柱在弯曲时两端部不受轴向位移约束，管体表面无弯曲试验附加的径向载荷条件下的抗外压挤毁强度性能测试试验。目前国内现有的弯曲条件下外压挤毁试验设备，是在常规外压釜中间部位增加一个油缸进行径向加载力载荷，由于外压釜两个端盖径向约束试验管柱，中间加载径向力载荷可以实现典型的“三点弯曲”加载。这种加载结构，存在以下缺陷：1)由于径向加载弯曲载荷时，径向的加载装置与套管表面接触应力很大，试验时加载的径向附加力载荷会产生很大的应力集中现象，极易造成试验的套管过早发生结构失稳挤毁失效，对弯曲条件下的抗外压挤毁强度性能试验结果影响很大；2)由于外压挤毁试验过程中釜体内部的套管弯曲狗腿度难以直接测量，试验管柱的弯曲狗腿度通常根据弯曲加载油缸位移的变化进行计算，而外压釜中间的弯曲油缸加载弯曲载荷时，由于外压釜两端面密封的橡胶圈硬度很低极易变形，因此外压釜体中间的油缸加载径向力载荷的位移包含了外压釜两端部的密封圈变形位和套管弯曲位移两部分。试验过程由于无法测量密封圈实际发生的变形位移，因此方法使用加载油缸位移来计算套管狗腿度弯曲产生的位移时误差较大，不能精确测试弯曲狗腿度对套管抗挤毁强度性能的影响。
技术实现思路
：有鉴于此，本专利技术提供一种模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置及其试验方法，可以模拟整根油管、套管在不同的狗腿度条件下实现自由弯曲，实现在测试管柱不同的弯曲狗腿度条件下进行外压挤毁试验，可以测试研究不同的弯曲条件下套管抗外压挤毁强度性能及弯曲狗腿度对油管、套管外压强度性能的影响规律。为解决现有技术存在问题，本专利技术的技术方案是:一种模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置，其特征在于：包括试验机底座，所述的试验机底座的两端对称从外到内依次设置有承力柱、弯曲加载油缸和外压挤毁釜支承托座；每个承力柱顶部设置有卡箍，每个弯曲加载油缸顶部设置有油缸加载卡瓦，两个外压挤毁釜支承托座上设置有外压挤毁釜，所述的外压挤毁釜的中部径向设置有注入孔，液体增压介通过注入孔注入于外压挤毁釜内。进一步，承力柱与试验机底座和卡箍分别铰接设置。模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置的试验方法，其特征在于：步骤为：1)将试验管柱从外压挤毁釜的中心通孔中穿过，当外压挤毁釜和试验管柱居中同心时，固定安装外压挤毁釜两侧的端盖，在外压挤毁釜两侧伸出的试验管柱的表面分别粘贴测量应变片，将安装好外压挤毁釜和贴好应变片的试验管柱整体放置于外压挤毁釜支承托座上，试验管柱的两端座落于油缸加载卡瓦下座内，再进行安装并紧固试验管柱两侧的卡箍，安装紧固试验管柱中间部位的油缸加载卡瓦，将外压挤毁釜的注入孔与高压增压设备连接，将应变片与外部的应变采集控制软件连接；2)两个弯曲加载油缸同步对试验管柱加载向上的力载荷加载时，试验管柱两侧的承力柱通过卡箍和试验机底座施加反作用向下拉力；两个加载油缸同步向上加载过程中，试验管柱在卡箍中轴向无约束可自由伸缩；3)弯曲加载过程中，通过实时采集试验管柱外表面粘贴的应变片的应变变化，实时测量试验管柱的应力变化值及弯曲狗腿度；当试验管柱的弯曲狗腿度达到试验目标要求值时，保持弯曲狗腿度加载不变条件下，通过高压增压设备向外压挤毁釜和试验管柱的环空中挤入高压的液体增压介质，实现外压挤毁釜内测试管柱的外压增压，直到外压挤毁釜内的试验管柱发生外压挤毁失效。与现有技术相比，本专利技术的优点如下:1)本专利技术可以实现整根试验管柱长度为8m～10m的油管或套管在自由弯曲条件下的外压挤毁强度试验，模拟井下的油管或套管在自由弯曲条件下的均匀外压介质挤毁的工况；2)本专利技术加载弯曲载荷时，被测试的油管或套管实现自由弯曲，两端轴向无约束可以自由伸缩，外压挤毁釜中的套管表面无弯曲试验附加的接触载荷，测试的油管或套管试样为自由弯曲状态；3)本专利技术外压挤毁釜体中的油管或套管挤毁部分有效长度大于10倍管体外径，消除管端端部夹持的端部效应影响；4)本专利技术设备能够实现模拟油管或套管在管柱自由弯曲条件下的外压挤毁失效试验，测试出试验管柱在不同弯曲狗腿度条件下的外压挤毁强度。附图说明：图1为本专利技术装置的结构示意图；图中，1-底座，2-承力柱，3-卡箍，4-试验管柱，5-弯曲加载油缸，6-油缸加载卡瓦，7-应变片，8-外压挤毁釜，9-液体增压介质；10-注入孔，11-外压挤毁釜支承托座。具体实施方式：为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术一种模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置，包括试验机底座1、承力柱2、卡箍3、试验管柱4、弯曲加载油缸5、油缸加载卡瓦6、应变片7、外压挤毁釜8、液体增压介质9、注入孔10和外压挤毁釜支承托座11。上述试验机底座1的两端对称从外到内依次设置有承力柱2、弯曲加载油缸5和外压挤毁釜支承托座11；承力柱2的底部与试验机底座1铰接设置，每个承力柱2顶部铰接设置有卡箍3，每个弯曲加载油缸5顶部设置有油缸加载卡瓦6，用于夹持并固定试验管柱4，两个外压挤毁釜支承托座11上设置有外压挤毁釜8，所述的外压挤毁釜8的中部径向设置有注入孔10，液体增压介9通过注入孔10注入于外压挤毁釜8和试验管柱4的环空内。上述试验管柱4与外压挤毁釜8同心居中时，安装固定外压挤毁釜8的两端部盖板，两侧2个弯曲加载油缸5上部的加载卡瓦6将试验管柱4夹紧固定，外压挤毁釜8端部和弯曲加载油缸5的中间部位圆周界面方向每间隔90°粘贴1个应变片7，试验管柱4的两端部通过铰链与卡箍3连接，承力柱2铰链连接设置于试验机底座1上。本专利技术两个弯曲加载油缸5同步协调向上对试验管柱4进行径向力载荷加载时，试验管柱4逐渐向上凸起弯曲成自由的弧形，外压挤毁釜8内试验管柱4在自由弯曲时，管柱4的外表面无试验弯曲载荷附加的径向载荷，试验管柱4的两端部轴向方向无约束可在铰链连接卡箍3中自由伸缩移动。本专利技术在油缸5在加载弯曲力载荷的过程中，试验管柱4逐渐增大弯曲变形形成向外凸起的弧度弯曲，铰链连接承力柱2通过铰链连接卡箍3自动实现调整铰链角度，使得试验机底座1对试验管柱4的反作用拉力始终垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置，其特征在于：包括试验机底座(1)，所述的试验机底座(1)的两端对称从外到内依次设置有承力柱(2)、弯曲加载油缸(5)和外压挤毁釜支承托座(11)；每个承力柱(2)顶部设置有卡箍(3)，每个弯曲加载油缸(5)顶部设置有油缸加载卡瓦(6)，两个外压挤毁釜支承托座(11)上设置有外压挤毁釜(8)，所述的外压挤毁釜(8)的中部径向设置有注入孔(10)，液体增压介(9)通过注入孔(10)注入于外压挤毁釜(8)内。/n

【技术特征摘要】
1.模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置，其特征在于：包括试验机底座(1)，所述的试验机底座(1)的两端对称从外到内依次设置有承力柱(2)、弯曲加载油缸(5)和外压挤毁釜支承托座(11)；每个承力柱(2)顶部设置有卡箍(3)，每个弯曲加载油缸(5)顶部设置有油缸加载卡瓦(6)，两个外压挤毁釜支承托座(11)上设置有外压挤毁釜(8)，所述的外压挤毁釜(8)的中部径向设置有注入孔(10)，液体增压介(9)通过注入孔(10)注入于外压挤毁釜(8)内。


2.根据权利要求1所述的模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置，其特征在于：所述的承力柱(2)与试验机底座(1)和卡箍(3)分别铰接设置。


3.根据权利要求1所述的模拟管柱自由弯曲条件下外压挤毁试验装置的试验方法，其特征在于：步骤为：
1)将试验管柱(4)从外压挤毁釜(8)的中心通孔中穿过，当外压挤毁釜(8)和试验管柱(4)居中同心时，固定安装外压挤毁釜(8)两侧的端盖，在外压挤毁釜(8)两侧伸出的试验管柱(4)的表面分别粘贴测量应变片(7)，将安装好外压挤毁釜(8)和贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王双来，王子逾，王乐，史庆起，张鹏，
申请(专利权)人：西安摩尔石油工程实验室股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61