一种模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置及方法，属于石油勘探领域固完井设计领域。该装置包括：液压厚壁筒，用于提供液压腔体；套管夹具，设置在所述液压厚壁筒的内腔中，用于夹住套管；加载部件，用于对套管加载载荷；应变检测部件，包括应变传感器，所述应变传感器安装在所述套管的外壁上，用于检测套管外壁的应变。本发明专利技术可模拟地应力条件下不同硬度水泥环、水泥环缺失范围、载荷大小、套管几何尺寸等条件对套管应力的影响，并且能够测试局部载荷作用下套管的强度，本发明专利技术具有测试方法简单、可操作性强等特点，对油气井套管的设计和套管变形的防护具有重要意义，具有较好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置及方法


[0001]本专利技术属于石油勘探领域固完井设计领域，具体涉及一种模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置及方法，用于评价井底套管承受局部载荷作用时的抗外挤强度。

技术介绍

[0002]油气井套管在油气田的开发过程中具有保护井眼稳定、封隔不同压力的地层，以保证钻井过程的顺利进行和完井后整个油井的正常运行的功能，它是维持油井正常运行的生命线，其使用情况的好坏将直接影响油田开采的进度和成本。而油气井套管损坏已经严重影响到我国油气的高效开发，给油田企业造成了巨大的经济损失。随着高压注采、超高压压裂等各种增产措施的应用和油田开发时间的增长，我国各油田油水井套管损坏问题将越来越严重。
[0003]按照API标准设计的套管亦出现了严重套管损坏，引起了国内外学者的高度重视。先后提出了套管缺陷(如套管磨损、壁厚不均、椭圆套管等)、非均匀载荷等理论进行套管的设计、强度试验和实践应用，取得了较好的效果。虽然新的理论较好的解决了套管损坏问题，但仍然存在较多的套管损坏。如四川盆地的页岩气压裂产生的套管损坏等，与传统的套管损坏存在较大的区别，传统的均匀或非均匀载荷评价套管抗挤毁能力，尚不能满足实际工程需要。
[0004]中国专利公开文献CN111044382A公开了一种液压式模拟套管非均匀围压的实验装置及使用方法，其包括釜体组件、实验组件、加压组件、数据采集组件，能够模拟地层非均匀地应力载荷条件下的套管受压状态。其主要局限在于无法模拟水泥环缺失状态下的套管载荷，也无法考虑水泥环和地层岩石的变形。
[0005]中国公开文献《非均匀外载作用下油井套管强度特性的实验研究》(岩土力学，2005年06月，26(06))介绍了根据实际全尺寸套管承受非均匀外载作用下的强度实验，研究了非均匀外载作用下油井套管的强度特性，提出了用“等效破坏载荷”及椭圆载荷的短、长轴之比来定量描述套管所受非均匀外载的概论，建立了非均匀外载下的套管强度设计图版，可用来检测盐岩等流变地层中下入套管的安全性或在已知套管外载时进行套管强度设计。其主要局限性在于套管的载荷设定为椭圆载荷，与实际存在水泥环缺失条件的局部载荷不同，无法评价局部载荷条件下的套管强度。
[0006]因此，针对目前出现的亟待解决的套管损坏问题，局部载荷对于套管损坏具有重要的影响。为优化套管在局部载荷作用下的抗挤毁强度的设计，需要对局部载荷作用下套管的抗挤毁强度进行测试。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，针对水泥环局部缺失情况下油气井中套管严重变形的情况，提供一种模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置及方法，能够模拟套管受地层岩石和水泥环局部载荷作用条件，解决局部载荷作用下套管抗挤
强度不能准确确定的技术难题。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]本专利技术的第一个方面，提供了一种模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置，所述模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置包括：
[0010]液压厚壁筒，用于提供液压腔体；
[0011]套管夹具，设置在所述液压厚壁筒的内腔中，用于夹住套管；
[0012]加载部件，用于对套管加载载荷；
[0013]应变检测部件，包括应变传感器，所述应变传感器安装在所述套管的外壁上，用于检测套管外壁的应变。
[0014]本专利技术的进一步改进在于，所述加载部件包括油压活塞、油压缸、油压泵；
[0015]所述油压活塞、油压缸设置在所述液压厚壁筒的内腔中的上侧；
[0016]所述油压泵设置在液压厚壁筒的外部，所述油压泵通过管路与所述油压缸连接。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，所述套管夹具包括支护板和连接杆；
[0018]每个支护板均为板状结构；
[0019]两个支护板平行设置，两个支护板所在的平面与所述液压厚壁筒的中心轴线垂直；在每个支护板的中心开有圆形通孔，两个圆形通孔的中心轴线与液压厚壁筒的中心轴线位于同一条直线上；
[0020]每个支护板上的圆形通孔的直径相同，且圆形通孔的直径大于套管的外径；
[0021]两个支护板通过四个连接杆连接，四个连接杆平行设置，且分别与两个支护板垂直；
[0022]其中，位于上方的两个连接杆的中心线位于同一个水平面内，位于下方的两个连接杆的中心线位于另一个水平面内。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，在每个连接杆的两端均设置有外螺纹，在每个支护板四周均设置有连接孔；
[0024]每个连接杆的两端分别穿过两侧的支护板上的连接孔；通过两个螺母将连接杆的一端与支护板固定连接，两个螺母分别位于该支护板的两侧。
[0025]本专利技术的进一步改进在于，在每个所述连接杆的中部设置有螺栓孔，所述螺栓孔的中心轴线与所述连接杆的长度方向垂直；
[0026]在所述油压缸的两侧分别设置有连接凸块，在每个连接凸块上设置有螺栓孔，油压缸设置在上方的两个连接杆之间，油压缸两侧的螺栓孔分别与位于油压缸两侧的连接杆上的螺栓孔对齐，通过螺栓将油压缸固定在上方的两个连接杆之间；
[0027]在下方的两个连接杆之间设置有垫块，在所述垫块的两侧设置有连接凸块，在每个连接凸块上设置有螺栓孔，垫块两侧的螺栓孔分别与位于垫块两侧的连接杆上的螺栓孔对齐，通过螺栓将垫块固定在下方的两个连接杆之间。
[0028]本专利技术的进一步改进在于，在所述垫块的上方设置有凹槽垫块，在所述凹槽垫块的上端面上开有凹槽；
[0029]在所述油压活塞的下端面设置有凹槽；
[0030]在所述套管中部外壁的上侧、下侧分别设置有单弧面橡胶块，两个单弧面橡胶块沿套管的中心轴线对称设置；
[0031]每个所述单弧面橡胶块的一个端面为弧形面，另一个端面为平面；下方的单弧面橡胶块的平面端位于所述凹槽垫块的凹槽内，弧形面与套筒中部外壁的下侧接触；上方的单弧面橡胶块的平面端位于所述油压活塞的凹槽内，弧形面与套筒中部外壁的上侧接触；
[0032]两个单弧面橡胶块将套筒夹住。
[0033]本专利技术的进一步改进在于，所述单弧面橡胶块的弧面曲率半径与套管外壁的半径相同；
[0034]所述单弧面橡胶块的弧面弧长与套管外壁周长的比值范围为0.1至0.5。
[0035]本专利技术的进一步改进在于，所述液压厚壁筒为两端开口的卧式圆筒状结构，在所述液压厚壁筒的两个开口端分别安装有与其同轴线的外密封盖；
[0036]所述油压缸的上端面为弧形面，该弧形面与所述液压厚壁筒的内壁上侧接触；
[0037]所述垫块的下端面为弧形面，该弧形面与所述液压厚壁筒的内壁下侧接触；
[0038]所述油压缸的上端面的弧面曲率半径、所述垫块的下端面的弧面曲率半径均与所述液压厚壁筒的内半径相同。
[0039]本专利技术的进一步改进在于，所述应变检测部件包括应变传感器和计算机；
[0040]在沿套筒的轴向上布置多组应变传感器；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置，其特征在于：所述模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置包括：液压厚壁筒，用于提供液压腔体；套管夹具，设置在所述液压厚壁筒的内腔中，用于夹住套管；加载部件，用于对套管加载载荷；应变检测部件，包括应变传感器，所述应变传感器安装在所述套管的外壁上，用于检测套管外壁的应变。2.根据权利要求1所述的模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置，其特征在于：所述加载部件包括油压活塞、油压缸、油压泵；所述油压活塞、油压缸设置在所述液压厚壁筒的内腔中的上侧；所述油压泵设置在液压厚壁筒的外部，所述油压泵通过管路与所述油压缸连接。3.根据权利要求2所述的模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置，其特征在于：所述套管夹具包括支护板和连接杆；每个支护板均为板状结构；两个支护板平行设置，两个支护板所在的平面与所述液压厚壁筒的中心轴线垂直；在每个支护板的中心开有圆形通孔，两个圆形通孔的中心轴线与液压厚壁筒的中心轴线位于同一条直线上；每个支护板上的圆形通孔的直径相同，且圆形通孔的直径大于套管的外径；两个支护板通过四个连接杆连接，四个连接杆平行设置，且分别与两个支护板垂直；其中，位于上方的两个连接杆的中心线位于同一个水平面内，位于下方的两个连接杆的中心线位于另一个水平面内。4.根据权利要求3所述的模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置，其特征在于：在每个连接杆的两端均设置有外螺纹，在每个支护板四周均设置有连接孔；每个连接杆的两端分别穿过两侧的支护板上的连接孔；通过两个螺母将连接杆的一端与支护板固定连接，两个螺母分别位于该支护板的两侧。5.根据权利要求4所述的模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置，其特征在于：在每个所述连接杆的中部设置有螺栓孔，所述螺栓孔的中心轴线与所述连接杆的长度方向垂直；在所述油压缸的两侧分别设置有连接凸块，在每个连接凸块上设置有螺栓孔，油压缸设置在上方的两个连接杆之间，油压缸两侧的螺栓孔分别与位于油压缸两侧的连接杆上的螺栓孔对齐，通过螺栓将油压缸固定在上方的两个连接杆之间；在下方的两个连接杆之间设置有垫块，在所述垫块的两侧设置有连接凸块，在每个连接凸块上设置有螺栓孔，垫块两侧的螺栓孔分别与位于垫块两侧的连接杆上的螺栓孔对齐，通过螺栓将垫块固定在下方的两个连接杆之间。6.根据权利要求5所述的模拟局部载荷测试套管抗挤强度的实验装置，其特征在于：在所述垫块的上方设置有凹槽垫块，在所述凹槽垫块的上端面上开有凹槽；在所述油压活塞的下端面设置有凹槽；在所述套管中部外壁的上侧、下侧分别设置有单弧面橡胶块，两个单弧面橡胶块沿套管的中心轴线对称设置；
每个所述单弧面橡胶块的一个端面为弧形面...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶谦，刘奎，杜金龙，刘仍光，陆沛青，杜晓雨，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：