一种高温轴向应变测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温轴向应变测量装置，包括抱箍

【技术实现步骤摘要】
一种高温轴向应变测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及机械加工行业中螺纹接头检测技术，更具体地说，涉及一种高温轴向应变测量装置及方法
。

技术介绍

[0002]在石油天然气等地下资源钻探开发领域，需要使用钻杆钻开地层，套管封隔地层与管内流体，油管输送油气
。
钻杆
、
套管和油管为长度约
10
米左右的钢管，常常采用螺纹一根根连接起来下入深达几千米的地底
。
[0003]在部分稠油热采井
、
地热井开采过程中，套管与油管管柱往往处于很高的温度条件下，或者是交变的高低温循环条件下，最高温度甚至超过
350℃。350℃
高温将引起高达
0.5
％应变，超出了材料的弹性应变范围；高温使材料软化
、
蠕变的同时，接头的密封能力也在减弱；交变的高低温循环，管柱在热胀冷缩时，使接头承受了反复的塑性变形
。
[0004]高温不仅使管柱材料屈服强度和抗拉强度的降低，而且热胀冷缩效应，将使管柱产生反向的附加载荷
。
同时套管材料在高载荷应力与热膨胀反向应力共同作用下，蠕变效应非常明显
。
当温度较低时，金属材料的蠕变行为不明显，可忽略不计
。
但当材料长时间处于高温环境时，蠕变现象就变得十分明显，蠕变变形主要发生在
0.3T
m
＜
T
＜
T
m
(T
m/>为材料熔点温度，
T
为环境温度
)
温度区间内
。
蠕变行为不仅与温度相关，与时间也是相关的，并且时间对于整个蠕变变形的影响非常显著
。
[0005]温度被认为是影响高温井套管性能的最主要原因
。
归纳起来主要有：
1、
固井后的套管受水泥环约束的热膨胀，以及其随后间隔冷却过程，产生了巨大的轴向压缩或拉伸载荷，将带来反复屈服变形，并且温度变化越大，影响越严重；
2、
套管材料屈服强度随温度升高而减小，蠕变和松弛效应随温度升高明显增大；
3、
温度越高，管内饱和蒸汽压越高；
4、
高温影响螺纹脂的性能
。
[0006]稠油热采井在生产过程中出现很高比例的套损，采用提高钢级
(80ksi
至
140ksi)
，以及采用抗挤套管，问题仍未能得到很好的解决
。
通过研究发现，试样在
120
小时保温以及之后的
350℃
高温低温循环中，试样发生了很大的不可恢复的轴向负应变，这导致了管柱在相同温度下，轴向拉力逐渐增大，低温时最大
。
由钢管三向应力可知，管柱拉伸力较大时，管体抗挤性能下降
。
[0007]为了评价套管产品在高温条件下的适用情况，国际上通过了
ISO/PAS 12835
：
2013
热采井套管接头评估标准，该标准规定了
240℃、290℃、325℃
和
350℃
四档温度等级的试验，这些温度均高于常规的
180℃
高温
。
[0008]热采井套管连接评估协议
ISO/PAS 12835:2013
旨在为现场作业中的热采井的二开井或生产井套管柱提供套管螺纹连接稳定性的评估：适用于已固井套管，且现场工况温度低温明显低于
180℃
，高温高于
180℃
到
350℃
之间，且高低温反复循环，也就是套管变形主要由温差引起的热机械应变导致
。
[0009]ISO/PAS 12835:2013
标准中，第1个热循环的加热保温时间是
120
小时，之后的9个
高低温热循环加热保温时间是4小时
。
对于典型的石油管材料，蠕变效应和时间持续长度存在指数降低的关系；在保温开始阶段出现的蠕变较之其他阶段要更为明显；蠕变是严重依赖于温度的，在升温时比在室温时要更高；蠕变也受到应力应变的影响，随着应力应变量级增大，蠕变将增大
(
材料不同而有所差异
)。
工程经验表明，蠕变主要发生在高温应变保持时的
24
到
48
小时
。
在第一个热循环中，
120
小时的高温保温对于蠕变来说是完全充足的
。
[0010]ISO/PAS 12835
试验在进行时需要对试样两端位移进行精确控制与测量，精度需求达到微米级，普通的传感器测量精度无法满足使用要求，需要采用“电磁感应位移传感器”，为了将该传感器安装于试样上，需要加工一个传感器支撑架，该支撑架要尽量减少接头连接处可能引起的误差，且易于安装与拆卸
。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种高温轴向应变测量装置及方法，可方便安装于试验试样上，并且还可精确测量试样受轴向拉伸
/
压缩
/
温度作用时的轴向应变
。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]一方面，一种高温轴向应变测量装置，包括抱箍
、
安装支座和检测机构；
[0014]所述抱箍设有两个，分别紧固于试验管两侧的外壁上；
[0015]所述安装支座设于所述抱箍上；
[0016]所述检测机构的一端与一侧所述抱箍上所述安装支座铰接，另一端与另一侧所述抱箍上所述安装支座铰接；
[0017]所述检测机构与所述试验管的中心轴平行
。
[0018]较佳的，所述抱箍采用整体抱箍或柔性抱箍
。
[0019]较佳的，每个所述抱箍上设有两个或两个以上所述安装支座
。
[0020]较佳的，所述检测机构包括滑杆
、
滑套和位移检测传感器；
[0021]所述滑套的底端与一侧所述抱箍上所述安装支座铰接，所述滑杆的一端与另一侧所述抱箍上所述安装支座铰接；
[0022]所述滑杆的另一端沿所述滑套的前端穿入所述滑套内，并沿所述滑套内滑移；
[0023]所述位移检测传感器的前部与底部均通过夹具分别固定于所述滑杆与所述滑套上
。
[0024]较佳的，所述铰接包括设于所述安装支座上的自润滑关节轴承，以及设于所述滑套
、
所述滑杆上的万向接头
。
[0025]较佳的，所述抱箍与所述安装支座之间的连接位置上设有隔热垫片；
[0026]所述位移检测传感器
、
所述夹具
、
所述滑杆与所述滑套之间的连接位置上设有防热辐射纤维布
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高温轴向应变测量装置，其特征在于：包括抱箍
、
安装支座和检测机构；所述抱箍设有两个，分别紧固于试验管两侧的外壁上；所述安装支座设于所述抱箍上；所述检测机构的一端与一侧所述抱箍上所述安装支座铰接，另一端与另一侧所述抱箍上所述安装支座铰接；所述检测机构与所述试验管的中心轴平行
。2.
根据权利要求1所述的高温轴向应变测量装置，其特征在于：所述抱箍采用整体抱箍或柔性抱箍
。3.
根据权利要求1所述的高温轴向应变测量装置，其特征在于：每个所述抱箍上设有两个或两个以上所述安装支座
。4.
根据权利要求1所述的高温轴向应变测量装置，其特征在于：所述检测机构包括滑杆
、
滑套和位移检测传感器；所述滑套的底端与一侧所述抱箍上所述安装支座铰接，所述滑杆的一端与另一侧所述抱箍上所述安装支座铰接；所述滑杆的另一端沿所述滑套的前端穿入所述滑套内，并沿所述滑套内滑移；所述位移检测传感器的前部与底部均通过夹具分别固定于所述滑杆与所述滑套上
。5.
根据权利要求4所述的高温轴向应变测量装置，其特征在于：所述铰接包括设于所述安装支座上的自润滑关节轴承，以及设于所述滑套
、
所述滑杆上的万向接头
。6.
根据权利要求5所述的高温轴向应变测量装置，其特征在于：所述抱箍与所述安装支座之间的连接位置上设有隔热垫片；所述位移检测传感器
、
所述夹具
、
所述滑杆与所述滑套之间的连接位置上设有防热辐射纤维布
。7.
一种高温轴向应变测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹先觉，高展，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：