一种实体膨胀管带载荷弯曲膨胀试验方法与流程

本发明涉及石油天然气工业中实体膨胀管技术领域，尤其涉及一种实体膨胀管带载荷弯曲膨胀试验方法。

背景技术：

实体膨胀管SET(Solid Expandable Tubular)技术是以实现“节省”井眼尺寸为目的，在井眼中将套管柱径向膨胀至所要求的直径尺寸的一种钻井、完井和修井新技术。应用该技术可以使得下入的套管层数增加，给深井、复杂地质条件的钻井和井身结构带来“革命性”的影响和重大技术经济效益。它可以将井眼变“瘦”显著降级开发成本。它将“单一井径”成为可能。

实体膨胀管技术在全世界发展应用非常迅速，国外现已成功将实体膨胀管技术应用于裸眼井完井、膨胀套管补贴和膨胀尾管悬挂等方面。目前该技术由少数几个公司所垄断，主要包括威德福公司、贝克石油工具公司、TIW公司、亿万奇公司、哈里伯顿公司等，其中应用该技术最成熟的是亿万奇公司，亿万奇公司已经研制生产出了从φ108mm到φ339.7mm规格系列的实体膨胀管。截止2015年，亿万奇公司、壳牌公司等已经在裸眼地层、大斜度井和水平井中成功地应用了2000多例膨胀套管固井/完井技术。

实体膨胀管有许多关键技术，如：实体膨胀管管材技术、膨胀管连接技术、实体膨胀管检测技术及其他配套技术等，国外公司在膨胀管系列产品的研发过程中，建立了较完善的检测技术体系，保障了其膨胀管相关产品的安全可靠性，并作为商业秘密进行管理，技术引进的成本较高。国内研制的膨胀管产品，只是按照膨胀工艺的需求，将管体和膨胀工具组装后，在地面进行了相关承内压、密封性等实物性能实验，缺乏对实体膨胀管进行膨胀性能试验的装置，国内之前的专利ZL201010285911.5、ZL201010507489.3等只是可以完成对笔直的膨胀管进行膨胀实验评价，对于膨胀管而言，目前在井下使用时由于井壁发生曲折或者水平井有大弧度造斜段而大部分都是处于弯曲的状态，而目前的评价试验装备及手段无法对这种工况下的膨胀管进行全尺寸评价试验，造成膨胀管体在井下服役过程中安全可靠性的隐患，这也是国内的膨胀管技术与国外同类技术间的重要差距。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种实体膨胀管带载荷弯曲膨胀试验方法，用以克服现有技术在井下使用时，由于井壁发生曲折或者水平井有大弧度造斜段而大部分都是处于弯曲的状态，无法对这种工况下的膨胀管进行全尺寸评价试验，并造成膨胀管体在井下服役过程中安全可靠性的隐患的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种实体膨胀管带载荷弯曲膨胀试验方法，其特殊之处在于：应用以下装置：包括加载机架和设置在加载机架内的弯曲试验平台；

所述加载机架包括主机架，所述主机架的一端设置有液压缸，液压缸的活塞杆与拉力卡头相连，主机架另一端设置有反作用力架，反作用力架上设置有固定接头；

所述弯曲试验平台包括承载架，沿承载架轴向等距分布着多个v型滚轴，每个v型滚轴下方均连接有液压缸，承载架的一端设置有浮动套管，另一端设置有固定压板，承载架下部设置有连接支架。

所述实体膨胀管带载荷弯曲膨胀试验方法包括以下步骤：

1)根据所要实现的弯曲曲率，调节承载架上多个v型滚轴的高度；

2)将试验膨胀管从承载架上的浮动套管中穿入，依次经过调节好的v型滚轴后到达固定压板处，通过固定压板压紧试验膨胀管；

3)将膨胀锥装入试验膨胀管内并在膨胀管两端焊接堵头，当进行无轴向载荷膨胀试验时，直接在有膨胀锥的堵头一端通过高压注水管注入液压水推动膨胀锥完成膨胀试验过程；

4)当对弯曲膨胀管试样两端施加轴向载荷时，重复步骤1)-步骤2)，将装好膨胀管试样的弯曲试验平台放入加载机架中，膨胀管试样两端的焊接堵头分别与拉力卡头和固定接头相连，整个弯曲试验平台通过下部的连接支架和主机架固定；

5)打开液压缸，通过活塞杆带动拉力卡头对膨胀管一端施加轴向载荷，当载荷施加到位时，在有膨胀锥的堵头一端通过高压注水管注入液压水推动膨胀锥完成膨胀试验过程。

进一步的，所述主机架上设置有支撑拉力卡头的卡头固定架，拉力卡头上设置有力传感器。

进一步的，所述主机架上方设置有激光位移传感器，主机架下部设置有机架托架。

进一步的，所述反作用力架通过插销与主机架上的销孔来固定位置。

进一步的，所述加载机架上方设置有保护罩。

进一步的，所述v型滚轴有5～9个。

进一步的，所述浮动套管上方设置有升角压板，下方安装有支撑油缸。

进一步的，所述固定压板通过丝杠与承载架连接，固定压板下方设置有支撑油缸。

本发明的有益效果是：本发明装置结构简单可靠，可实现对实体膨胀管进行0～30度/30米的模拟工况弯曲膨胀试验，并且可在膨胀管试样弯曲的同时，对管体两端施加0～1000kN的轴向控机械拉伸/压缩载荷，使膨胀管试样在最大80Mpa的液压力下完成全尺寸实物膨胀试验，可有效的模拟井下复杂工况对多种规格多种材质的实体膨胀管进行全尺寸评价试验，并且能实时记录试验过程的载荷力、液压力、膨胀锥速度和位移等关键参数，为实体膨胀管膨胀性能检测、研究评价、整管结构改进和工艺优化提供了一种有效地实验室试验装置。

附图说明

图1为本发明实施例中加载机架的结构图。

图2为本发明实施例中弯曲试验平台结构图。

图3为图2的轴向视图。

图4为本发明实施例带载荷弯曲膨胀试验的结构图。

图中，1.液压缸；2.激光位移传感器；3.活塞杆；4.卡头固定架；5.拉力卡头；6.主机架；7.机架托架；8.销孔；9.固定接头；10.插销；11.反作用力架；12.支撑油缸；13.浮动套管；14.升角压板；15.v型滚轴；16.小型液压缸；17.钢结构承载架；18.连接支架；19.支撑油缸；20.丝杠；21.固定压板；22.保护罩；23.位置指示架；24.膨胀管试样；25.高压注水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明加以详细说明。

实施例所提供的实体膨胀管带载荷弯曲膨胀试验装置是由加载机架及弯曲试验平台构成。

如图1所示，加载机架采用卧式结构，由液压缸1，主机架6和机架托架7组成，主机架6采用钢焊结构呈矩形设计，中间部位没有遮挡空间较大，可放入弯曲试验平台，机架材料经过退火处理，可以满足2000KN的最大载荷。在主机架6右侧与液压缸1相连的是活塞杆3，活塞杆3与拉力卡头5相接，用来连接试验用膨胀管并施加轴向载荷，卡头固定架4与主机架6相连用来支撑拉力卡头5。在主机架6左侧设计有反作用力架11，通过固定接头9与实验用膨胀管相连，反作用力架11可轴向移动，通过上下两个插销10和主机架6的上部侧壁两边等距布置一系列销孔8来固定位置，以适应不同长度膨胀管实验用需求。加载机架上方设计有保护罩，可沿左右方向推拉，既可以防止试验过程中发生意外时液力和机械力造成的伤害，又不影响试样的装卸。

如图2-3所示，弯曲试验平台主体为钢结构承载架17，在钢结构承载架17上表面为平面并等距分布着5个v型滚轴15，每个v型滚轴15与下方的小型液压缸16相连可以实现上下移动和定位，通过调节5个v型滚轴15的不同上升高度，可以实现在弯曲试验平台轴向建立一定的弯曲弧度。在弯曲试验平台的右端设计有浮动套管13，在浮动套管13上方设计有2个升角压板14，用来调整浮动套管的角度，在浮动套管13下方安装有支撑油缸12，用来调整浮动套管13的高低；在弯曲试验平台的左侧设计有一个固定压板21，通过丝杠20与弯曲平台连接，在下方同样设计有一个支撑油缸19，可调节平台的高低；在整个弯曲试验平台下部有两组连接支架18，用来放入加载机架中时和主机架固定。

如图4所示，在进行模拟工况进行弯曲膨胀试验时，先调节弯曲试验平台上的几个v型滚轴15上升到计算好的高度，以实现一定的弯曲曲率。然后将试验用膨胀管24从弯曲试验平台上的浮动套管13中穿入，依次经过调整好的v型滚轴15后到达左侧的固定压板21处，调整丝杠20压紧固定压板21，由于固定压板21和浮动套管13对试验管两端高低方向施加了向下的约束，使得试验管24紧紧地贴着有一定曲率的5个v型滚轴15和钢结构承载架17上表面，实现了试验管预定弯曲度的建立，同时在试验管轴向方向没有约束，可以再加载轴向载荷并允许试验管在轴向有长度变化。

试验时将膨胀锥装入试验膨胀管内并在膨胀管两端焊接堵头，当进行无轴向载荷膨胀试验时，直接在有膨胀锥的堵头一端通过高压注水管25注入液压水推动膨胀锥完成膨胀试验过程；当需要膨胀管试样24两端施加轴向载荷时，将装好膨胀管试样24的弯曲试验平台放入加载机架中，膨胀管试样24两端的焊接堵头分别与拉力卡头5和固定接头9相连，整个弯曲试验平台通过下部的两组连接支架18和主机架固定，打开液压缸1，通过活塞杆3带动拉力卡头5对膨胀管一端施加轴向载荷，当载荷施加到位时，在有膨胀锥的堵头一端通过高压注水管25注入液压水推动膨胀锥完成膨胀试验过程。

实验中，在拉力卡头上装有力传感器，在高压注水管上装有液压传感器，在液压膨胀过程中可测量载荷大小和液压力。同时，在主机架的上方设计有激光位移传感器，通过照射随着膨胀锥移动的位置指示架用于记录膨胀管膨胀过程中的速度和位移。

本发明装置装置结构简单、安全可靠，可以对不同规格、不同钢级、不同膨胀率的膨胀管模拟工况进行带载荷的弯曲膨胀试验，具有广泛的应用前景。