井注气过程中套管热应力的测试装置，主要包括:左夹板1、右夹板9、外管2、水泥环3、内管4、中心孔5、高温应变片6、方形槽7、热电偶8、高温导线10、高温烘箱11、温度采集器12、应变仪13。内管4和外管2之间的环空浇注水泥环3形成水泥环套管并放入高温烘箱11 ;外管2中央开有一方形槽7，高温应变片6和热电偶8通过方形槽7被粘贴在内管4外壁上，其中左夹板I和右夹板9完全相同且其中心孔5略小于内管4内径，左夹板I和右夹板9分别被焊接在内管4和外管2的两端上，用于限制内管4变形。
[0016]利用本发明提供的测试方法及装置对热采井注气过程中水泥环套管的热载荷及残余应力进行测试，具体测试过程包括以下步骤:
a.将内管4和外管2依次焊接在左夹板I上，用于限制内管4变形并固定内管4和外管2的位置，然后在内管4和外管2之间的环空浇注水泥，形成水泥环套管；
b.待水泥环3养护成型后，将右夹板9焊接在内管4和外管2上，并在外管2中央开一个方形槽7 ；
c.通过方形槽7将热电偶8和两片高温应变片6( 一片用于温度补偿，一片用于测量轴向应变)和粘贴在内管4外壁上，其中热电偶8与温度采集器12连接，高温应变片6与应变仪13连接；
d.将准备好的水泥环套管放进高温烘箱11，设定加热温度，同时用应变仪13记录轴向应变及对应时间，温度采集器12记录温度及对应时间；
e.当温度达到设定温度时，开始降温，直到降为室温，观察室温对应的轴向应变，如果没有残余应变产生，增加加热温度，继续向水泥环套管加热，直到残余应变位置；
f.记录第一次产生残余应变对应的温度及残余应变，利用该温度下的拉伸-应力应变曲线拟合得到内管4的本构关系:0 =Αεη(Α，η为常数，ε为轴向应变)；绘制温度与轴向应变的关系曲线，直接读取内管4的承温极限(套管屈服对应的温度)，利用该温度下的本构关系计算得到残余应力和不同温度下对应的附加轴向热载荷，包括弹性变形阶段和塑性变形阶段的热载荷；
g.继续增加温度，用应变仪13记录轴向应变及对应时间，温度采集器12记录温度及对应时间，当温度达到设定温度时，开始降温，直到降为室温，记录残余应变，重复步骤f得到该温度下的残余应力和不同温度下对应的附加轴向热载荷；
h.重复步骤g可以得到不同加热温度下的残余应力及附加轴向热载荷。
【主权项】
1.一种热采井注气过程中套管热应力的测试方法，其特征在于，所述的热采井注气过程中套管热应力的测试方法包括以下步骤: a.将内管(4)和外管(2)依次焊接在左夹板(I)上，用于限制内管(4)变形并固定内管(4)和外管(2)的位置，然后在内管(4)和外管(2)之间的环空浇注水泥，形成水泥环套管，其中外管(2)用于模拟地层或中间套管，内管(4)用于模拟生产套管； b.待水泥环养护成型后，将右夹板(9)焊接在内管(4)和外管(2)上，并在外管(I)中央开一个方形槽(7); c.通过方形槽(7)将热电偶(8)和两片高温应变片(6)粘贴在内管(4)外壁上，其中热电偶⑶与温度采集器(12)连接，高温应变片(6)与应变仪(13)连接； d.将准备好的水泥环套管放进高温烘箱(11)，设定加热温度，同时用应变仪(13)记录轴向应变及对应时间，温度采集器(12)记录温度及对应时间； e.当温度达到设定温度时，开始降温，直到降为室温，观察室温对应的轴向应变，如果没有残余应变产生，增加加热温度，继续向水泥环套管加热，直到残余应变位置； f.记录第一次产生残余应变对应的温度及残余应变，利用该温度下的拉伸-应力应变曲线拟合得到内管(4)的本构关系:σ =Αεη(Α，η为常数，ε为轴向应变)；绘制温度与轴向应变的关系曲线，直接读取内管(4)的承温极限(套管屈服对应的温度)，利用该温度下的本构关系计算得到残余应力和不同温度下对应的附加轴向热载荷，包括弹性变形阶段和塑性变形阶段的热载荷； g.继续增加温度，用应变仪(13)记录轴向应变及对应时间，温度采集器(12)记录温度及对应时间，当温度达到设定温度时，开始降温，直到降为室温，记录残余应变，重复步骤e得到该温度下的残余应力和不同温度下对应的附加轴向热载荷； h.重复步骤g可以得到不同加热温度下的残余应力及附加轴向热载荷。2.一种为权利要求1所述的方法使用的热采井注气过程中套管热应力的测试装置，其特征在于:主要包括:左夹板(1)、右夹板(9)、外管(2)、水泥环(3)、内管(4)、中心孔(5)、高温应变片(6)、方形槽(7)、热电偶(8)、高温导线(10)、高温烘箱(11)、温度采集器(12)、应变仪(13)，内管(4)和外管(2)之间的环空浇注水泥环(3)形成水泥环套管并放入高温烘箱(11);外管⑵中央开有一方形槽(7)，高温应变片(6)和热电偶⑶通过方形槽(7)被粘贴在内管(4)外壁上，左夹板(I)和右夹板(9)完全相同且其中心孔(5)略小于内管(4)内径，左夹板(I)和右夹板(9)分别被焊接在内管(4)和外管(2)的两端，用于限制内管⑷变形。
【专利摘要】一种热采井注气过程中套管热应力的测试方法及装置，其特点是：利用高温烘箱给两端用左夹板和右夹板固定的水泥环套管(由外管、水泥环和内管组成，其中外管用于模拟地层或中间套管，内管用于模拟生产套管)加热，采用热电偶和温度采集器记录升温和降低过程的温度及对应的时间，同时采用应变仪记录在升温和降温过程中内管的轴向应变及对应时间，基于测试数据绘制温度与轴向应变的关系曲线，通过计算得到套管的承温极限(套管屈服时对应的温度)及对应的附加轴向热载荷和不同温度下的拉伸残余应力。该装置结构简单，制造成本低，适用于稠油热采井注气过程中套管热应力的测试。
【IPC分类】G01L5/00
【公开号】CN105241596
【申请号】CN201510609695
【发明人】邓宽海, 林元华, 曹震, 刘婉颖, 王其军, 仝闯闯, 王锦昌, 曾德智, 马尚余
【申请人】西南石油大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月23日