一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明专利涉及石油与天然气钻井工程技术领域，具体是一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置。
【背景技术】
[0002]油井管按用途主要分为钻杆、套管和油管，而井筒内的油井管柱则是由专用螺纹将单根油井管连接成几千米长的管柱，包括钻柱、套管柱、油管柱。因此，在真实服役环境下，油井管的强度及密封性能对油气安全开采起到至关重要的作用。
[0003]油井管的损坏主要以变形、穿孔和错断三种形式出现，而错断又是油井管损坏的主要形式之一，油井管错断主要包括:非坍塌型错断和坍塌型错断，其中非坍塌型油井管错断是由油水井泥岩、页岩在长期水浸作用下膨胀后发生岩体滑移(当这种地壳升降、滑移速度超过30_/年时，油井管将被剪断而发生横向错位。)而造成的;坍塌型套管错断是由岩层滑移、断层运移、地震及构造运动等因素而造成的，其中岩层滑移的特点是:层理发育的页岩层浸水后，很快形成浸水域，在压差作用下，岩层成片滑动，产生巨大的剪切载荷，使油井管发生横向变形、错位及错断；断层运移的特点是:注入水和压裂液侵入断层后，起到润滑作用，破坏了断层相对静止状态，使断层上、下盘产生相对滑移，产生巨大的剪切载荷，从而使穿越断层的油井管发生横向变形、错位及错断;地震及频繁的构造运动会引起断层滑移，从而造成油井管的剪切破坏。此外，文献资料表明:在剪切载荷的作用下，油井管的本体可能发生破裂，油井管接头的密封性能会受到严重的影响。
[0004]由此可知，油井管在剪切载荷作用下发生的横向变形、错位及错断会对井筒完整性和油气安全开采构成巨大威胁，甚至导致油气井的提前报废，给油田带来严重地经济损失和安全隐患。
[0005]综上所述，有必要研究一种能够测试油井管在剪切载荷下的密封性能及剪切强度的实验装置，开展油井管在不同剪切载荷下的密封性能及剪切强度测试，弄清油井管在不同剪切载荷下的失效机理及剪切变形对密封性能的影响规律，从而提出适用的预防措施。因此，本发明提出一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置，该装置可开展全尺寸油井管在不同剪切载荷下的剪切强度及密封性能测试，从而弄清油井管在剪切载荷下的失效机理及剪切变形对密封性能的影响规律，为油井管的设计及预防措施的选择提供重要地理论依据。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置，以解决油井管在剪切载荷下密封性能及剪切强度难以准确预测地技术难题，该装置操作简单、方便，且极易满足油井管在井眼环境下的真实工况。
[0007]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0008]本发明提出了一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置，主要包括:压头、上定位板、第一加载模块、第二加载模块、参考横梁、压力表、位移传感器、螺纹接头、油井管、进液口、下定位板、第三加载模块、第四加载模块、应变计、底座、支架;其中，压头与万能压力试验机连接，用于给整个装置施加向下的压力;进液口用于给带螺纹接头的油井管(两端采用堵头进行密封)施加内压，压力表用于显示油井管的压力变化;上定位板与压头连接，下定位板固定在底座上，可移动的第一加载模块、第二加载模块、第三加载模块和第四加载模块从左往右依次交叉位于油井管两侧，上、下定位板通过第一加载模块、第二加载模块、第三加载模块、第四加载模块将压头上的压力载荷转换为剪切载荷并缓慢施加到带内压的油井管上，当压力表读数降低时，表明螺纹接头的密封失效;参考横梁通过管夹和支架固定在油井管上，四个位移传感器分别对称固定在参考横梁的两侧，用于测量油井管在剪切载荷下的横向位移;粘贴于油井管外壁的应变计用于测量剪切载荷作用下的应力-应变规律，基于应力-应变规律可以得到油井管的剪切屈服强度和剪切断裂强度(剪断强度)；油井管可以变换为不带螺纹接头和内压的油管、套管及钻杆的本体，且第一加载模块与第二加载模块之间的跨度和第三加载模块与第四加载模块之间的跨度可改变，从而实现对油井管施加不同剪切载荷，得到不同剪切载荷下油井管密封性能和剪切强度及其与横向位移之间的关系。
[0009]本发明所述的第一加载模块、第二加载模块、第三加载模块和第四加载模块的结构相同，其中第一加载模块、第二加载模块和第四加载模块的内径等于油井管本体外径，而第三加载模块的内径等于螺纹接头外径。
[0011]本发明具有以下的优点:
利用该实验装置可测试油井管(油管、套管、钻杆)在不同剪切载荷下的密封性能及剪切强度(剪切屈服强度和剪切断裂强度)，弄清油井管在不同剪切载荷下螺纹接头的密封失效机理和本体的剪切失效机理，为剪切载荷下油井管设计及预防措施选择提供重要的理论依据。
【附图说明】
图1是本发明装置结构之示意图。
图2是第一加载模块和第二加载模块之示意图。
图3是参考横梁之示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图及实施例，对本发明进行详细的描述。
[0013]参见附图，本发明提出了一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置，主要包括:压头1、上定位板2、第一加载模块3、第二加载模块3'、参考横梁4、压力表5、位移传感器6、螺纹接头7、油井管8、进液口 9、下定位板10、第三加载模块11、第四加载模块111、应变计12、底座13、支架14，其中，压头I与万能压力试验机连接，用于给整个装置施加向下的压力；进液口 9用于给带螺纹接头7的油井管8施加内压，压力表用于显示油井管8的压力变化;上定位板2与压头I连接，下定位板10固定在底座13上，可移动的第一加载模块3、第二加载模块3丨、第三加载模块11和第四加载模块11丨从左往右依次交叉位于油井管8两侧，上、下定位板2和10通过第一加载模块3、第二加载模块3丨、第三加载模块11、第四加载模块11丨将压头I上的压力载荷转换为剪切载荷并缓慢施加到带内压的油井管8上，当压力表5读数降低时，表明螺纹接头7的密封失效;参考横梁4通过管夹和支架14固定在油井管8上，四个位移传感器6分别对称固定在参考横梁4的两侧，用于测量油井管8在剪切载荷下的横向位移；粘贴于油井管8外壁的应变计12用于测量剪切载荷作用下的应力-应变规律，基于应力-应变规律可以得到油井管8的剪切屈服强度和剪切断裂强度(剪断强度)；油井管8可以变换为不带螺纹接头7和内压的油管、套管及钻杆的本体，且第一加载模块3与第二加载模块3'之间的跨度和第三加载模块11与第四加载模块11'之间的跨度可改变，从而实现对油井管8施加不同剪切载荷，得到不同剪切载荷下油井管8密封性能和剪切强度及其与横向位移之间的关系。
[0014]本发明所述的第一加载模块3、第二加载模块3'、第三加载模块11和第四加载模块11'的结构相同，其中第一加载模块3、第二加载模块3'和第四加载模块11的内径等于油井管8本体外径，而第三加载模块I厂的内径等于螺纹接头7外径。
【主权项】
1.一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置，其特征在于该装置包括:压头(I)、上定位板(2)、第一加载模块(3)、第二加载模块(3’)、参考横梁(4)、压力表(5)、位移传感器(6)、下定位板(10)、第三加载模块(11)、第四加载模块(11’)和应变计(12)，其中，压头(I)与万能压力试验机连接，用于给整个装置施加向下的压力;进液口(9)用于给带螺纹接头(7)的油井管(8)施加内压，压力表用于显示油井管(8)的压力变化;上定位板(2)与压头(I)连接，下定位板(10)固定在底座(13)上，可移动的第一、第二加载模块(3，3’)和第三、第四加载模块(11，11’)从左往右依次交叉位于油井管(8)两侧，上、下定位板(2，10)通过第一、第二加载模块(3，3’)和第三、第四加载模块(11，11’)将压头(I)上的压力载荷转换为剪切载荷并缓慢施加到带内压的油井管(8)上，当压力表(5)读数降低时，表明螺纹接头(7)的密封失效;参考横梁(4)上的位移传感器(6)用于测量油井管(8)在剪切载荷下的横向位移；粘贴于油井管(8)外壁的应变计(12)用于测量剪切载荷作用下的应力-应变规律；油井管(8)可以变换为不带螺纹接头(7)和内压的油管、套管及钻杆的本体，且第一、第二加载模块(3，3’)之间的跨度和第三、第四加载模块(11，11’)之间的跨度可改变，从而实现对油井管(8)施加不同剪切载荷，得到不同剪切载荷下油井管(8)密封性能和剪切强度及其与横向位移之间的关系。2.根据权利要求1所述的一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置，其特征在于:第一、第二加载模块(3，3’)和第三、第四加载模块(11，11’)的结构相同，其中第一、第二加载模块(3，3’)和第四加载模块(II)的内径等于油井管(8)本体外径，而第三加载模块(11’)的内径等于螺纹接头(7)外径。
【专利摘要】一种剪切载荷下油井管强度及密封性能的测试装置，装置主要包括：压头、上定位板、第一加载模块、第二加载模块、参考横梁、位移传感器、下定位板、第三加载模块和第四加载模块，其中，压头用于给装置施加向下的压力；进液口用于给油井管施加内压，压力表用于显示油井管的压力变化；上、下定位板通过加载模块将压头上的压力载荷转换为剪切载荷并缓慢施加到带内压的油井管上；参考横梁上的位移传感器用于测量油井管在剪切载荷下的横向位移；油井管外壁的应变计用于测量剪切载荷作用下的应力-应变规律；改变加载模块之间的跨度可得到不同剪切载荷下油井管密封性能和剪切强度及其与横向位移之间的关系。本发明适合于油气井钻井工程技术领域。
【IPC分类】G01M3/28, G01N3/02, G01N3/24
【公开号】CN105628492
【申请号】CN201610180308
【发明人】邓宽海, 林元华, 曾德智, 袁继平, 宁华中, 潘勇, 王小红, 熊浩, 张继川, 王建东, 韩礼红
【申请人】西南石油大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月25日