专利名称：一种连续油管井下力学行为模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，属石油工程勘探开发 技术领域。
技术背景连续油管作业技术是21世纪石油工业中最有发展潜力和生命力的创新技术之 一。使用连续油管能在不用钻机和不压井的条件下，向井内泵送流体和通过完井管柱下工 具仪器，其本身固有的强度和柔性也特别适用于水平井作业。但在连续油管作业中由于与井壁、井液等之间摩擦产生井下阻力可能使得连续油 管在井筒内发生屈曲甚至锁死，导致连续油管和井下工具组合不能下入预定井深或不能在 井筒内延伸，因此，保证入井连续油管管柱及井下作业设备的可靠性已成为确保作业成功 的关键。目前国内尚未开展相关连续油管井下力学行为实验研究，国外虽然进行了一些管 柱在管内的屈曲实验研究，但尚未进行有关于连续油管的屈曲实验研究，而且大多数也只 是对理论模型的验证，并未考虑流体和水平井因素的影响。只有针对不同井身结构并考虑水平井在内的全井段模型，全面地开展实验工作， 才能有助于更好地了解连续油管在井下的力学行为。进行不同井身结构连续油管井下力学 行为的实验研究，将为提高连续油管井下作业的成功率、延长连续油管和配套工具的使用 寿命、更好地开展连续油管水平井作业等提供科学依据。因此，设计提供一种简单准确的连 续油管井下力学行为模拟实验装置是非常必要的。
发明内容为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种连续油管井下力学行 为模拟实验装置，可模拟连续油管在注入和起出状态下，在油、套管内的变形和解除变形的 过程，可实时测试模拟连续油管两端的轴向载荷，具有结构简单、设计合理、安装拆除方便、 占用空间小、可以重复利用、经济适用的特点。本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的。一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，由电动驱动控制系统、数据采集分析 系统、模拟油管井筒系统、辅助工装系统和影像记录系统组成；所述的电动驱动控制系统由 步进电机电动缸、步进电机控制器构成；所述的数据采集分析系统由首端拉压传感器、末端 拉压传感器、数显仪表、数据采集卡和计算机构成；所述的模拟油管井筒系统由模拟连续油 管和模拟油套管构成；所述的辅助工装系统由固定平台、固定台架、首端连接头、长连接头、 井口连接头、井底连接头、末端连接头、卡箍和末端固定座构成；所述的影像记录系统由四 台摄像机构成。本实用新型与现有的技术相比具有如下有益效果1、本实用新型可模拟连续油管在注入和起出状态下，在油、套管内的变形和解除变形的过程，可实时测试模拟连续油管两端的轴向载荷，整个过程实现了自动化控制。2、本实用新型解决了两种以上连续油管及含水平井井筒组合的井下力学行为模 拟和屈曲分析的问题，可检测和记录管柱轴向拉压力、螺旋屈曲的螺距、发生屈曲锁死的位置等。3、本实用新型结构简单、设计合理、安装拆除方便、占用空间小、经济适用，对生产 现场有很好的指导作用。
图1为本实用新型的整体结构示意图。图2为本实用新型的模拟油管井筒部分的结构示意图。图3为本实用新型的井口连接头部分的结构示意图。在图中1.固定平台、2.步进电机电动缸、3.首端连接头、4.首端拉压传感器、 5.长连接头、6.井口连接头、7.模拟连续油管、8.模拟油套管、9.固定台架、10.卡箍、 11.井底连接头、12.末端拉压传感器、13.末端连接头、14.末端固定座、15.步进电机控制 器、16.第一数显仪表、17.第二数显仪表、18.数据采集卡、19.计算机、20.摄像机。
具体实施方式
本实用新型一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，由电动驱动控制系统、数 据采集分析系统、模拟油管井筒系统、辅助工装系统和影像记录系统组成；所述的电动驱动 控制系统由步进电机电动缸2、步进电机控制器15构成；所述的数据采集分析系统由首端 拉压传感器4、末端拉压传感器12、第一数显仪表16、第二数显仪表17、数据采集卡18和计 算机19构成；所述的模拟油管井筒系统由模拟连续油管7和模拟油套管8构成；所述的辅 助工装系统由固定平台1、固定台架9、首端连接头3、长连接头5、井口连接头6、井底连接头 11、末端连接头13、卡箍10和末端固定座14构成；所述的影像记录系统由四台摄像机20构 成。步进电机电动缸2固定在固定平台1上；步进电机电动缸2的输出轴与首端连接 头3的一端相连接；利用步进电机电动缸2的伸出和收缩运动，从而精确控制模拟连续油管 的注入和起出；首端连接头3的另一端与首端拉压传感器4的一端相连接；首端拉压传感 器4的另一端与长连接头5相连接；长连接头5的另一端与井口连接头6相连接；井口连 接头6的另一端与模拟连续油管7相连接；模拟连续油管7的另一端与井底连接头11相连 接；模拟连续油管7安装在模拟油套管8中；模拟连续油管7可采用不同直径的橡胶杆、橡 胶管和钢丝；模拟油套管8采用大厚度透明有机玻璃管，并在其上标有尺度指示位置，利用 卡箍10固定在固定台架9上；为了体现含水平段的不同井筒组合，将透明有机玻璃管分为 竖直段、弯曲段和水平段；为了体现弯曲曲率的影响，可采用2种以上弯曲半径的透明有机 玻璃管；井底连接头11的另一端与末端拉压传感器12相连接；末端拉压传感器12的另一 端与末端连接头13相连接；末端连接头13的另一端与末端固定座14相连接；末端固定座 14固定在固定台架9上。 步进电机控制器15通过导线与步进电机电动缸2相连接；首端拉压传感器4和末 端拉压传感器12通过导线与第一数显仪表16、第二数显仪表17相连接；数据采集卡18通 过导线与第一数显仪表16、第二数显仪表17和计算机19相连接。 将模拟连续油管7首末两端的轴向力数据由首端拉压传感器4和末端拉压传感器12传至数据采集卡18，并实时显示在第一数显仪表16、第二数显仪表17和计算机19上，方 便观察模拟连续油管7的受力情况，并将实验数据保存为指定格式。四台摄像机20在实验过程中分别对模拟油套管8的竖直段、弯曲段、水平段前端 和水平段后端进行摄像。首端连接头3的两端均为公螺纹，方便连接电机电动缸2和首端拉压传感器4。长 连接头5的一端为公螺纹，另一端为母螺纹，方便连接首端拉压传感器4和井口连接头6， 主要作用是为了保证电机电动缸2在行程过程中使首端拉压传感器4不与模拟油套管8干 涉，其长度为900mm。井口连接头6的一端为公螺纹，另一端钻有不同直径的孔以装夹不同 直径的钢丝和橡胶杆，同时在该端的外圆周面上钻多个螺纹孔，方便采用小螺栓固紧钢丝； 主要起连接长连接头5和钢丝、橡胶杆的作用。井底口连接头11和井口连接头6的结构相 同，主要起连接末端拉压传感器12和钢丝、橡胶杆的作用。末端连接头13的一端为螺纹， 另一端为螺栓头；螺纹部分与末端拉压传感器12相连接，螺栓头一端固定在末端固定座14 上。
权利要求1.一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，由固定平台(1)、模拟油套管(8)、固定 台架(9)、卡箍(10)、末端固定座(14)组成；其特征在于在其结构中设置有步进电机电动 缸(2)、首端连接头C3)、首端拉压传感器(4)、长连接头( 、井口连接头(6)、模拟连续油管 (7)、井底连接头(11)、末端拉压传感器(1 、末端连接头(1 、步进电机控制器(1 、第一 数显仪表(16)、第二数显仪表(17)、数据采集卡(18)、计算机(19)、摄像机00)；装置由电 动驱动控制系统、数据采集分析系统、模拟油管井筒系统、辅助工装系统和影像记录系统组 成；所述的电动驱动控制系统由步进电机电动缸O)、步进电机控制器(1 构成；所述的数 据采集分析系统由首端拉压传感器G)、末端拉压传感器(12)、第一数显仪表(16)、第二数 显仪表(17)、数据采集卡(18)和计算机(19)构成；所述的模拟油管井筒系统由模拟连续 油管(7)和模拟油套管(8)构成；所述的辅助工装系统由固定平台(1)、固定台架(9)、首端 连接头(3)、长连接头(5)、井口连接头(6)、井底连接头(11)、末端连接头(13)、卡箍(10) 和末端固定座(14)构成；所述的影像记录系统由四台摄像机00)构成。
2.根据权利要求1所述的一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，其特征在于步进 电机电动缸⑵固定在固定平台⑴上；步进电机电动缸⑵的输出轴与首端连接头⑶ 的一端相连接；首端连接头(3)的另一端与首端拉压传感器的一端相连接；首端拉压 传感器⑷的另一端与长连接头(5)相连接；长连接头(5)的另一端与井口连接头(6)相 连接；井口连接头(6)的另一端与模拟连续油管(7)相连接；模拟连续油管(7)的另一端与 井底连接头(11)相连接；井底连接头(11)的另一端与末端拉压传感器(1 相连接；末端 拉压传感器(1 的另一端与末端连接头(1 相连接；末端连接头(1 的另一端与末端固 定座(14)相连接；末端固定座(14)固定在固定台架(9)上；模拟连续油管(7)安装在模拟 油套管(8)中。
3.根据权利要求2所述的一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，其特征在于首端 连接头(3)的两端均为公螺纹；长连接头(5)的一端为公螺纹，另一端为母螺纹；井口连接 头(6)的一端为公螺纹，另一端钻有不同直径的孔以装夹不同直径的钢丝和橡胶杆，同时 在该端的外圆周面上钻多个螺纹孔，方便采用小螺栓固紧钢丝；末端连接头(1 的一端为 螺纹，另一端为螺栓头。
专利摘要本实用新型涉及一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，其特征在于由电动驱动控制系统、数据采集分析系统、模拟油管井筒系统、辅助工装系统和影像记录系统组成；电动驱动控制系统由步进电机电动缸(2)、步进电机控制器(15)构成；数据采集分析系统由首端拉压传感器(4)、末端拉压传感器(12)、数显仪表(16、17)、数据采集卡(18)和计算机(19)构成；模拟油管井筒系统由模拟连续油管(7)和模拟油套管(8)构成。本实用新型可模拟连续油管在注入和起出状态下，在油、套管内的变形和解除变形的过程，可实时测试模拟连续油管两端的轴向载荷，具有结构简单、设计合理、安装拆除方便、占用空间小、可以重复利用、经济适用的特点。
文档编号E21B47/00GK201924912SQ20102065021
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者付刚旦, 周元华, 周志宏, 管锋, 马卫国 申请人:长江大学