一種機(jī)械式模擬套管圍壓試驗(yàn)裝置及其圍壓方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣井套管圍壓模擬，特別是一種機(jī)械式模擬套管圍壓試驗(yàn)裝置及其圍壓方法。
【背景技術(shù)】
[0002]套管廣泛用于油氣井固井與完井，保證井壁穩(wěn)定和鉆井順利進(jìn)行，形成油氣流動(dòng)通道。在油氣井作業(yè)時(shí)，會(huì)面臨塑性蠕變地層的非均布地應(yīng)力作用以及復(fù)雜完井方式造成的高壓差和交變應(yīng)力作用。在復(fù)雜井筒條件下，生產(chǎn)套管失效日益增多，嚴(yán)重影響油井作業(yè)壽命。研究復(fù)雜井筒條件下水泥環(huán)與生產(chǎn)套管的力學(xué)行為，顯得非常必要，然而進(jìn)行此項(xiàng)研究需要一套模擬套管圍壓的試驗(yàn)裝置。
[0003]目前，模擬套管圍壓的設(shè)備一般是液壓裝置，通過(guò)液壓向帶水泥環(huán)的套管試件施加外載，由于液體的特性，液壓裝置只能做到外載的均勻分布，缺點(diǎn)是不能模擬非均布外載的效果。另外，液壓裝置的購(gòu)置成本比較高，高液壓設(shè)備可操作性也比較低。因此，需要一個(gè)能夠模擬均布載荷和非均布載荷的裝置，并且造價(jià)低廉以滿足試驗(yàn)研究的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種機(jī)械式模擬套管圍壓試驗(yàn)裝置及其圍壓方法。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種機(jī)械式模擬套管圍壓試驗(yàn)裝置，它包括底座、滑塊、壓蓋、套管、水泥環(huán)和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的底座上開(kāi)設(shè)有圓形槽和多個(gè)滑槽，所述的滑槽以圓形槽為中心徑向均勻分布在底座上，所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由應(yīng)力應(yīng)變片，信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)組成，其中應(yīng)力應(yīng)變片通過(guò)線路與信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)電連接，所述的套管套裝在圓形槽上，在套管的外周上設(shè)置有水泥環(huán)，所述的滑塊為多個(gè)且滑動(dòng)安裝在對(duì)應(yīng)的滑槽上，所述的應(yīng)力應(yīng)變片為多個(gè)，且周向均勻埋入水泥環(huán)內(nèi)。
[0006]所述的滑塊有三種，其分別為半圓滑塊、1/4圓滑塊和1/8圓滑塊，且任意一種滑塊收縮后其頂部形成一圓環(huán)。
[0007]所述的滑塊底部設(shè)置有與滑槽滑動(dòng)配合的矩形鍵，且矩形鍵的高度大于滑槽的深度，線路從滑塊與底座之間的間隙內(nèi)引出，滑塊的外側(cè)為圓錐面，滑塊的內(nèi)側(cè)為圓弧面。
[0008]所述的應(yīng)力應(yīng)變片位于套管與水泥環(huán)之間，在滑槽正對(duì)的水泥環(huán)上和相鄰兩個(gè)滑塊縫隙正對(duì)的水泥環(huán)上均埋設(shè)有應(yīng)力應(yīng)變片，且應(yīng)力應(yīng)變片軸向位置位于該段水泥環(huán)的中部。
[0009]所述的壓蓋為圓口壓蓋，在圓口壓蓋內(nèi)部開(kāi)設(shè)有圓錐孔，且圓錐孔的內(nèi)底直徑小于圓環(huán)直徑。
[0010]所述的壓蓋為橢圓口壓蓋，橢圓口壓蓋內(nèi)開(kāi)設(shè)有一橢圓錐孔，橢圓錐孔的敞口和內(nèi)底均為橢圓形，且敞口和內(nèi)底的長(zhǎng)短軸之比相同，橢圓錐孔的內(nèi)底短軸小于圓環(huán)的外徑。
[0011]—種機(jī)械式模擬套管圍壓試驗(yàn)裝置的圍壓方法，它包括以下步驟: Si:養(yǎng)護(hù)水泥環(huán)，并在水泥環(huán)內(nèi)埋入應(yīng)力應(yīng)變片；
S2:將底座放于壓力試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上，接著將帶水泥環(huán)的套管安裝在底座的圓形槽上，將一套滑塊分別安裝在相應(yīng)的滑槽上，并使得滑塊內(nèi)側(cè)緊貼水泥環(huán)，然后將壓蓋蓋在滑塊的圓錐面上；
S3:將壓力檢測(cè)系統(tǒng)的線路連接好，設(shè)置壓力試驗(yàn)機(jī)向下移動(dòng)速率，然后運(yùn)行壓力試驗(yàn)機(jī)，直至套管被破壞。
[0012]所述的水泥環(huán)下端端口與圓形槽的軸向長(zhǎng)度大于圓形槽的深度。
[0013]所述的S2步驟中的滑塊為半圓滑塊、1/4圓滑塊和1/8圓滑塊的組合，壓蓋采用圓口壓蓋。
[0014]所述的S2步驟中的滑塊為半圓滑塊、1/4圓滑塊和1/8圓滑塊的組合，壓蓋采用橢圓口壓蓋。
[0015]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明將軸向壓力轉(zhuǎn)化為徑向的擠壓作用，相比液壓裝置更具有可操作性;本發(fā)明通過(guò)不同壓蓋和滑塊的配合使用，巧妙地實(shí)現(xiàn)了非均布外載的效果，而液壓裝置不能實(shí)現(xiàn)非均布外載;本發(fā)明的套管外載監(jiān)測(cè)是通過(guò)安置在關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變片實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄在計(jì)算機(jī)中，試驗(yàn)結(jié)果直觀準(zhǔn)確。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中底座的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖3是圖2的左視不意圖；
圖4是1/8圓滑塊的主視不意圖；
圖5是1/8圓滑塊的左視不意圖；
圖6是1/8圓滑塊的俯視不意圖；
圖7是圓口壓蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是圓口壓蓋的俯視示意圖；
圖中，1-底座，2-滑塊，3-壓蓋，4-線路，5-套管，6-水泥環(huán)，1-1-滑槽，1-2-圓形槽，2-1-矩形鍵。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述: 實(shí)施例一:
如圖1?圖8所示，一種機(jī)械式模擬套管圍壓試驗(yàn)裝置，它包括底座1、滑塊2、壓蓋3、套管
5、水泥環(huán)6和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述的底座I上開(kāi)設(shè)有圓形槽1-2和多個(gè)滑槽1-1，所述的滑槽1-1以圓形槽1-2為中心徑向均勻分布在底座I上，優(yōu)選的滑槽1-1為八個(gè)，且構(gòu)成“米”字形，所述的壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由應(yīng)力應(yīng)變片，信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)組成，其中應(yīng)力應(yīng)變片通過(guò)線路4與信號(hào)轉(zhuǎn)換器連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)電連接，所述的套管5套裝在圓形槽1-2上，在套管5的外周上設(shè)置有水泥環(huán)6，所述的滑塊2為多個(gè)且滑動(dòng)安裝在對(duì)應(yīng)的滑槽1-1上，所述的應(yīng)力應(yīng)變片為多個(gè)，且周向均勻埋入水泥環(huán)6內(nèi)。
[0018]進(jìn)一步的，所述的滑塊2有三種，其分別為半圓滑塊、1/4圓滑塊和1/8圓滑塊，且任意一種滑塊2收縮后其頂部形成一圓環(huán)，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)需要選擇半圓滑塊、1/4圓滑塊和1/8圓滑塊的組合，近似模擬套管均布外載，優(yōu)選的選擇八個(gè)1/8圓滑塊，每個(gè)滑塊之間有4_的縫隙，保證相鄰滑塊在套管5破壞之前不相接觸，而選擇半圓滑塊和1/4圓滑塊還可模擬套管非均勻外載，其中半圓滑塊合圍試件表面時(shí)，滑塊2之間留有16mm的間隙，1/4圓滑塊合圍試件表面時(shí)，滑塊之間留有8_的間隙。
[0019]進(jìn)一步的，所述的滑塊2底部設(shè)置有與滑槽1-1滑動(dòng)配合的矩形鍵2-1，且矩形鍵2-1的高度大于滑槽1-1的深度，從而使得滑塊2的底部與底座I之間具有間隙，并且在滑槽1-1與矩形鍵2-1上涂抹有潤(rùn)滑油，從而降低滑塊2與底座I之間的摩擦力，以便于滑塊2滑動(dòng)，降低摩擦力對(duì)測(cè)試效果的影響，所述的線路4從滑塊2與底座I之間的間隙內(nèi)引出，滑塊2的外側(cè)為圓錐面，滑塊2的內(nèi)側(cè)為圓弧面，滑塊2的內(nèi)側(cè)壁能夠緊貼水泥環(huán)6的外側(cè)壁。
[0020]進(jìn)一步的，所述的應(yīng)力應(yīng)變片位于套管5與水泥環(huán)6之間，在滑槽1-1正對(duì)的水泥環(huán)6上和相鄰兩個(gè)滑塊2縫隙正對(duì)的水泥環(huán)6上均埋設(shè)有應(yīng)力應(yīng)變片，且應(yīng)力應(yīng)變片軸向位置位于該段水泥環(huán)6的中部，即當(dāng)滑塊2采用1/8圓滑塊時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變片為16個(gè)，其中有八個(gè)應(yīng)力應(yīng)變片正對(duì)滑槽1-1，有八個(gè)應(yīng)力應(yīng)變片正對(duì)相鄰兩個(gè)滑塊2的縫隙。
[0021]在本實(shí)施例中，所述的壓蓋3為圓口壓蓋，在圓口壓蓋內(nèi)部開(kāi)設(shè)有圓錐孔，且圓錐孔的內(nèi)底直徑小于圓環(huán)直徑，從而使得壓蓋3下行過(guò)程中，能夠逐漸加大對(duì)滑塊2的壓力，直至套管5