[實用新型]套管串循環彈塑性熱應力下零位移測量裝置

有效

• 申請號: 201920749430.1
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN210089993U
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 張麗敏;郝玉華;戈曉;劉家泳;趙延延
• 申請（專利權）人: 天津鋼管制造有限公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M99/00;G01B7/02;G01B5/14;G01K7/02
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

本實用新型公開了一種套管串循環彈塑性熱應力下零位移測量裝置，該測量裝置包括一對上剛度直角架和下剛度直角架、測量部件，所述一對上剛度直角架和下剛度直角架的豎邊均分別對稱設置在套管串位移測量段的上、下套管串兩側，橫邊分別對稱設有安裝測量部件的上、下定位裝置，兩側測量部件在上、下定位裝置之間與中間套管串位移測量段均垂直平行。本實用新型有益效果是：加載系統可及時加載抵抗套管串的熱應力變化導致的收縮和膨脹，使套管串位移控制段在十次熱循環下均可控制在0±0.01in零位移下。

技術領域

本實用新型涉及一種使整管套管串在循環彈塑性熱應力下保持0±0.01in零位移的高精度位移測控裝置和方法。加拿大區塊SAGD和CSS井況下，封固的特殊扣接頭套管串要經歷室溫到290℃十次彈塑性熱應力循環。在此井況下，套管串會發生應力松弛。為了評價該井況下特殊扣接頭是否發生泄漏，套管串是否發生失效，而發明該方法。

背景技術

近年來，國際石油天然氣行業環境井況日趨復雜，對所用油套管及特殊扣接頭提出了更嚴苛的要求，其中油套管特殊扣接頭為高強度高密封性能的重要環節。加拿大區塊SAGD和CSS井尤為苛刻，套管串除了承受普遍存在的彈性拉壓載荷及內/外壓復合力外，還承受更加嚴苛的循環塑性熱應力。

一般井況，180℃以下即可將石油采出。但該井況下，石油為超稠油，需經高溫蒸汽驅動才能采集出來。高溫蒸汽的循環進出使井下套管串的溫度從室溫到290℃循環變化，這樣的熱循環最高要經歷10次。套管串在加熱冷卻作用下，自由狀態下會發生膨脹和收縮。但此井況下水泥將套管串封固，使套管串無法自由變形，從而由于加熱冷卻在套管串材料內部產生拉伸和壓縮應力，并在高溫和低溫點發生塑性應力松弛。當發生塑性變形或松弛時，套管串可能會發生管體斷裂、特殊扣接頭泄漏、螺紋斷裂等失效。一旦發生任意一種失效情況，將給石油生產造成巨大經濟損失，甚至對環境造成嚴重污染。因此在使用特殊扣接頭套管串前，必須在實驗室，利用實物使用性能評價試驗，測試整管抗該井況服役條件的能力。

為了模擬套管串的這一服役工況，實驗室預采用位移控制載荷模擬套管串被水泥封固。采用加熱設備對套管串加熱模擬噴蒸汽過程。利用實驗載荷架對套管串進行加載。通過壓縮或拉伸載荷使套管串的長度在熱循環過程中始終保持零位移不變。

根據各種實際工況，11家國際知名石油企業連同國際石油標準編著機構，對各區塊井況進行了統一，并編寫了熱采井套管接頭專用資質標準(ISO/PAS 12835標準TWCCEP)。規定零位移控制精度確定在0±0.01in或0±0.254mm。該精度對于整管使用性能評價試驗是超高要求，可與材料力學小試樣媲美。預通過查找目前國內外的文獻和走訪相似實驗室，得到解決辦法。

經過各種論文、專利等文獻的搜索，尚未發現相關的資料報導或類似方法來解決該問題。經多方了解，國內尚無任何部門或單位能完成ISO/PAS12835標準(TWCCEP)規定的所有試驗項目。然后在自己實驗室進行研究開發，摸索了各種加熱、熱絕緣方法，均無法消除對位移傳感器的影響，熱效應會導致位移傳感器的溫度達到50到60度，超出位移傳感器承受最高溫度，致使位移傳感器精度下降甚至損壞。設計了十多種位移安裝裝置，均無法消除拉/壓換向時位移漂移造成的載荷失真。加載系統反應速率無法及時追蹤熱應力的變化。經很多次失敗和總結，最終發明了本方法。

本實用新型就是針對ISO/PAS 12835標準(TWCCEP)中用于模擬SAGD和CSS井況的套管串循環彈塑性熱應力試驗中零位移測量控制的專用方法。

發明內容

針對目前國內的技術空白，本實用新型的目的是提供一種套管串循環彈塑性熱應力下保持零位移測量裝置，以實現測量和控制特殊扣套管串在循環熱應力下保持零位移不變的功能和能力。