[發(fā)明專利]一種鉆孔內(nèi)靜態(tài)破碎劑徑向膨脹壓測試裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010914166.X
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112031750B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐帥;黃夢龍;馬駿;楊正明;李潤然;李飛
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/00;E21B7/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

1.一種使用鉆孔內(nèi)靜態(tài)破碎劑徑向膨脹壓測試裝置測試鉆孔內(nèi)靜態(tài)破碎劑徑向膨脹壓的方法，其特征在于：

所述鉆孔內(nèi)靜態(tài)破碎劑徑向膨脹壓測試裝置，包括：剛性框架(1)、剛性基座(2)、壓力傳感器(3)、徑向膨脹壓測試模擬管(4)、軸向約束機構(gòu)(5)、徑向約束機構(gòu)(6)和壓力傳感器數(shù)據(jù)采集儀(7)；

所述剛性框架由高強度剛性材料制成，包括位于底部的底座(1-1)、位于中部的下平臺(1-2)和位于上部的上平臺(1-3)；

所述剛性基座置于所述剛性框架的下平臺上部；

所述壓力傳感器為輪輻式壓力傳感器，置于所述剛性基座的上部；

所述徑向膨脹壓測試模擬管為兩端可封閉的金屬圓管，其內(nèi)徑與鉆孔的孔徑相同，長度為100-300mm、厚度為10-100mm；徑向膨脹壓測試模擬管置于所述壓力傳感器的頂面，與壓力傳感器的頂面中心對齊；徑向膨脹壓測試模擬管制成分體式結(jié)構(gòu)：由軸向平分成相互對稱的兩個半圓形管片組成，兩個半圓形管片通過燕尾槽(4-1)和燕尾凸(4-2)相互嵌接構(gòu)成徑向膨脹壓測試模擬管，兩端由兩個半圓形管片一端帶有的圓形封蓋(4-3)封堵，構(gòu)成徑向膨脹壓測試模擬管整體；

所述軸向約束機構(gòu)由對應(yīng)所述徑向膨脹壓測試模擬管的中軸線、通過位于剛性框架左側(cè)上的螺紋孔可進退的軸向絲杠(5-1)、安裝在軸向絲杠外端的軸向絲杠手柄(5-2)、與軸向絲杠內(nèi)端焊接成一體的軸向約束鋼板(5-3)和對應(yīng)徑向膨脹壓測試模擬管右端中心焊接在所述剛性框架右側(cè)上的頂柱(5-4)組成；測試過程中通過旋轉(zhuǎn)軸向絲杠手柄將徑向膨脹壓測試模擬管的兩端夾持在軸向約束鋼板和頂柱之間，對徑向膨脹壓測試模擬管的軸向位移進行約束；

所述徑向約束機構(gòu)由對應(yīng)所述徑向膨脹壓測試模擬管的中軸線、通過位于剛性框架上平臺上的螺紋孔可進退的徑向絲杠(6-1)、安裝在徑向絲杠上端的徑向絲杠手柄(6-2)、與徑向絲杠下端焊接成一體的徑向約束鋼板(6-3)組成；測試過程中通過旋轉(zhuǎn)徑向絲杠手柄將徑向膨脹壓測試模擬管的兩端夾持在徑向約束鋼板和壓力傳感器之間，對徑向膨脹壓測試模擬管的徑向位移進行約束；

所述壓力傳感器數(shù)據(jù)采集儀與壓力傳感器通過導(dǎo)線連接，對壓力傳感器的監(jiān)測壓力信號進行實時數(shù)據(jù)采集與記錄，并通過內(nèi)置軟件對采集數(shù)據(jù)與靜態(tài)破碎劑膨脹壓進行實時轉(zhuǎn)換；

使用該鉆孔內(nèi)靜態(tài)破碎劑徑向膨脹壓測試裝置測試鉆孔內(nèi)靜態(tài)破碎劑徑向膨脹壓的方法，包括以下步驟：

步驟1：按以下方法建立徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的膨脹壓P_i與徑向膨脹壓測試模擬管外壁所受壓力F_o之間的關(guān)系曲線：

在徑向膨脹壓測試模擬管材料參數(shù)彈性模量E和泊松比u已知的情況下，利用數(shù)值模擬軟件以該徑向膨脹壓測試模擬管為計算模型，在計算模型的內(nèi)壁施加環(huán)向均布應(yīng)力P_i，以模擬靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的徑向膨脹壓；在計算模型的外壁與壓力傳感器的上端面相接觸區(qū)域施加法向位移約束，以模擬壓力傳感器與徑向膨脹壓測試模擬管之間的相互擠壓作用；在約束區(qū)域每隔一定距離布置監(jiān)測點并開始運算，運算結(jié)束后通過監(jiān)測點的平均應(yīng)力值乘以計算模型外壁面存在的微小應(yīng)力等值區(qū)域面積計算得出計算模型外壁所受壓力F_o，以模擬壓力傳感器所測壓力；再通過計算軟件得出壓力傳感器所測壓力F_o與P_i之間的對應(yīng)關(guān)系，得到徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的膨脹壓P_i與徑向膨脹壓測試模擬管外壁所受壓力F_o之間的關(guān)系曲線；

步驟2：在徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)裝靜態(tài)破碎劑

將漿狀靜態(tài)破碎劑灌入徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)；或?qū){狀靜態(tài)破碎劑裝入柔性密封袋內(nèi)再置入徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)；或?qū)⑴c徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)徑相同的靜態(tài)破碎劑藥卷浸水后放入徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)；

步驟3：安裝徑向膨脹壓測試模擬管

將裝有靜態(tài)破碎劑的徑向膨脹壓測試模擬管與放置在剛性基座上的壓力傳感器的頂面中心對齊置于壓力傳感器的頂面，使徑向膨脹壓測試模擬管的右端面與焊接在剛性框架右側(cè)上的頂柱頂靠；手動旋轉(zhuǎn)軸向絲杠手柄，使軸向約束鋼板頂緊徑向膨脹壓測試模擬管的左端面，將徑向膨脹壓測試模擬管的兩端夾持在軸向約束鋼板和頂柱之間，對徑向膨脹壓測試模擬管的軸向位移進行約束；手動旋轉(zhuǎn)徑向絲杠手柄，使徑向約束鋼板頂緊徑向膨脹壓測試模擬管的上部外壁，將徑向膨脹壓測試模擬管夾持在徑向約束鋼板和壓力傳感器之間，對徑向膨脹壓測試模擬管的徑向位移進行約束；

步驟4：隨著靜態(tài)破碎劑的膨脹，通過壓力傳感器測試徑向膨脹壓測試模擬管外壁受力F′_o，通過壓力傳感器數(shù)據(jù)采集儀采集壓力傳感器所測壓力F′_o，并進行記錄；利用步驟1得到的膨脹壓測試模擬管內(nèi)靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的膨脹壓P_i與徑向膨脹壓測試模擬管外壁所受壓力F_o之間的關(guān)系曲線即可得到徑向膨脹壓測試模擬管內(nèi)的靜態(tài)破碎劑徑向膨脹壓P′_i隨靜態(tài)破碎劑水化反應(yīng)時間的變化曲線，通過該曲線即可得到鉆孔內(nèi)靜態(tài)破碎劑在不同水化反應(yīng)時間產(chǎn)生的徑向膨脹壓。