[發明專利]一種測量鉆井用導向管應變的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011253880.5
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112461150B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 李巧珍;羅敏;徐亭亭;孫鵬宇;王晶;張佳賀
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 李建華

1.一種測量鉆井用導向管應變的方法，使用測量裝置，所述測量裝置包括光源(1)、起偏鏡(2)、第一1/4波片(3)、儲物柜(4)、第一反光鏡(5)、通用型工裝夾具(6)、可調安全扣(7)、液壓加載臺(9)、第二反光鏡(10)、角度刻度線(11)、第二1/4波片(12)、檢偏鏡(13)、照相機(14)和縱橫刻度線(15)；縱橫刻度線(15)由縱向標號0#至14#的15條縱線和橫向標號1#至5#的5條橫線組成，縱線與縱線、橫線與橫線之間采取等間距分布；角度刻度線(11)由0°、4°、15°、30°和45°刻度線組成；0°刻度線與橫向標號3#的橫線重合，除0°刻度線外，其余刻度線對應一個角度均有兩條，兩條同一角度的刻度線沿橫向標號3#的橫線對稱分布；所述角度刻度線(11)和縱橫刻度線(15)用于在布置光路圖時，對光學元件進行快速定位；液壓加載臺(9)的中線與橫向標號3#的橫線相重合；

其特征在于，所述方法包括如下步驟：

第一步，制作光彈性貼片；

第二步，在待測量的鉆井用導向管樣本的導向管筋部粘貼光彈性貼片；

第三步，進行測試前的安裝和調試；具體路徑如下：

(1)利用通用型工裝夾具(6)和可調安全扣(7)，將粘貼有光彈性貼片的鉆井用導向管樣本(8)安裝在液壓加載臺(9)上，并使粘貼有光彈性貼片的一側，朝向光源(1)；

(2)從液壓加載臺(9)對面的方向開始，沿4°刻度線，依次布置光源(1)、起偏鏡(2)、第一四分之一波片(3)，從所述液壓加載臺一側，沿另一條4°刻度線依次布置第二四分之一波片(12)、檢偏鏡(13)和照相機(14)；調整全部光學元件高度，使全部光學元件中心在同一水平線上，構成反射式偏光系統正交圓偏振光場；

(3)打開光源(1)，液壓加載臺(9)對導向管樣本(8)施加軸向載荷，軸向載荷范圍在5kN至10kN之間，利用反射式偏光系統正交圓偏振光場，觀察光彈性貼片出現等差線條紋；如果等差線條紋是沿導向管軸向方向在光彈性貼片上呈對稱分布，則光路設置和導向管加持位置準確；反之，需要重新對導向管位置進行調整，直至出現的等差線條紋沿導向管軸向方向在光彈性貼片上對稱分布；

第四步，利用液壓加載臺對導向管樣本逐級施加載荷，軸向載荷每增加5kN，觀察等差線變化情況，直至軸向載荷為40kN，在白光光源照射下的反射式正交圓偏光場中，觀察光彈性貼片的等差線條紋變化，直至光彈性貼片沿導向管樣本軸線方向對稱的直線位置中間處出現3級等差線條紋為止；

第五步，在反射式正交圓偏振光場中，各光學元件位置保持不變，僅將白光光源改成單色鈉光源，按照光彈性貼片所產生的等差線條紋圖案，用鉛筆在貼片上描繪，并標明等差線條紋的級數；

第六步，如果等差線條紋通過光彈性貼片中間位置，記錄此時的條紋級數為N_z；如果等差線條紋并未通過光彈性貼片中間位置，則需要在現有的反射式正交圓偏振光場中，單獨旋轉檢偏鏡，重復執行第四步至第五步，使第四步中讀出的N級條紋或N-1級條紋剛好運動到光彈性貼片中間位置，此時，記下檢偏鏡(13)轉過的角度θ；

如果是N級條紋剛好運動到光彈性貼片中間位置，則光彈性貼片中間位置的條紋級數采用式(1)進行計算：

如果是N-1級條紋剛好運動到光彈性貼片中間位置，則光彈性貼片中間位置的條紋級數采用式(2)進行計算：

第七步，在垂直于光彈性貼片中間位置的平面內，沿與其外法線成角的方向進行斜射；斜射時需按照斜射光路進行光學元件的布置，從液壓加載臺對面的方向開始，沿2^#線上，依次布置光源、起偏鏡、第一四分之一波片、第一反光鏡(5)，第一反光鏡(5)位置為2^#線與15°線的交點上；從液壓加載臺一側，沿4^#線依次布置第二反光鏡(10)、第二四分之一波片、檢偏鏡和照相機以形成斜射光路，其中，第二反光鏡(10)位置為4^#線與15°線的交點上；在斜射光路中，通過改變各光學元件在角度刻度線與縱橫刻度線上的位置分布，讀出對應于不同角的光彈性貼片中間位置沿導向管樣本環向方向的等差線條紋級數N_z1；

第八步，卸去載荷，從液壓加載臺上取下導向管樣本，用描圖紙描摹等差線圖；

第九步，按照式(3)求取導向管的第一主應變ε₁，按照式(4)求取導向管的第二主應變ε₂；

式中，為材料應變條紋值，mm；E_c為貼片材料彈性模量；f為材料的應力條紋值，N/m；μ_c為貼片材料泊松比；h_c為貼片厚度，mm；N_Z為反射式正交圓偏振光場中等差線的條紋級數，N_Z1為斜射光路中的等差線的條紋級數。