[發(fā)明專利]一種模擬管柱力學(xué)測試的實驗裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114778307A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張智;楊昆;丁劍;劉金銘;向世林;侯鐸
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/18;G01N3/02
• 代理公司: 北京中索知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11640
• 代理人: 唐亭

本發(fā)明公開了一種模擬管柱力學(xué)測試的實驗裝置，包括高溫高壓釜和設(shè)置在其內(nèi)部的中空結(jié)構(gòu)試樣；高溫高壓釜包括中空結(jié)構(gòu)的釜體、設(shè)置在釜體上部的釜蓋；試樣上部設(shè)有用于上部夾持裝置，上部夾持裝置與釜蓋滑動密封；上部夾持裝置上方通過拉力計連接頂部橫梁；頂部橫梁兩端分別通過設(shè)置在釜體兩側(cè)的液壓桿連接設(shè)置在釜體下部的底座的兩端；試樣下部設(shè)置有下部夾持裝置，下部夾持裝置下部與底座上表面配合設(shè)置；本發(fā)明可以同時實現(xiàn)管柱全尺寸與高溫高壓環(huán)境影響下的力學(xué)響應(yīng)實驗；能夠有效模擬管柱在井下腐蝕性流體介質(zhì)、含鉆井液、固相顆粒及H₂S/CO₂等腐蝕性氣體的高溫高壓多相流環(huán)境，能夠測試腐蝕工況、流體介質(zhì)對管柱力學(xué)特性的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣藏和特殊油氣藏神經(jīng)超深井油套管力學(xué)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬管柱力學(xué)測試的實驗裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著勘探開發(fā)邁向深層超深層非常規(guī)油氣藏和特殊油氣藏，目前國內(nèi)部分油氣井井深超過8000m，儲層溫度超過200℃、壓力達180MPa，超高溫高壓對管柱強度、抵抗局部載荷的能力提出更高的要求。現(xiàn)在管柱設(shè)計基于常溫高壓環(huán)境中強度統(tǒng)計數(shù)據(jù)展開，對于超高溫高壓環(huán)境的適用性及合理性尚待探討。為了保證高溫高壓油氣井開發(fā)過程中的井筒完整性與安全，針對高溫高壓井井下管柱的合理設(shè)計尤為重要。

高溫高壓油氣井井下環(huán)境復(fù)雜苛刻，管柱力學(xué)特性受自身形狀特征、井下復(fù)雜流體、內(nèi)外壓作用的影響較大，現(xiàn)有技術(shù)對于以上三者未能全面考慮，存在一定不足。例如CN202256048U公開了一種油井管全尺寸復(fù)合加載試驗應(yīng)變測量裝置，用于油井管全尺寸復(fù)合加載試驗的應(yīng)變和彎矩檢測，在保證測量精度不低于應(yīng)變片的前提下，使測量過程更加便捷，但是該裝置只能在常溫常壓環(huán)境下開展實驗測試，不能真實模擬真實井下溫度壓力與流體介質(zhì)。CN102419286A公開了一種石油套管全尺寸外壓擠毀試驗裝盒子，克服了已有技術(shù)在測試誤差、壓力等級、測試效率、成本、壽命等方面難以滿足工程需要現(xiàn)狀，同樣不能模擬高溫高壓油氣井真實井下環(huán)境。如CN109000913B公開了一種高溫高壓高產(chǎn)深井完井管柱力學(xué)實驗裝置，能夠測量出管柱振動的軸力、位移、應(yīng)變、扭矩等響應(yīng)數(shù)據(jù)。分析出不同產(chǎn)氣井產(chǎn)量、不同傾斜角的井筒、不同端部軸力分別對管柱振動、屈曲變形的影響機理，驗證理論模型的正確性，該裝置無法模擬管柱在受較大的軸向拉力下斷裂的極端工況，無法獲得管柱從應(yīng)力加載直至斷裂期間的力學(xué)響應(yīng)特性。

目前的管柱力學(xué)測試實驗裝置存在以下問題：不能同時實現(xiàn)管柱全尺寸與高溫高壓環(huán)境影響下的力學(xué)響應(yīng)實驗；不能有效模擬管柱在井下腐蝕流體介質(zhì)、含鉆井液、固相顆粒及H₂S/CO₂等腐蝕性氣體的高溫高壓多相流環(huán)境，無法測試腐蝕工況、流體介質(zhì)對管柱力學(xué)特性的影響。無法精細化模擬測試管柱在全尺寸情況下的內(nèi)外壓力、流體介質(zhì)均不同的工況，不能有效支撐全井段管柱力學(xué)測試、管柱強度設(shè)計與井筒完整性管理的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提供一種模擬管柱力學(xué)測試的實驗裝置及方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種模擬管柱力學(xué)測試的實驗裝置，包括高溫高壓釜和設(shè)置在其內(nèi)部的中空結(jié)構(gòu)試樣；高溫高壓釜包括中空結(jié)構(gòu)的釜體、設(shè)置在釜體上部的釜蓋；試樣上部設(shè)有用于上部夾持裝置，上部夾持裝置與釜蓋滑動密封；上部夾持裝置上方通過拉力計連接頂部橫梁；頂部橫梁兩端分別通過設(shè)置在釜體兩側(cè)的液壓桿連接設(shè)置在釜體下部的底座的兩端；試樣下部設(shè)置有下部夾持裝置，下部夾持裝置下部與底座上表面配合設(shè)置；

試樣上部和下部通過內(nèi)循環(huán)管線連通，釜體上部和下部通過外循環(huán)管線連通；內(nèi)循環(huán)管線和外循環(huán)管線均通過配液池連接氣瓶；

還包括用于測量試樣位移的激光測距傳感器；液壓桿連接液壓泵；液壓泵、激光測距傳感器、拉力計均連接到處理裝置。

進一步的，所述底座下方設(shè)置有用于支撐的機架。

進一步的，所述內(nèi)循環(huán)管線上設(shè)置有第一加熱池和第一增壓泵。