專利名稱：一種模擬地層圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬地層圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試方法。
背景技術(shù)：
套管是油氣開采過程中必需的關(guān)鍵工具，在油氣開采過程中起著支撐井壁和建立油氣通道的作用。然而，許多油氣田在生產(chǎn)一段時間后，因地質(zhì)、工程和腐蝕等因素的影響，許多油氣井發(fā)生不同程度的套管損壞，從而嚴重地影響了油氣田安全或正常生產(chǎn)。套管損壞的主要形式是套管縮頸變形即套管變形段的橫截面呈橢圓形。為了恢復(fù)油氣田的正常生產(chǎn)，科學(xué)工作者們針對縮頸變形套管的修復(fù)研發(fā)了許多整形修復(fù)工具，如沖擊滾珠整形器、沖擊梨形脹管器等，同時也提出了一些沖擊整形技術(shù)，它是根據(jù)撞擊原理采用沖擊整形器對變形套管施加沖擊載荷進行擴徑。但是，目前的沖擊整形技術(shù)沒有考慮到實際地層圍壓對變形套管整形修復(fù)的影響，缺乏對沖擊整形力和整形后上提整形工具所需拉力的準確控制，從而導(dǎo)致大量的問題，具體表現(xiàn)為整形力過小使整形工具不能通過變形套管，導(dǎo)致整形失敗，降低整形效率；整形力過大使整形工具強行通過變形套管，導(dǎo)致整形后上提拉力超過動力設(shè)備的最大負荷而發(fā)生卡鉆事故，油水井水泥環(huán)的破壞，甚至套管發(fā)生二次塑性破壞。為了克服現(xiàn)有沖擊式整形器在修復(fù)套管作業(yè)時，整形效率低、容易發(fā)生卡鉆事故、嚴重損傷水泥環(huán)和套管、作業(yè)成本增加的不足，需要根據(jù)具體地層情況對不同沖擊整形工具修復(fù)相應(yīng)變形套管所需的整形力及工具上提拉力進行準確控制。因此，建立一種沖擊整形工具對套管在不同地層圍壓下修復(fù)過程的測試方法，對套管修復(fù)技術(shù)進一步發(fā)展具有很大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種模擬地層圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試方法，以解決目前各種沖擊整形工具在修復(fù)不同地層深度及不同圍壓下的變形套管所需整形力和上提拉力難以準確控制的技術(shù)難題，并在達到上述目的的同時，簡化測試系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低設(shè)備的成本。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種模擬地層圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試方法，其特點是利用YS32-500四方柱萬能液壓試驗機(以下簡稱為萬能液壓試驗機)通過上下往復(fù)運動產(chǎn)生外力的特性，使用頂部夾具和外壁貼有應(yīng)變片的配合接頭固定在萬能液壓試驗機頂部正中央的沖擊整形工具，以一定的速度沖擊變形套管；為避免變形套管在整形修復(fù)過程中發(fā)生上下運動，將變形套管的下端開一圓槽并用相匹配的底部夾具固定在萬能液壓試驗機底部的正中央；同時，用與變形套管變形段形狀相匹配的夾持工具給套管的變形段施加不同的圍壓；在整形的過程中通過配合接頭上的應(yīng)變片和YE-2533靜態(tài)應(yīng)變儀可以準確測出沖擊整形工具在修復(fù)套管的過程中所需的整形力及整形后工具上提所需的拉力，從而達到符合圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試目的。
用以對變形套管的變形段施加圍壓的夾持工具上有六角螺栓，用扭矩扳手調(diào)整六角螺栓的扭矩大小可以調(diào)整夾持工具對變形套管變形段施加的圍壓。萬能液壓試驗機的動力通過頂部夾具和配合接頭驅(qū)動沖擊整形工具上下移動，當萬能液壓試驗機以一定的速度開始向下運動時，被固定在萬能液壓試驗機頂部正中央的沖擊整形工具開始對變形套管進行整形修復(fù)，在修復(fù)的過程中靜態(tài)應(yīng)變儀記錄配合接頭上發(fā)生的壓應(yīng)變，直到整形工具完全通過套管的變形段才停止萬能液壓試驗機向下運動；由于萬能液壓試驗機往復(fù)運動的特性，試驗機以一定的速度帶動整形工具向上運動，直到?jīng)_擊整形工具與變形套管分開為止，同時記錄配合接頭上發(fā)生的拉應(yīng)變。以同樣的方法使沖擊整形工具通過上下的往復(fù)運動對變形套管進行整形修復(fù)，直到配合接頭上的應(yīng)變趨于零即套管變形段的最小內(nèi)徑基本等于整形工具的最大外徑為止。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1)根據(jù)實驗?zāi)康模琘S32-500萬能液壓試驗機頂部用頂部夾具和外壁貼有應(yīng)變片的配合接頭可容易地固定不同尺寸的沖擊整形工具(如沖擊梨形脹管器、沖擊滾珠整形器等沖擊整形工具)，用于測試不同地層圍壓下各種變形套管的修復(fù)過程，從而達到模擬井下套管修復(fù)的效果；
(2)利用YE-2533靜態(tài)應(yīng)變儀可以測試不同圍壓下套管修復(fù)所需的整形力和整形后上提工具所需的拉力，并保證了測試精度，能為現(xiàn)場提供準確的施工參數(shù)，從而使現(xiàn)場的整形力和工具上提拉力得到了嚴格的控制；
(3)對于不同地層的變形套管修復(fù)，可以通過扭矩扳手調(diào)整六角螺栓上的扭矩大小來調(diào)整夾持工具施加在套管變形段上的圍壓，從而使得測試結(jié)果更貼近不同實際地層條件下變形套管修復(fù)的真實情況；
(4)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測試價格低廉，后期維護保養(yǎng)容易。


圖1為測試裝置示意圖之主視圖。圖2為變形套管示意圖之俯視圖。圖3為用于變形套管變形段施加圍壓得夾持工具示意圖之俯視圖。
具體實施例方式參見圖1，用頂部夾具2和外壁貼有應(yīng)變片9的配合接頭3將沖擊梨形脹管器4(沖擊整形工具中的一種)固定在萬能液壓試驗機I頂部的正中央；利用萬能液壓試驗機I上下往復(fù)運動的特性，使梨形脹管器4以一定的速度沖擊變形套管5，為避免變形套管5在整形修復(fù)過程中發(fā)生上下運動，將變形套管5的下端開一圓槽11并用相匹配的底部夾具7固定在萬能液壓試驗機I底部的正中央，同時，用與變形套管5的變形段12形狀相匹配的夾持工具6夾持套管的變形段，通過扭矩扳手調(diào)整夾持工具6上的六角螺栓8的扭矩大小，可調(diào)整夾持工具6施加在套管變形段12上的圍壓；在整形的過程中通過配合接頭3上的應(yīng)變片9和YE-2533靜態(tài)應(yīng)變儀10可以準確測出沖擊整形工具在修復(fù)變形套管5的過程中所需整形力及整形后工具上提所需的拉力，從而達到符合圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試目的。
啟動測試裝置，萬能液壓試驗機I通過頂部夾具2和配合接頭3驅(qū)動梨形脹管器4在豎直平面內(nèi)作往復(fù)運動。當萬能液壓試驗機I以一定的速度向下運動時，被固定在液壓試驗機I頂部正中央的梨型脹管器4開始對變形套管5進行整形修復(fù)，在修復(fù)的過程中靜態(tài)應(yīng)變儀10記錄配合接頭3上發(fā)生的壓應(yīng)變，直到整形工具完全通過套管的變形段12才停止萬能液壓試驗機I的向下運動；由于萬能液壓試驗機I往復(fù)運動的特性，萬能液壓試驗機I以一定的速度帶動沖擊梨形脹管器4向上運動，直到梨形脹管器4與變形套管5完全分開為止，同時記錄配合接頭3上發(fā)生的拉應(yīng)變。以同樣的方法使整形工具通過上下的往復(fù)運動對變形套管5進行整形修復(fù)，直到配合接頭3上的應(yīng)變趨于零，即套管變形段12的最小內(nèi)徑基本等于整形工具的最大外徑為止。因此，通過使用同樣的方法，該裝置能夠進行不同沖擊整形工具修復(fù)過程的測試。當然，利用該裝置進行測試時可以選擇對變形套管施加圍壓，以模擬圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試，也可以選擇在大氣環(huán)境下模擬變形套管修復(fù)過程的測試。根據(jù)彈性力學(xué)理論中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，結(jié)合變形修復(fù)套管的過程中配合接頭上產(chǎn)生的應(yīng)變，可以算出梨形脹管器所需的整形力及整形后工具上提所需的拉力。即
σ _ π 2Εε * 4
式中i 一應(yīng)變片所處截面的直徑，m ；
5—配合接頭的彈性模量，Mpa ； e—配合接頭上產(chǎn)生的應(yīng)變(拉應(yīng)變或壓應(yīng)變)；
$—梨形脹管器所需的整形力或整形后工具的上提拉力。根據(jù)扭矩與螺栓軸向力的關(guān)系，可以求得每個六角螺栓上的軸向力。即
P — Af
KD
式中一每個六角螺栓上的軸向力，N ;
I一扭矩扳手上的扭矩讀數(shù)值，N/m ；
先一扭矩系數(shù)，查表；
U—六角螺栓的公稱直徑，m ；
再結(jié)合套管變形段的尺寸和夾持工具的結(jié)構(gòu)可以求得通過夾持工具施加在變形套管變形段上的圍壓，其大小可以根據(jù)螺栓上的軸向力來調(diào)節(jié)。即
P-竺
HL
式中一套管變形段上的圍壓，MPa ；
H 一套管變形段橢圓的長半軸，m ；
乙一套管變形段長度，m。
權(quán)利要求
1.一種模擬地層圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試方法，其特征在于利用YS32-500四方柱萬能液壓試驗機(1)通過上下往復(fù)運動產(chǎn)生外力的特性，使用頂部夾具(2)和外壁貼有應(yīng)變片(9)的配合接頭(3)固定在萬能液壓試驗機(1)頂部正中央的沖擊整形工具(4)， 以一定的速度來回沖擊用夾持工具(6)施加圍壓的變形套管(5)，實現(xiàn)不同地層圍壓下變形套管(5)修復(fù)過程的測試；同時，在整形修復(fù)的過程中通過配合接頭(3)上的應(yīng)變片(9) 和YE2533靜態(tài)應(yīng)變儀(10)測出沖擊整形工具(4)在修復(fù)變形套管(5)的過程中所需整形力和整形后上提整形工具所需的拉力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬地層圍壓下套管修復(fù)過程的測試方法，其特征在于 夾持工具(6)夾持于變形套管(5)的變形段(12)上；對于不同地層變形套管(5)的修復(fù)，可以通過扭矩扳手調(diào)整夾持工具(6)上的六角螺栓(8)的扭矩大小來調(diào)整夾持工具(6)施加在套管變形段(12)上的圍壓，從而使得測試結(jié)果更貼近于不同實際地層條件下變形套管修復(fù)的真實情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬地層圍壓下套管修復(fù)過程的測試方法，其特征在于變形套管(5)的下端開有圓槽(11)，并用與之相匹配的底部夾具(7)將變形套管(5)固定在萬能液壓試驗機(1)的底部中央。
全文摘要
本發(fā)明提供一種模擬地層圍壓下套管修復(fù)過程的測試方法，其特點是利用YS32-500四方柱萬能液壓試驗機通過上下往復(fù)運動產(chǎn)生外力的特性，使固定在液壓試驗機頂部正中央的沖擊整形工具，以一定的速度沖擊固定在液壓試驗機底部正中央的變形套管，在整形的過程中通過應(yīng)變片和靜態(tài)應(yīng)變儀可測出沖擊整形工具在修復(fù)變形套管的過程中所需整形力和整形后上提工具所需的拉力；在變形套管的變形段有夾持工具，通過調(diào)整其上螺栓的扭矩大小，可模擬特定圍壓下變形套管修復(fù)過程的測試。本發(fā)明能真實地模擬井下變形套管修復(fù)的過程，且測試結(jié)果準確，能為梨形脹管器修復(fù)套管提供準確的施工參數(shù)。適用于石油、天然氣井下變形套管修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號E21B47/00GK103015976SQ20131001457
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者林元華, 鄧寬海, 朱紅鈞, 王其軍, 曾德智, 田家林, 孔祥偉, 武元鵬, 周瑩, 謝娟, 戚興 申請人:西南石油大學(xué)