油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法，該方法包括有以下步驟：1）選擇測試儀器及器件；2）在油套管特殊扣密封面內(nèi)壁劃粘貼參考線；3）粘貼應(yīng)變片；粘貼完成后，將應(yīng)變片的引線與排線焊連在一起，排線的插口接到應(yīng)變箱上，應(yīng)變箱與電腦通訊線連接好，即可進行試驗。本發(fā)明的效果是采用該粘貼方法來反應(yīng)密封面附近三個方向的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變值在API標準規(guī)定的屈服應(yīng)變值時，對應(yīng)當(dāng)時的扭矩，即可獲得特殊扣可承受的最高扭矩能力。能夠反應(yīng)實際應(yīng)變情況，明顯看到屈服現(xiàn)象，最終精確確定應(yīng)變與扭矩之間的對應(yīng)關(guān)系。
【專利說明】油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法，為評價石油天然氣用管特殊扣在進行過扭試驗評價時，密封部分的變形與扭矩之間的關(guān)系。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來石油天然氣行業(yè)環(huán)境井況越來越復(fù)雜，對所用油套管提出了更苛刻的要求，其中用于連接用的油套管特殊扣為高強度高密封性能的重要環(huán)節(jié)。
[0003]由于井身越來越深，油套管在下井時，連接用的特殊扣在上緊時，扭矩要求高，有時還會發(fā)生特殊扣在擰接時過扭情況，過扭時特殊扣公端密封面與母端密封面對頂，直到密封面處應(yīng)變達到或超過屈服應(yīng)變，導(dǎo)致特殊扣密封面材料屈服甚至發(fā)生永久性塑性變形，使特殊扣密封面失去金屬對金屬的彈性密封能力。因此在油套管下井前和設(shè)計完成后需對特殊扣進行過扭試驗，來確定該特殊扣的最高承受扭矩能力大于下井扭矩力，不會發(fā)生過扭情況而損壞金屬對金屬密封能力。為了精確確定該扭矩值，需要精確的測試手段，預(yù)通過查找目前國內(nèi)外的文獻，得到解決辦法。
[0004]經(jīng)過各種論文、專利等文獻的搜索，尚未發(fā)現(xiàn)類似方法來解決該問題，只看到一項用應(yīng)變方法測試API扣接箍外彈性應(yīng)力狀態(tài)的文獻，即“管螺紋接頭內(nèi)外螺紋表面接觸狀態(tài)分布的測試方法”，該方法為彈性范圍，不能測量屈服以上大應(yīng)變，且應(yīng)變片的粘貼不受區(qū)域限制。而特殊扣密封面具有區(qū)域小、塑性大應(yīng)變等特點，經(jīng)有限元分析，在密封面內(nèi)壁僅在距密封面端部5mm范圍內(nèi)變化大，因此需用塑性大應(yīng)變儀器、小尺寸大量程應(yīng)變片和特殊粘貼方法才能真正反映特殊扣密封面小區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變情況。本發(fā)明就是特殊扣密封面過扭應(yīng)變測量的專用方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)上的不足，本發(fā)明的目的是提供一種油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法，以達到能夠測試特殊扣在上/卸扣過程中密封面附近應(yīng)力的功能和能力。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法，該方法包括有以下步驟:
[0007]I)選擇測試儀器及器件
[0008]選用20萬微應(yīng)變測試能力的應(yīng)變箱，20萬微應(yīng)變3mm小尺寸單向應(yīng)變片；
[0009]2)在油套管特殊扣密封面內(nèi)壁劃粘貼參考線
[0010]在油套管特殊扣密封面對應(yīng)的內(nèi)壁圓周等分為4個區(qū)域，以特殊扣密封面端部為基準，在每個區(qū)域內(nèi)畫0° >45 ° >90 °粘貼參考線，每0° >45 ° >90 °粘貼參考線為一組，并使三個角度的粘貼參考線在每個區(qū)域內(nèi)沿周向均勻分布；
[0011]以特殊扣密封面端部為基準畫5_平行線；
[0012]3)粘貼應(yīng)變片
[0013]在畫好的線附近，打磨密封面內(nèi)壁，直到出現(xiàn)光亮基體表面，用酒精將表面擦拭干凈，應(yīng)變片粘上專用膠水，以5mm線和0°、45°、90°粘貼參考線為基準在密封面內(nèi)壁粘貼應(yīng)變片；
[0014]粘貼完成后，將應(yīng)變片的引線與排線焊連在一起，排線的插口接到應(yīng)變箱上，應(yīng)變箱與電腦通訊線連接好，即可進行試驗。
[0015]本發(fā)明的效果是采用該大應(yīng)變測試和粘貼方法來反應(yīng)密封面附近三個方向的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變值在API標準規(guī)定的屈服應(yīng)變值時，對應(yīng)當(dāng)時的扭矩，即可獲得特殊扣可承受的最高扭矩能力。使用此方法，當(dāng)應(yīng)變超過屈服(如6000微應(yīng)變)快速向塑性大應(yīng)變轉(zhuǎn)變，此時應(yīng)變片被破壞，能夠反應(yīng)能力也無法反應(yīng)實際應(yīng)變情況，使得應(yīng)變數(shù)據(jù)完整，在應(yīng)變圖上明顯看到屈服現(xiàn)象，能夠得到相應(yīng)的扭矩值，最終可以精確確定應(yīng)變與扭矩之間的對應(yīng)關(guān)系。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明油套管公端應(yīng)變片粘貼位置示意圖
[0017]圖2是本發(fā)明油套管上扣后公母端應(yīng)變片粘貼和試驗系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖3、圖4是本發(fā)明測試的扭矩-時間曲線和微應(yīng)變-時間曲線。
[0019]圖中:
[0020]1、特殊扣連接螺紋 2、特殊扣密封面 3、應(yīng)變片
[0021]4、距端部5mm的平行線5、45°粘貼參考線6、90°粘貼參考線
[0022]7、0°粘貼參考線 8、公端管體 9、接箍 10、應(yīng)變片引線
[0023]11、應(yīng)變箱子通訊接口 12、應(yīng)變箱 13、排線 14、采集電腦
[0024]15、通訊線
【具體實施方式】
[0025]結(jié)合附圖對本發(fā)明的油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法加以說明。
[0026]本發(fā)明的油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法依據(jù)現(xiàn)狀，構(gòu)思了可在5mm間距小區(qū)域內(nèi)測量塑性大應(yīng)變，能夠更加真實反應(yīng)密封面應(yīng)力狀態(tài)，得出應(yīng)變與扭矩之間的動態(tài)關(guān)系，解決了精確測定過扭試驗時如何確定特殊扣可承受:的最聞扭矩能力的問題。
[0027]本發(fā)明的油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法包括有以下步驟:
[0028]I)選擇測試儀器及器件
[0029]選用20萬微應(yīng)變測試能力的應(yīng)變箱，20萬微應(yīng)變3mm小尺寸單向應(yīng)變片；
[0030]2)在油套管特殊扣密封面內(nèi)壁劃粘貼參考線
[0031]在油套管特殊扣密封面對應(yīng)的內(nèi)壁圓周等分為4個區(qū)域，以特殊扣密封面端部為基準，在每個區(qū)域內(nèi)畫0° >45 ° >90 °粘貼參考線，每0° >45 ° >90 °粘貼參考線為一組，并使三個角度的粘貼參考線在每個區(qū)域內(nèi)沿周向均勻分布；
[0032]以特殊扣密封面端部為基準畫5_平行線；
[0033]3)粘貼應(yīng)變片
[0034]在畫好的線附近，打磨密封面內(nèi)壁，直到出現(xiàn)光亮基體表面，用酒精將表面擦拭干凈，應(yīng)變片粘上專用膠水，以5mm線和0°、45°、90°粘貼參考線為基準在密封面內(nèi)壁粘貼應(yīng)變片；[0035]粘貼完成后，將應(yīng)變片的弓I線與排線焊連在一起，排線的插口接到應(yīng)變箱上，應(yīng)變箱與電腦通訊線連接好，即可進行試驗。
[0036]本發(fā)明的油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法是這樣實現(xiàn)的:
[0037]該方法測試對象為油套管特殊扣，特殊扣由特殊扣連接螺紋I和特殊扣密封面2組成，有限元分析表明特殊扣密封面2在上扣過程中密封面處接觸應(yīng)變最大的區(qū)域在距密封面端部5_區(qū)域內(nèi)，4為距端部5_的平行線，由于區(qū)域的限制，也為了真實反應(yīng)密封面的接觸應(yīng)力，采用單向3mm的應(yīng)變片3來測量接觸應(yīng)變。特殊扣為精密數(shù)控車床加工，因此特殊扣的精度較高，為使應(yīng)變片反應(yīng)密封面上各方向的應(yīng)力，以密封面端部為基準粘貼應(yīng)變片，以密封面端部為基礎(chǔ)分別畫45°粘貼參考線5、90°粘貼參考線6、0°粘貼參考線7，分別在這二條線為參考粘貼應(yīng)變片3。
[0038]應(yīng)變片3為專制20萬微應(yīng)變小尺寸應(yīng)變片，可測量特殊扣密封面從彈性到屈服甚至完全塑性大變形過程的應(yīng)變狀態(tài)，并配備20萬微應(yīng)變能力的應(yīng)變箱12，使在超過彈性范圍時，不發(fā)生應(yīng)變片損壞無法測量全部應(yīng)變狀態(tài)的情況。API標準中規(guī)定材料的屈服總延伸率為6%，則確定當(dāng)應(yīng)變值為6000微應(yīng)變時對應(yīng)的扭矩值為特殊扣能承受的最高扭矩能力。但是在上扣過程中按照設(shè)備最大能力上扣，為了得到屈服時的扭矩值，需將特殊扣上到扭矩-圈數(shù)曲線上可看到明顯屈服現(xiàn)象時再停止，此時的密封面處已經(jīng)發(fā)生了很大的塑性變形，彈性范圍內(nèi)使用的應(yīng)變片在超過屈服之后已經(jīng)被破壞，無法在實時顯示應(yīng)變狀態(tài)，必須采用塑性大應(yīng)變片和應(yīng)變系統(tǒng)。該發(fā)明選用20萬微應(yīng)變能力的應(yīng)變系統(tǒng)和應(yīng)變片，測試應(yīng)變值。
[0039]試驗完成后，按照曲線分別用時間去對應(yīng)6000μ ε與扭矩值，即可得出特殊扣能承受的最高扭矩能力。如圖3、4所示，從對應(yīng)點即可快速獲得特殊扣的最高扭矩能力值。
[0040]從得到的扭矩-時間曲線，和微應(yīng)變-時間曲線，分別對應(yīng)6000微應(yīng)變時時間為125S，可很快在扭矩-時間曲線上得到125S時對應(yīng)的扭矩值，即我們所要獲得的最高扭矩能力值。
[0041]首先清洗管子內(nèi)壁，然后進行畫線，對圖1中特殊扣公端密封面2對應(yīng)的內(nèi)壁區(qū)域進行畫線，即距端部5mm的平行線4作為參考線，劃定應(yīng)變片粘貼區(qū)域。用以鋼板尺靠在公端密封面端部，以此為基準，用軟三角板畫出45°粘貼參考線5和90°粘貼參考線6，用鋼板尺量取2個2mm的點，用軟直尺畫0°粘貼參考線7，將準備好的能測10萬微應(yīng)變以上的應(yīng)變片3，分別以45°、粘貼線參考線5、90°粘貼參考線、6、0°粘貼參考線7為基準，粘貼在距密封面2端部2_到5_之間，該位置既能測到有限元分析得出的應(yīng)變量最大的區(qū)域，又不會造成上扣前涂抹螺紋脂損壞應(yīng)變片，分別粘貼4組于特殊扣密封面2對應(yīng)的內(nèi)壁上。
[0042]以PllO鋼級，Φ339.72*13.06mm特殊扣TP-CQ為例，將特殊扣TP-CQ密封面對應(yīng)的內(nèi)壁圓周分為四等分，用鋼板尺靠在密封面端部，以鋼板尺為基準，分別畫距端部5_的平行線作為參考線4、45°粘貼參考線5、90°粘貼參考線6、距端部2mm的0°粘貼參考線7，以45°粘貼參考線5、90°粘貼參考線6、距端部2mm的0°粘貼參考線7的三個位置為一組，分別在周周四個等分區(qū)域內(nèi)粘貼能測量20萬微應(yīng)變的應(yīng)變片。粘貼完成后，將連接應(yīng)變箱12與應(yīng)變片3的排線13從不帶特殊扣的一端送入管內(nèi)，再將排線13與應(yīng)變片的的引線10相連，連線都焊好后，用絕緣膠布將裸漏的線頭均包裹絕緣膠布，做到與試驗管體絕緣，將排線13連接到應(yīng)變箱12的應(yīng)變箱子通訊接口 11，應(yīng)變箱12通過通訊線15與采集電腦14進行連接，此時開始上扣試驗，即同時采集時間-扭矩曲線和時間-應(yīng)變曲線。API標準規(guī)定PllO的材料總延伸率為0.6%，即當(dāng)應(yīng)變?yōu)?000微應(yīng)變時，材料達到屈服，從在應(yīng)變-時間曲線上找6000微應(yīng)變的時間點，然后對應(yīng)時間-扭矩曲線上的扭矩值，即得到了該規(guī)格下特殊扣的最大承受扭矩值為22000ft-lbs。
【權(quán)利要求】
1.一種油套管特殊扣過扭大應(yīng)變的測試方法，該方法包括有以下步驟: 1)選擇測試儀器及器件 選用20萬微應(yīng)變測試能力的應(yīng)變箱，20萬微應(yīng)變3mm小尺寸單向應(yīng)變片； 2)在油套管特殊扣密封面內(nèi)壁劃粘貼參考線 在油套管特殊扣密封面對應(yīng)的內(nèi)壁圓周等分為4個區(qū)域，以特殊扣密封面端部為基準，在每個區(qū)域內(nèi)畫0°、45°、90°粘貼參考線，每0°、45°、90°粘貼參考線為一組，并使三個角度的粘貼參考線在每個區(qū)域內(nèi)沿周向均勻分布； 以特殊扣密封面端部為基準畫5mm平行線； 3)粘貼應(yīng)變片 在畫好的線附近，打磨密封面內(nèi)壁，直到出現(xiàn)光亮基體表面，用酒精將表面擦拭干凈，應(yīng)變片粘上專用膠水，以5mm線和0°、45°、90°粘貼參考線為基準在密封面內(nèi)壁粘貼應(yīng)變片； 粘貼完成后，將應(yīng)變片的引線與排線焊連在一起，排線的插口接到應(yīng)變箱上，應(yīng)變箱與電腦通訊線連接好，即可進行試驗。
【文檔編號】G01N3/26GK103487335SQ201310433607
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】孫宇, 張麗敏, 楊永昌, 戈曉, 劉家泳, 周偉, 汪堯, 張冬梅 申請人:天津鋼管集團股份有限公司