一種高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置。它通過高溫箱設(shè)定試驗溫度，通過交流伺服系統(tǒng)裝置施加穩(wěn)定載荷，封隔器膠筒橡膠材料壓縮變形與外管壁接觸產(chǎn)生應(yīng)力變形，通過測得外管壁表面特征點在外載作用力下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，利用應(yīng)力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過有限元方法反推計算得出封隔器膠筒橡膠橡膠與外管壁的接觸應(yīng)力分布規(guī)律，從而分析封隔器膠筒橡膠材料接觸應(yīng)力隨溫度變化的規(guī)律。本實用新型可以模擬井下的高溫工況，使得試驗過程更符合實際工作情況。實現(xiàn)了封隔器膠筒接觸應(yīng)力的測試，可測得封隔膠筒表面特征點在外載作用力下的應(yīng)變數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、工作可靠、精確度較高。
【專利說明】一種高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及井下工具測試裝置及方法領(lǐng)域中的一種用于高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]封隔器在井下高溫高壓的工況下，膠筒的耐高溫力學(xué)性能顯得尤為重要，因此對井下工具模擬井下工況，進行高溫強化試驗和數(shù)據(jù)檢測，不僅對井下工具的開發(fā)研制具有重要意義，對已經(jīng)推廣使用的封隔器，定期進行抽樣檢測，確保其使用安全可靠，也是必不可少的。
[0003]目前國內(nèi)外各油田和公司的井下工具試驗設(shè)備都朝著模擬條件準(zhǔn)確、測試手段完備、測試數(shù)據(jù)齊全、測試精度高等方向發(fā)展。目前，鉆采工具及工藝技術(shù)和裝備的模擬試驗已作為油氣田開發(fā)過程中鉆采工具研究的基礎(chǔ)和重要組成部分。建設(shè)封隔器的密封與錨定性能測試裝置是進行多種井下鉆采工具及工藝研究必不可少的試驗手段。
[0004]總之，只有物理模擬試驗才能獲得現(xiàn)場試驗無法取得的或在短時期內(nèi)不可能取得的中間試驗數(shù)據(jù)；也只有模擬試驗才能大大縮短科研周期，有效地克服未經(jīng)任何中間試驗就把新產(chǎn)品、新工藝投入現(xiàn)場生產(chǎn)井使用的弊端。從而可以避免一些不必要的無功作業(yè)和經(jīng)濟損失，使科研成果更具有科學(xué)性、可靠性、實用性和經(jīng)濟性。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，提出一種高效實用的高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置。
[0006]本實用新型的技術(shù)路線是:由于封隔器膠筒接觸位置在套管內(nèi)部，一般無法直接測試到其接觸力值，但是接觸力會使套管變形，套管表面的變形反應(yīng)了內(nèi)部接觸力的大小和分布情況，因此只要測出套筒表面的變形，就可以推算出套管內(nèi)部接觸力。通過溫控表設(shè)定試驗溫度，高溫箱內(nèi)的電加熱器對試樣進行加熱，溫度穩(wěn)定后，通過交流伺服系統(tǒng)裝置對封隔器膠筒施加設(shè)定載荷，封隔膠筒外管壁環(huán)向粘貼高溫應(yīng)變片，交流伺服系統(tǒng)保持設(shè)定載荷穩(wěn)定一段時間，測定該過程中封隔膠筒外管壁表面特征點的應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過應(yīng)變分析儀采集應(yīng)變值傳輸給應(yīng)力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行分析計算。
[0007]其具體方案包括:
[0008]首先，一種高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置包括，試驗套管、封隔器膠筒、高溫箱、加載裝置、加載桿、橫梁、壓力傳感器、應(yīng)變分析儀、應(yīng)變數(shù)據(jù)分析計算機和支撐體；其中:試驗套管被設(shè)置在底部加固封閉的實驗套管內(nèi)；實驗套管連同其內(nèi)的封隔器膠筒被設(shè)置在高溫箱內(nèi)，高溫箱內(nèi)設(shè)置加熱器，高溫箱的外壁設(shè)置保溫材料，高溫箱的上部貫穿有加載桿，加載桿連接在其上方的橫梁上，加載桿與橫梁之間連接有壓力傳感器，橫梁與高溫箱外部的支撐體連接，加載桿與實驗套管內(nèi)的封隔器膠筒構(gòu)成縱向擠壓配合；應(yīng)變分析儀帶有多個應(yīng)變片，多個應(yīng)變片被間隔粘貼在實驗套管的外壁上，應(yīng)變片通過耐高溫導(dǎo)線與應(yīng)變分析儀連接，應(yīng)變分析儀與應(yīng)變數(shù)據(jù)分析計算機建立連接；所述的加載裝置設(shè)置在橫梁與支撐體之間，或者是設(shè)置在橫梁與加載桿之間，或者是設(shè)置在實驗套管底部與高溫箱底部之間，或者是通過貫穿高溫箱底部的支撐桿連接在實驗套管底部與支撐體之間。
[0009]上述方案還包括:所述的加載裝置是由交流伺服電機和驅(qū)動滾珠絲桿則的直線驅(qū)動電機。
[0010]高溫箱采用熱電偶作為加熱器，并與溫控儀連接實現(xiàn)自動控溫；高溫箱箱體前面開有活動門，門邊采用耐高溫氟橡膠密封；高溫箱上、下需要貫穿加載桿時或支撐桿時，其圓孔采用耐高溫石棉紗密封。
[0011]橫梁與支撐體采用軌道和滑輪配合連接。
[0012]所述應(yīng)力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的計算方法如下:
[0013]設(shè)套管表面有η個測試點，套管內(nèi)壁作用沿有環(huán)向方向的作用力P，作用在任一測試點i處的接觸力？”在Pi單獨作用下各測試點的應(yīng)變分別為連續(xù)分布在測試點I?i上時，則任一測試點i處應(yīng)變等于各點接觸力對i點引起的應(yīng)變ε之和，通過有限元方法計算出該值；
[0014]設(shè)I到15號應(yīng)變片的應(yīng)變依次為S1XKT6, ε2Χ10_6，ε3Χ10_6，
ε4Χ10_6，……ε 15父10_6，套筒內(nèi)部與各應(yīng)變片對應(yīng)處的內(nèi)壓分別記為？1，？2，？3......ρ15，
單位為MPa，用以反算封隔器膠筒和實驗套管接觸應(yīng)力的數(shù)據(jù)矩陣設(shè)為J，記J的逆矩陣為J-1，且
[0015]令{ε}= [￡ι ε 2 ε 3 ε 4 ε 5 ε 6 ε 7 ε 8 ε 9 ε 1(| ε η ε 12 ε 13 ε 14 ε 15]τ
[0016]{ρ} = [P1 ρ2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P1 Pu Pi2 Pis Pi4 Pi5]Τ
[0017]PJ {ρ} =T1IeI
[0018]將試驗測得應(yīng)變數(shù)值代入上式，即可算得對應(yīng)應(yīng)變片處的套筒內(nèi)壁壓應(yīng)力。
[0019]本實用新型的原理為通過高溫箱設(shè)定試驗溫度，通過加載裝置施加載荷，測得封隔膠筒外管壁表面特征點在外載作用力下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，利用有限元應(yīng)力計算系統(tǒng)得出應(yīng)力、應(yīng)變的大小和分布規(guī)律，以及隨溫度變化的規(guī)律，測試包括封隔器膠筒應(yīng)變、軸向位移、試驗溫度等數(shù)據(jù)。
[0020]本實用新型的優(yōu)勢和技術(shù)效果:
[0021](I)可以模擬井下的高溫工況，使得試驗過程更符合實際工作情況。
[0022](2)實現(xiàn)了封隔器膠筒接觸應(yīng)力的測試，可測得封隔膠筒表面特征點在外載作用力下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，利用應(yīng)力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)得出應(yīng)力、應(yīng)變的大小和分布規(guī)律，測試數(shù)據(jù)包括封隔器膠筒的應(yīng)變，軸向位移，試驗溫度。
[0023](3)本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、工作可靠、精確度較高、使用壽命較長，實現(xiàn)了高溫條件下橡膠性能測試裝置的小型多功能特點，設(shè)備占用范圍小，試驗成本低，適于室內(nèi)實驗評價。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的一種裝置實施例結(jié)構(gòu)簡圖。
[0025]圖1中:21、封隔器膠筒和試驗套管部分；22、高溫箱；23、加載裝置；24、應(yīng)變分析儀；25、應(yīng)變數(shù)據(jù)分析計算機；26、橫梁；27、壓力傳感器；28、加載桿；29、觸摸顯示器。
[0026]圖2為圖1中的封隔器膠筒和試驗套管部分的放大圖。
[0027]圖2中:1、2、3、4……15、高溫應(yīng)變片；16、試驗套管；17、封隔器膠筒。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明:
[0029]按照圖1、2所示，本試驗裝置中封隔器膠筒17裝在試驗套管16里面。試驗套管16安置在高溫箱22里，高壓箱22設(shè)置在支撐體內(nèi)部。試驗套管16由下至上沿軸向方向每隔1mm粘貼高溫應(yīng)變片(I……15)，為方便測試時數(shù)據(jù)的記錄，對其編號后通過高溫導(dǎo)線連接到應(yīng)變分析儀24上。加載裝置23內(nèi)設(shè)有交流伺服電機和驅(qū)動滾珠絲桿，并通過支撐桿作用在實驗套管16底部加固封閉端。橫梁26下部連接壓力傳感器27后通過加載桿28對封隔器膠筒施加載荷。應(yīng)變分析儀24將試驗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線連接到應(yīng)變數(shù)據(jù)分析計算機55上，在觸摸顯示器29上打開測試軟件即可開始試驗。
[0030]其測試方法:通過高溫箱設(shè)定試驗溫度，試驗溫度穩(wěn)定后，通測試軟件設(shè)定加載力和加載力穩(wěn)定時間，啟動加載裝置23對封隔器膠筒施加載荷，載荷穩(wěn)定保持0.1?0.5min,測得封隔膠筒表面特征點在外載作用力下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，應(yīng)變分析儀將采集到的試驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)變數(shù)據(jù)分析計算機上，通過應(yīng)力數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)得出應(yīng)力、應(yīng)變的大小和分布規(guī)律，以及隨溫度變化的規(guī)律。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置，其特征是包括試驗套管、封隔器膠筒、高溫箱、加載裝置、加載桿、橫梁、壓力傳感器、應(yīng)變分析儀、應(yīng)變數(shù)據(jù)分析計算機和支撐體；其中:試驗套管被設(shè)置在底部加固封閉的實驗套管內(nèi)；實驗套管連同其內(nèi)的封隔器膠筒被設(shè)置在高溫箱內(nèi)，高溫箱內(nèi)設(shè)置加熱器，高溫箱的外壁設(shè)置保溫材料，高溫箱的上部貫穿有加載桿，加載桿連接在其上方的橫梁上，加載桿與橫梁之間連接有壓力傳感器，橫梁與高溫箱外部的支撐體連接，加載桿與實驗套管內(nèi)的封隔器膠筒構(gòu)成縱向擠壓配合；應(yīng)變分析儀帶有多個應(yīng)變片，多個應(yīng)變片被間隔粘貼在實驗套管的外壁上，應(yīng)變片通過耐高溫導(dǎo)線與應(yīng)變分析儀連接，應(yīng)變分析儀與應(yīng)變數(shù)據(jù)分析計算機建立連接；所述的加載裝置設(shè)置在橫梁與支撐體之間，或者是設(shè)置在橫梁與加載桿之間，或者是設(shè)置在實驗套管底部與高溫箱底部之間，或者是通過貫穿高溫箱底部的支撐桿連接在實驗套管底部與支撐體之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置，其特征是:所述的加載裝置是由交流伺服電機和驅(qū)動滾珠絲桿則的直線驅(qū)動電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置，其特征是:高溫箱采用熱電偶作為加熱器，并與溫控儀連接實現(xiàn)自動控溫；高溫箱箱體前面開有活動門，門邊采用耐高溫氟橡膠密封；高溫箱上、下需要貫穿加載桿時或支撐桿時，其圓孔采用耐高溫石棉紗密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫下封隔器膠筒接觸應(yīng)力測試裝置，其特征是:橫梁與支撐體采用軌道和滑輪配合連接。
【文檔編號】G01N3/18GK204203007SQ201420562427
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】彭志剛, 馬明新, 李國鋒, 徐鑫, 李銘, 馮德杰, 劉傳永, 劉建, 許嬋嬋, 張建國, 李碩, 張磊, 齊志剛, 邵茹 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院