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原文传递一种套管剪切强度与变形的试验装置及方法

专利名称：	一种套管剪切强度与变形的试验装置及方法
摘要：	本发明提供了一种套管剪切强度与变形的试验装置及方法，属于石油勘探领域固完井设计领域。该装置包括：套管夹具，用于夹住套管，并能够带动套管进行上下移动；加载部件，用于对套管加载剪切载荷；应变检测部件，用于检测套管外壁的应变；固定支架，用于固定加载部件和套管夹具。本发明可模拟地层岩石滑动条件下不同硬度水泥环、不同滑动位移、套管几何尺寸等条件对套管剪切强度的影响，并且通过该实验装置能够测试局部载荷作用下套管的变形，并且该实验装置具有测试简单、可操作性强等特点。本发明对发生油气井内套管剪切变形区域的套管设计和套管变形的防护具有重要意义，具有较好的应用前景。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院
发明人：	陶谦;刘奎;杜金龙;刘仍光;陆沛青;杜晓雨
专利状态：	有效
申请日期：	2020-09-15T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-15T00:00:00+0800
申请号：	CN202010964800.0
公开号：	CN114184496A
代理机构：	北京知舟专利事务所(普通合伙)
代理人：	郭韫
分类号：	G01N3/24;G01N3/02;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/24;G01N3/02
申请人地址：	100028 北京市朝阳区朝阳门北大街22号;
主权项：	1.一种套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：所述套管剪切强度与变形的试验装置包括：套管夹具，用于夹住套管，并能够带动套管进行上下移动；加载部件，用于对套管加载剪切载荷；应变检测部件，用于检测套管外壁的应变；固定支架，用于固定加载部件和套管夹具。 2.根据权利要求1所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：所述装置包括两套套管夹具，两套套管夹具同时夹住所述套管；每套所述套管夹具均包括夹具内框和夹具外框；所述夹具内框包括内部上框和内部下框，两者均为长方体，且在长方体的中部开有半圆形孔，当两者上下对称安装后，内部上框中的半圆形孔与内部下框中的半圆形孔形成一个圆形通孔；所述夹具外框包括外部上框和外部下框，两者均为长方体，且在长方体的中部开有长方形孔，当两者上下对称安装后，外部上框中的长方形孔与外部下框中的长方形孔形成一个大长方形孔；所述夹具内框安装在所述夹具外框的大长方形孔内，所述套管穿过所述夹具内框的圆形通孔。 3.根据权利要求2所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：在所述套管的外壁与夹具内框的圆形通孔的内壁之间设置有一套岩石模拟装置；每套所述岩石模拟装置均包括两个直径相同的圆弧形橡胶块，两个橡胶块上下对称设置；每个所述橡胶块的外壁与夹具内框的圆形通孔的内壁接触，每个所述橡胶块的内壁与套管的外壁接触；每个所述橡胶块的外径与所述夹具内框的圆形通孔的内径相同；每个所述橡胶块的内径与套管的外径相同。 4.根据权利要求2所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：在所述外部上框的两侧、外部下框的两侧分别设置有向外的翻边，当两者上下对称安装后，两者的翻边相接触，通过翻边将外部上框和外部下框固定住。 5.根据权利要求3所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：在每套所述套管夹具上均设置有一套加载部件；每套所述加载部件均包括两个油压缸3、两个油压活塞和两个油压泵；一个油压缸3设置在所述夹具外框的上方，另一个油压缸3设置在所述夹具外框的下方，两个油压活塞的中心轴线位于同一条直线上；在所述夹具外框的上端面连接有上垫块，在所述上垫块的上端面上设置有凹槽，位于夹具外框上方的油压活塞的端部伸入到该凹槽内；在所述夹具外框的下端面连接有下垫块，在所述下垫块的下端面上设置有凹槽，位于夹具外框下方的油压活塞的端部伸入到该凹槽内；每套加载部件中的两个油压缸3分别通过管线与两个油压泵连接。 6.根据权利要求5所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：所述固定支架包括顶板、底板；所述顶板位于底板的上方；每套加载部件中位于夹具外框上方的油压缸3的上端面与顶板连接，每套加载部件中位于夹具外框下方的油压缸3的下端面与底板连接。 7.根据权利要求6所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：在套管的两端的外侧分别设置有多个连接杆；每个所述连接杆的上端与顶板固定连接，下端与底板固定连接。 8.根据权利要求6所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：在所述顶板、底板上分别设置有多个螺栓孔。 9.根据权利要求1所述的套管剪切强度与变形的试验装置，其特征在于：所述应变检测部件包括计算机和安装在所述套管的外壁上的多组应变传感器；每组应变传感器包括四个在圆周上均布的应变片；各个应变片分别与计算机连接。 10.一种套管剪切强度与变形的试验方法，其特征在于：所述方法利用如权利要求1-9之任一项所述的套管剪切强度与变形的试验装置实现，所述方法包括： (1)根据实验要求在套管的外壁上安装多组应变传感器，并用密封盖密封套管的两端，将各组应变传感器分别与计算机连接； (2)将两套加载部件之间的距离调整为设定距离，然后将两套加载部件中的各个油压缸3分别固定在固定支架上； (3)选择符合实验要求的岩石模拟装置；将两套岩石模拟装置安装在套管的外壁上，两套岩石模拟装置之间的距离与两套加载部件之间的距离相等； (4)在每套岩石模拟装置外安装一套套管夹具，然后将一套套管夹具放入一套加载部件的两个油压活塞之间，使下方油压活塞伸入到下垫块的凹槽内、上方油压活塞伸入到上垫块的凹槽内，并使套管的中心轴线与水平面平行； (5)开启油压泵，对套管加载剪切载荷； (6)计算机记录加载剪切载荷过程中各组应变传感器的应变数据。 11.根据权利要求10所述的套管剪切强度与变形的试验方法，其特征在于：所述步骤(5)中的对套管加载剪切载荷的操作包括：控制左侧套管夹具中的上方油压活塞与右侧套管夹具中的下方油压活塞伸出，同时控制左侧套管夹具中的下方油压活塞和右侧套管夹具中的上方油压活塞收缩；或者控制左侧套管夹具中的下方油压活塞与右侧套管夹具中的上方油压活塞伸出，同时控制左侧套管夹具中的上方油压活塞和右侧套管夹具中的下方油压活塞收缩。
所属类别：	发明专利