[实用新型]地下储气库完井管柱内压疲劳试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及石油钻井完井技术领域，特别涉及一种地下储气库完井管柱内压疲劳试验装置。

背景技术

地下储气库是将长输管道输送来的商品天然气重新注入地下空间而形成的一种人工气田或气藏。包括注气和采气过程，地下储气库的注气是指：当上游长输管道供应的天然气流量大于天然气输配管网的用户使用量时，多出的天然气进入储气库工艺站场的加压机加压后，分别送各储气库储存，加压机出口设计压力一般等于地下储气库设计压力。地下储气库的采气是指：下游天然气输配管网用气高峰期，上游供应量不足或出现事故时，将地下储气库储存的天然气经过净化、调压处理后，送天然气输配管网，供用户使用，以弥补上游供应量的不足。

完井包括钻井完井和生产完井。钻井完井是油气井的完成方式，即根据油气层的地质特性和开发开采的技术要求，在井底建立油气层与油气井井筒之间的合理连通渠道或连通方式。生产完井是钻井完井之后如何选择管柱、井口，选择什么样的管柱、井口等来达到油气井的正常生产。

当钻探油井时，井眼通常以被称作套管的钢管来排列。一旦下入套管，则会在套管内部安装完井管柱。完井管柱主要用途是：引导油藏流体流经完井管柱内；当需要关井，则可停止油藏流体的流动；用于安装安全装置，可防止油藏流体的敞喷。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

一般情况下，地下储气库注气、采气井周期频繁交替，注采过程中最高注气压力可达42MPa，地温梯度高达3.4℃/100m，且压力波动变化也较大，在反复的注采气过程中，套管及套管外水泥环承受的径向压力变化幅度大，套管受载复杂，套管柱的承载能力和安全使用寿命受到影响。目前虽然生产套管柱多为P110以上高钢级特殊螺纹套管，但完井管柱在注采期间径向压力反复波动下，依然有注采套管柱泄漏、变形等损坏事故发生，譬如大港储气库中出现的多起井口泄漏事故。

这种由于疲劳累积损伤造成接头泄漏及突然断裂等失效的现象，以及储气库气井管柱在多种复合循环载荷作用下的力学行为状态和实际服役性能，目前还不是十分清晰，尤其是在注采压力反复波动下的管柱疲劳服役性能，没有任何实际报道或研究成果。因此,研究管柱接头螺纹结构的疲劳损伤和螺纹密封失效过程，建立注采管柱损伤与寿命的联系，研究寿命预测方法,分析研究注采压力大小和变化频次，对零构件的寿命管理及可靠性控制，对完井管柱的密封完整性甚为重要。

目前，中国石油集团正在大力投资建设储气库，一个库群的建设都在上亿元。但现有储气库完井管柱基本全是环空带压生产，带来一定安全风险，长期环空带压易导致天然气泄漏事故发生，一旦通过地层泄漏至城市生活区将发生严重事故。

现有的疲劳试验方法主要是针对材料或小尺寸试样（外径≤Φ73mm）或全尺寸实物试样进行的拉、压、扭转疲劳试验，力的加载主要以纵向为主。而目前储气库完井管柱外径尺寸在Φ88.9mm以上，注采压力的变化对管柱的影响主要以横向（径向）力波动为主。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种地下储气库完井管柱内压疲劳试验装置。模拟储气库完井管柱在注采往复径向压力作用下的强度和密封性，获取管柱内压交变下密封性能和疲劳强度等压力变化数据，指导储气库注采作业和管柱选材。所述技术方案如下：

一种地下储气库完井管柱内压疲劳试验装置，所述试验装置主要包括：压力传递机构、密闭容腔机构、控制系统、检漏系统和管柱试样；所述压力传递机构自上而下穿过所述管柱试样内腔，所述管柱试样上下两端通过所述密闭容腔机构封装，所述密闭容腔机构连接所述控制系统，所述检漏系统安装在所述管柱试样上，由此构成模拟储气库完井管柱在注气和采气过程中的试验装置，以此获取完井管柱径向压力变化数据。

具体地，所述压力传递机构至少包括：上金属法兰、活塞、第一压力传感器、通气孔、弧形压力板、压力杆、压力缸、下金属法兰、电缆沟槽；所述压力缸内设置有所述活塞，所述上金属法兰、下金属法兰分别联接在所述活塞两端；所述压力缸外壁上联接有所述压力杆，所述压力杆采用90°等相位布置于所述压力缸外壁四周，所述压力杆外端铰接在所述弧形压力板上，所述弧形压力板设置在所述管柱试样的管体内。