[发明专利]套管非均匀外压加载试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种套管外压加载试验，尤其是涉及一种套管非均匀外压加载试验装置及方法。

背景技术

石油套管服役过程中在外压作用下发生挤毁是其主要失效形式之一，诸多实践和研究表明，大量套管的挤毁失效是由非均匀地层外压载荷造成的。套管在非均匀外压作用下内部发生应力集中，比受均匀外压时更容易导致套管变形或失稳而丧失承载能力。在油气井开发生产过程中，由于受到岩盐层、泥岩层等的蠕变作用及其他复杂地质因素、工程因素影响，使得套管围压存在非均匀分布的情况。尤其对于方兴未艾的煤层气及页岩气开发过程，由于涉及长距离的水平井段及其通常需采用反复多次酸化压裂工艺而导致地应力变化等因素更加剧了套管外压的非均匀效应。目前传统的套管产品质量检测及适用性评价试验中大都没有考虑非均匀外压的情况，国际通行的API(American Petroleum Institute美国石油学会)标准也只给出了均匀外压作用下套管抗挤毁能力的评价方法和指标，尚不能满足实际工程需要。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种套管非均匀外压加载试验装置及方法，能够检测套管在非均匀外压作用下的复合载荷实物性能。

本发明的技术解决方案是：

一种套管非均匀外压加载试验装置，其中，该试验装置包括：

橡胶套，其为轴向中心设有截面为圆形的通道的筒状橡胶套，该橡胶套套设于一待测的套管外；所述橡胶套横截面的外周为非圆形的曲面；

挤压缸，其套设于所述橡胶套外，并且该挤压缸与所述橡胶套之间形成容置高压介质的压力腔；

机械封堵装置，密封设置于所述挤压缸的两端，其中心设有套管孔，所述套管穿过所述套管孔；所述橡胶套两端抵顶所述机械封堵装置的内侧面，且所述机械封堵装置的套管孔与所述套管外周壁之间密封设置；

外压载荷系统，与所述挤压缸连通，并向所述挤压缸内注入高压介质；

管端夹持机构，用以夹持固定所述套管的两端；

压力检测系统，通过设置于所述套管外壁的压力传感器检测所述套管外壁的压力；

试验机架，所述管端夹持机构固定于所述试验机架上。

上述的套管非均匀外压加载试验装置，其中，所述橡胶套内径范围为116.3mm至510mm。

上述的套管非均匀外压加载试验装置，其中，所述橡胶套的截面为椭圆形截面。

上述的套管非均匀外压加载试验装置，其中，其长轴外径范围为518mm至1100mm，其短轴外径范围为318mm至710mm。

上述的套管非均匀外压加载试验装置，其中，该试验装置包括多个用于替换的橡胶套，每个所述橡胶套具有对应不同压力检测需求的套管的不同的内径和外径的组合。

上述的套管非均匀外压加载试验装置，其中，该试验装置设有轴向载荷液压动力系统，其与所述管端夹持机构连接，并驱动所述管端夹持机构对所述套管两端进行拉伸或挤压动作。

一种套管非均匀外压加载试验方法，其中，该方法包括以下步骤：

a、用一橡胶套套设于一待测套管外周侧，该橡胶套内径略大于或等于所述套管外径，且该橡胶套的截面环的外周为非圆形的曲线，用以对上述套管施加非均匀的外压；于所述套管外壁安装压力传感器；

b、将所述橡胶套固定于一挤压缸中，所述挤压缸与一外压载荷系统连接；并将所述套管两端固定于一机架上；

c、启动所述外压载荷系统对所述套管表面施加压力，使用一压力检测系统通过所述压力传感器检测所述套管外壁的压力。

上述的套管非均匀外压加载试验方法，其中，所述橡胶套的截面环的外周为椭圆形曲线。

上述的套管非均匀外压加载试验方法，其中，所述步骤c后，还包括根据所述套管不同压力检测的需求，更换截面环的外周为不同的形状曲线的橡胶套进行套管的另一压力检测。

上述的套管非均匀外压加载试验方法，其中，在步骤c中还包括，通过一轴向载荷液压动力系统驱动所述管端夹持机构，使所述管端夹持机构对所述套管两端进行拉伸或挤压动作，对所述套管施加轴向的载荷。

由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：

本发明设计一种套管非均匀外压复合加载实物试验装置，采用套管外壁加椭圆形截面橡胶套并施加静水压的方式解决套管非均匀外压加载问题，同时管端可施加拉伸/压缩载荷，模拟井下套管实际工况。该试验装置对套管试样施加非均匀外压下的复合载荷，可用于套管的综合质量检测及适用性评价分析。