[发明专利]一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法

说明书

本发明公开了一种机械式模拟套管围压试验装置，它包括底座（1）、滑块（2）、压盖（3）、套管（5）、水泥环（6）和压力监测系统，底座（1）上开设有圆形槽（1‑2）和多个滑槽（1‑1），滑槽（1‑1）以圆形槽（1‑2）为中心径向均匀分布在底座（1）上，压力监测系统由应力应变片，信号转换器和计算机组成，套管（5）套装在圆形槽（1‑2）上，在套管（5）的外周上设置有水泥环（6），滑块（2）为多个且滑动安装在对应的滑槽（1‑1）上，应力应变片为多个，且周向均匀埋入水泥环（6）内，它还公开了该实验装置的试验方法。本发明的有益效果是：可操作性强、能实现套管非均匀外载试验和实验结果直观准确的优点。

技术领域

本发明涉及油气井套管围压模拟，特别是一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法。

背景技术

套管广泛用于油气井固井与完井，保证井壁稳定和钻井顺利进行，形成油气流动通道。在油气井作业时，会面临塑性蠕变地层的非均布地应力作用以及复杂完井方式造成的高压差和交变应力作用。在复杂井筒条件下，生产套管失效日益增多，严重影响油井作业寿命。研究复杂井筒条件下水泥环与生产套管的力学行为，显得非常必要，然而进行此项研究需要一套模拟套管围压的试验装置。

目前，模拟套管围压的设备一般是液压装置，通过液压向带水泥环的套管试件施加外载，由于液体的特性，液压装置只能做到外载的均匀分布，缺点是不能模拟非均布外载的效果。另外，液压装置的购置成本比较高，高液压设备可操作性也比较低。因此，需要一个能够模拟均布载荷和非均布载荷的装置，并且造价低廉以满足试验研究的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种机械式模拟套管围压试验装置，它包括底座、滑块、压盖、套管、水泥环和压力监测系统，所述的底座上开设有圆形槽和多个滑槽，所述的滑槽以圆形槽为中心径向均匀分布在底座上，所述的压力监测系统由应力应变片，信号转换器和计算机组成，其中应力应变片通过线路与信号转换器连接，信号转换器与计算机电连接，所述的套管套装在圆形槽上，在套管的外周上设置有水泥环，所述的滑块为多个且滑动安装在对应的滑槽上，所述的应力应变片为多个，且周向均匀埋入水泥环内。

所述的滑块有三种，其分别为半圆滑块、1/4圆滑块和1/8圆滑块，且任意一种滑块收缩后其顶部形成一圆环。

所述的滑块底部设置有与滑槽滑动配合的矩形键，且矩形键的高度大于滑槽的深度，线路从滑块与底座之间的间隙内引出，滑块的外侧为圆锥面，滑块的内侧为圆弧面。

所述的应力应变片位于套管与水泥环之间，在滑槽正对的水泥环上和相邻两个滑块缝隙正对的水泥环上均埋设有应力应变片，且应力应变片轴向位置位于该段水泥环的中部。

所述的压盖为圆口压盖，在圆口压盖内部开设有圆锥孔，且圆锥孔的内底直径小于圆环直径。

所述的压盖为椭圆口压盖，椭圆口压盖内开设有一椭圆锥孔，椭圆锥孔的敞口和内底均为椭圆形，且敞口和内底的长短轴之比相同，椭圆锥孔的内底短轴小于圆环的外径。

一种机械式模拟套管围压试验装置的围压方法，它包括以下步骤：

S1：养护水泥环，并在水泥环内埋入应力应变片；

S2：将底座放于压力试验机平台上，接着将带水泥环的套管安装在底座的圆形槽上，将一套滑块分别安装在相应的滑槽上，并使得滑块内侧紧贴水泥环，然后将压盖盖在滑块的圆锥面上；

S3：将压力检测系统的线路连接好，设置压力试验机向下移动速率，然后运行压力试验机，直至套管被破坏。

所述的水泥环下端端口与圆形槽的轴向长度大于圆形槽的深度。