[发明专利]套管串循环弹塑性热应力下零位移测量装置及测控方法

说明书

本发明公开了一种套管串循环弹塑性热应力下保持零位移测量装置和测控方法，该测量装置包括一对上刚度直角架和下刚度直角架、测量部件，所述一对上刚度直角架和下刚度直角架的竖边均分别对称设置在套管串位移测量段的上、下套管串两侧，横边分别对称设有安装测量部件的上、下定位装置，两侧测量部件在上、下定位装置之间与中间套管串位移测量段均垂直平行。本发明有益效果是：加载系统可及时加载抵抗套管串的热应力变化导致的收缩和膨胀，使套管串位移控制段在十次热循环下均可控制在0±0.01in零位移下。

技术领域

本发明涉及一种使整管套管串在循环弹塑性热应力下保持0±0.01in零位移的高精度位移测控装置和方法。加拿大区块SAGD和CSS井况下，封固的特殊扣接头套管串要经历室温到290℃十次弹塑性热应力循环。在此井况下，套管串会发生应力松弛。为了评价该井况下特殊扣接头是否发生泄漏，套管串是否发生失效，而发明该方法。

背景技术

近年来，国际石油天然气行业环境井况日趋复杂，对所用油套管及特殊扣接头提出了更严苛的要求，其中油套管特殊扣接头为高强度高密封性能的重要环节。加拿大区块SAGD和CSS井尤为苛刻，套管串除了承受普遍存在的弹性拉压载荷及内/外压复合力外，还承受更加严苛的循环塑性热应力。

一般井况，180℃以下即可将石油采出。但该井况下，石油为超稠油，需经高温蒸汽驱动才能采集出来。高温蒸汽的循环进出使井下套管串的温度从室温到290℃循环变化，这样的热循环最高要经历10次。套管串在加热冷却作用下，自由状态下会发生膨胀和收缩。但此井况下水泥将套管串封固，使套管串无法自由变形，从而由于加热冷却在套管串材料内部产生拉伸和压缩应力，并在高温和低温点发生塑性应力松弛。当发生塑性变形或松弛时，套管串可能会发生管体断裂、特殊扣接头泄漏、螺纹断裂等失效。一旦发生任意一种失效情况，将给石油生产造成巨大经济损失，甚至对环境造成严重污染。因此在使用特殊扣接头套管串前，必须在实验室，利用实物使用性能评价试验，测试整管抗该井况服役条件的能力。

为了模拟套管串的这一服役工况，实验室预采用位移控制载荷模拟套管串被水泥封固。采用加热设备对套管串加热模拟喷蒸汽过程。利用实验载荷架对套管串进行加载。通过压缩或拉伸载荷使套管串的长度在热循环过程中始终保持零位移不变。

根据各种实际工况，11家国际知名石油企业连同国际石油标准编著机构，对各区块井况进行了统一，并编写了热采井套管接头专用资质标准(ISO/PAS 12835标准TWCCEP)。规定零位移控制精度确定在0±0.01in或0±0.254mm。该精度对于整管使用性能评价试验是超高要求，可与材料力学小试样媲美。预通过查找目前国内外的文献和走访相似实验室，得到解决办法。

经过各种论文、专利等文献的搜索，尚未发现相关的资料报导或类似方法来解决该问题。经多方了解，国内尚无任何部门或单位能完成ISO/PAS12835标准(TWCCEP)规定的所有试验项目。然后在自己实验室进行研究开发，摸索了各种加热、热绝缘方法，均无法消除对位移传感器的影响，热效应会导致位移传感器的温度达到50到60度，超出位移传感器承受最高温度，致使位移传感器精度下降甚至损坏。设计了十多种位移安装装置，均无法消除拉/压换向时位移漂移造成的载荷失真。加载系统反应速率无法及时追踪热应力的变化。经很多次失败和总结，最终发明了本方法。

本发明就是针对ISO/PAS 12835标准(TWCCEP)中用于模拟SAGD和CSS井况的套管串循环弹塑性热应力试验中零位移测量控制的专用方法。

发明内容

针对目前国内的技术空白，本发明的第一个目的是提供一种套管串循环弹塑性热应力下保持零位移测量装置；第二个目的是提供一种套管串循环弹塑性热应力下保持零位移测控方法，以实现测量和控制特殊扣套管串在循环热应力下保持零位移不变的功能和能力。