[发明专利]一种测量钻井用导向管应变的装置及方法

说明书

一种测量钻井用导向管应变的装置及方法。主要目的在于解决电测法中只能在结构表面进行单点测量的缺点。其特征在于：所述装置包括光源、起偏镜、第一1/4波片、储物柜、反光镜、通用型工装夹具、可调安全扣、液压加载台、反光镜、角度刻度线、第二1/4波片、检偏镜、照相机和纵横刻度线；方法为，将光弹贴片，粘贴在导向管表面，当导向管受到轴向载荷变形后，贴片跟随导向管表面一起变形，在反射式偏光系统中，光弹性贴片产生干涉条纹，由此计算得到构件表面的应变。应用本发明能够对受压导向管贴片所对应的位置进行应变测量，克服了现有电测法的缺陷。

技术领域：

本发明涉及一种结构应变测量的装置及方法，具体地说，涉及一种对钻井用导向管应变进行测量的装置及方法。

背景技术：

伴随着油田的持续开发和老油区作业频繁等原因，油井井况逐渐恶化，再加上油藏的非均匀性，严重影响了油田的采收率。因此，老井改造、油井增产等已迫在眉睫。超短半径水平井技术是钻井领域最新发展技术之一，该项技术通过直接在原油井套管上开窗侧钻，实现对油层顶部剩余油藏、被断层圈闭的局部剩余油藏等复杂油藏的开采，能有效提高油田采收率及经济效益。

影响这项新技术的核心点在于其钻井工具。超短半径水平井需要采用柔度较大的钻具进行施工，柔性钻具由柔性钻杆、导向管、钻具上三连接、钻具下三连接等构件组成。钻进过程可分为水平段钻进和造斜段钻进两部分，导向管在这两部分钻进过程中的工作和受力状态均有所不同。其中，在造斜段钻进过程中，一侧开有割缝的导向管在轴向压力载荷的作用下割缝闭合，导向管产生符合井眼曲率半径的侧向弯曲，从而保证其内部柔性钻杆在既定的曲率半径下实现造斜段钻进；当通过造斜段到达水平段钻进过程中，导向管不再承受轴向压力载荷作用，此时，导向管在造斜段割缝闭合时所产生的弹性变形会逐渐恢复，为保证水平段柔性钻杆继续钻进有必要的轨道环境，要求导向管在造斜段不能产生过大的塑性变形，这就要求在设计导向管时，导向管既要有足够的强度满足钻进过程中结构受力的需要，同时又要有足够的柔度满足其在经过造斜段时不产生过大的塑性变形。因此，对于给定的导向管结构，检验其在轴向压力载荷作用下的变形情况，对于判定导向管上述技术指标至关重要。现有技术中多用电测方法即常用电阻应变片法进行检测，但是这种方法所测结果不易反映构件表面应变场分布只能对构件表面进行单点测量。

其它针对导向管结构变形测量方面的研究，目前开展的较少。已查到的资料，是利用材料力学多功能测试机对导向管进行加载，采用钢尺直接测量受压导向管的弯曲变形，这样的测试测量结果存在较大的误差。因此，需要一种更适合的测量装置及方法对受压导向管进行应变测量。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种基于光弹贴片法的受压结构应变测量的装置及方法。该方法通过直接将具有高灵敏度的光弹性材料薄片，用高强度的胶合剂粘贴在具有良好反射性能的导向管表面，当导向管受到轴向载荷变形后，贴片跟随导向管表面一起变形，在反射式偏光系统中，光弹性贴片产生干涉条纹，由此计算得到构件表面的应变。该方法与电测方法相比，能有效克服电测方法只能对构件表面进行单点测量的缺点，且整个测量过程中可全程观察条纹变化规律。

本发明的技术方案是：该种测量钻井用导向管应变的装置，包括光源1、起偏镜2、第一1/4波片3、储物柜4、第一反光镜5、通用型工装夹具6、可调安全扣7、液压加载台9、第二反光镜10、角度刻度线11、第二1/4波片12、检偏镜13、照相机14和纵横刻度线15。

其中，角度刻度线11和纵横刻度线15刻画在同一块面板上，所述面板位于储物柜4上。

纵横刻度线15由纵向标号0#至14#的15条纵线和横向标号1#至5#的5条横线组成，纵线与纵线、横线与横线之间采取等间距分布；角度刻度线11由0°、4°、15°、30°和45°刻度线组成；0°刻度线与横向标号3#的横线重合，除0°刻度线外，其余刻度线对应一个角度均有两条，两条同一角度的刻度线沿横向标号3#的横线对称分布；所述角度刻度线11和纵横刻度线15用于在布置光路图时，对光学元件进行快速定位；液压加载台9的中线与横向标号3#的横线相重合。