[发明专利]一种井下套管弯曲及外压挤毁复合加载测试工装及测试方法

说明书

一种井下套管弯曲及外压挤毁复合加载测试工装及测试方法，工装包括弯曲和外压的加载单元以及控制单元；加载单元包括釜体、弯曲加载装置、外压加载装置、应变感应装置以及压力传感装置；测试方法如下：测试套管上粘贴应变感应装置；待测试套管贯穿釜体设置，釜体内注满液体介质；设定待测试套管的弯曲狗腿度；第一弯曲加载装置和第二弯曲加载装置对待测试套管的径向进行弯曲加载，应变感应装置反馈，弯曲狗腿度达到设定值时，停止弯曲加载；保持弯曲加载条件不变，对釜体内液体介质加压，直至待测试套管挤毁失效，完成外压加载；本工装测量套管的弯曲狗腿度数据精确且可靠性高，能够实现同时对釜内待测试套管的弯曲和外压复合载荷同时测量和控制。

技术领域

本发明属于石油、天然气开采技术领域，涉及一种井下套管弯曲和外压复合加载的工装及试验方法。

背景技术

石油钻井过程中，由于地质、钻井工具及钻井技术等多方面因素影响，实钻井眼都会存在井斜即井眼弯曲现象，特别是近些年发展的水平井钻井技术，在井眼大斜率造斜段的井眼弯曲度都较大，井弯曲后造成后续入井的套管也跟随井眼曲率一起弯曲，套管形成一定的弯曲狗腿度。套管弯曲后的抗外压强度会大大降低，而井下如盐膏层或高压地层的外压加载较大，通常会造成井下套管挤毁或者变形造成卡钻或者井下事故，给油气开采造成重大的安全隐患，因此更准确模拟测试井下套管弯曲状况下的挤毁强度试验测试很有必要。

目前国内现有的弯曲条件下外压挤毁试验设备，专利号为CN208505794U石油管材带弯曲外压挤毁检测试验装置，是在常规外压釜中间部位增加一个油缸进行径向加载力加载，中间加载径向力加载可以实现典型的“三点弯曲”加载。这种加载结构，存在以下不足：

1)由于径向单油缸进行加载弯曲加载时，油缸的加载力较小，不能满足目前油田非常规设计的大尺寸厚壁、特厚壁的盐层高抗挤套管的外压挤毁试验要求；

2)该装置根据弯曲加载油缸位移的变化进行计算，而外压釜中间的油缸加载弯曲加载时，由于外压釜两端面密封的橡胶圈硬度很低极易变形，因此外压釜体中间的油缸加载径向力加载的位移包含了外压釜两端部的密封圈变形位和套管弯曲位移两部分。试验过程由于无法测量密封圈实际发生的变形位移，因此方法使用加载油缸位移来计算套管狗腿度弯曲产生的位移时误差较大，不能精确测试弯曲狗腿度对套管抗挤毁强度性能的影响。该装置的弯曲测试方法与现行ISO 13679或API 5C5中弯曲测量方法不同，不满足标准中的测试方法要求，因此非常有必要进行测量技术的改进提高。

同时，这种在液体环境和外压加载条件下，应变数据采集测量方法非常难，由于外压加载影响和液体环境都容易导致应变采集数据失效，而由于应变采集数据线的影响，外压加载加载时非常容易泄漏。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种井下套管弯曲和外压复合加载的工装及试验方法，从而实现了在外压釜内液体环境中，实时采集并精准测量套管表面应变数据实现了实时精准测控套管弯曲狗腿度，实现在液体环境中外压挤毁下套管的弯曲加载和压力加载的同时测量和同时控制。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种井下套管弯曲和外压复合加载的工装，包括弯曲和外压的加载单元以及控制单元；

所述加载单元包括釜体以及与釜体相连接的第一弯曲加载装置、第二弯曲加载装置和外压加载装置；所述第一弯曲加载装置和第二弯曲加载装置设于釜体的外壁；所述外压加载装置的液体介质出口与所述釜体的液体介质入口贯通连接设置；

待测试套管贯穿所述釜体设置，所述第一弯曲加载装置和第二弯曲加载装置抵接于待测试套管；

当所述工装进行外压加载时，所述釜体与所述待测试套管之间设置有液体介质；

所述加载单元还包括若干应变感应装置，当测试待测试套管的弯曲度时，所述应变感应装置设置于待测试套管的外壁；所述应变感应装置用于采集弯曲加载时待测试套管的应变数据，并将所述应变数据反馈给控制单元；