[发明专利]一种高温下封隔器胶筒接触应力测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及井下工具测试装置及方法领域中的一种用于高温下封隔器胶筒 接触应力测试装置及利用该测试装置进行接触应力测试的方法。

背景技术

封隔器在井下高温高压的工况下，胶筒的耐高温力学性能显得尤为重要， 因此对井下工具模拟井下工况，进行高温强化试验和数据检测，不仅对井下工 具的开发研制具有重要意义，对已经推广使用的封隔器，定期进行抽样检测， 确保其使用安全可靠，也是必不可少的。

目前国内外各油田和公司的井下工具试验设备都朝着模拟条件准确、测试 手段完备、测试数据齐全、测试精度高等方向发展。目前，钻采工具及工艺技 术和装备的模拟试验已作为油气田开发过程中钻采工具研究的基础和重要组成 部分。建设封隔器的密封与锚定性能测试装置是进行多种井下钻采工具及工艺 研究必不可少的试验手段。

总之，只有物理模拟试验才能获得现场试验无法取得的或在短时期内不可 能取得的中间试验数据；也只有模拟试验才能大大缩短科研周期，有效地克服 未经任何中间试验就把新产品、新工艺投入现场生产井使用的弊端。从而可以 避免一些不必要的无功作业和经济损失，使科研成果更具有科学性、可靠性、 实用性和经济性。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术现状,提出一种高效实用的高温下封隔器胶 筒接触应力测试装置及方法。

本发明的技术路线是：由于封隔器胶筒接触位置在套管内部，一般无法直 接测试到其接触力值，但是接触力会使套管变形，套管表面的变形反应了 内部接触力的大小和分布情况，因此只要测出套筒表面的变形，就可以推 算出套管内部接触力。通过温控表设定试验温度，高温箱内的电加热器对 试样进行加热，温度稳定后，通过交流伺服系统装置对封隔器胶筒施加设 定载荷，封隔胶筒外管壁环向粘贴高温应变片，交流伺服系统保持设定载 荷稳定一段时间，测定该过程中封隔胶筒外管壁表面特征点的应变数据， 通过应变分析仪采集应变值传输给应力数据分析系统进行分析计算。

其具体方案包括：

首先，一种高温下封隔器胶筒接触应力测试装置包括，试验套管、封 隔器胶筒、高温箱、加载装置、加载杆、横梁、压力传感器、应变分析仪、 应变数据分析计算机和支撑体；其中：试验套管被设置在底部加固封闭的 实验套管内；实验套管连同其内的封隔器胶筒被设置在高温箱内，高温箱 内设置加热器，高温箱的外壁设置保温材料，高温箱的上部贯穿有加载杆， 加载杆连接在其上方的横梁上，加载杆与横梁之间连接有压力传感器，横 梁与高温箱外部的支撑体连接，加载杆与实验套管内的封隔器胶筒构成纵 向挤压配合；应变分析仪带有多个应变片，多个应变片被间隔粘贴在实验 套管的外壁上，应变片通过耐高温导线与应变分析仪连接，应变分析仪与 应变数据分析计算机建立连接；所述的加载装置设置在横梁与支撑体之间， 或者是设置在横梁与加载杆之间，或者是设置在实验套管底部与高温箱底 部之间，或者是通过贯穿高温箱底部的支撑杆连接在实验套管底部与支撑 体之间。

上述方案还包括：所述的加载装置是由交流伺服电机和驱动滚珠丝杆 组成的直线驱动电机。 高温箱采用热电偶作为加热器，并与温控仪连接实现自动控温；高温箱箱 体前面开有活动门，门边采用耐高温氟橡胶密封；高温箱上、下需要贯穿 加载杆时或支撑杆时，其圆孔采用耐高温石棉纱密封。 横梁与支撑体采用轨道和滑轮配合连接。

其次，按照上述的高温下封隔器胶筒接触应力测试装置的测试方法是： 设定高温箱内试验温度，试验温度稳定后，通过加载装置给实验套管内的 封隔器胶筒设定加载力和加载力稳定时间，测得封隔胶筒表面特征点在外 载作用力下的应变数据，应变分析仪将采集到的试验数据传输到应变数据 分析计算机上，通过应力数据分析系统计算出应力、应变的大小和分布规 律，以及随温度变化的规律。

所述应力数据分析系统的计算方法如下：

设套管表面有n个测试点，套管内壁作用沿有环向方向的作用力P，作用在 任一测试点i处的接触力P_i，在P_i单独作用下各测试点的应变分别为ε_i，当P连 续分布在测试点1～i上时，则任一测试点i处应变等于各点接触力对i点引起的 应变ε之和，通过有限元方法计算出该值；