[发明专利]一种射孔管柱所受冲击载荷的模拟实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气勘探领域，特别是关于一种在模拟井下温压条件下的射孔管柱所受冲击载荷的模拟实验装置及方法。

背景技术

在深水、超深水射孔作业中，大威力射孔弹、高密度射孔器得到广泛应用，导致爆炸冲击载荷强度进一步增加，使得射孔管串工作环境恶劣，极易出现管柱屈曲、断裂以及封隔器解封、失效等事故。因此，开展爆炸冲击载荷对射孔管柱的安全影响研究具有重要意义。目前，针对这方面的研究大多采用有限元模拟手段，对于射孔爆炸所产生的真实冲击载荷大小研究甚少，现有的实验方法不能充分模拟射孔管柱在不同温度和压力条件下所受到的载荷大小，无法为射孔管柱安全评估提供可靠的数据。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种射孔管柱所受冲击载荷的模拟实验装置及方法，其能有效真实的模拟井下在不同温度和压力条件下射孔管柱所受到的爆炸冲击载荷。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种射孔管柱所受冲击载荷的模拟实验装置，其特征在于：该装置包括套管，所述套管第一端和第二端上分别安装有可拆卸的上端密封丝扣和下端密封丝扣；位于所述套管内设置有油管，所述油管一端位于所述套管内，且所述油管该端与射孔管柱连接；所述油管另一端穿过所述套管第一端，且所述油管该端部与油管密封丝扣连接；在所述套管内，靠近所述套管第一端的所述油管与封隔器连接，所述封隔器通过第一高压泵进行加压坐封后与所述下端密封丝扣形成密闭的套管内腔；加热棒穿过所述套管第二端插入所述套管内腔中，所述套管内腔通过管路与第二高压泵连接。

进一步，所述油管另一端经管路与所述第一高压泵连接，位于所述第一高压泵与所述油管之间的管路上还设置有第一高压泵控制阀，并在所述第一高压泵控制阀与所述第一高压泵之间的管路上设置有第一高压泵压力传感器。

进一步，位于所述第二高压泵与所述套管内腔之间的管路上设置有第二高压泵控制阀，并在所述第二高压泵控制阀与所述第二高压泵之间的管路上设置有第二高压泵压力传感器。

进一步，还包括温度传感器、多个压电式压力传感器、连接件和多个压电式加速度传感器；所述温度传感器穿过所述套管第二端插入所述套管内腔中；各所述压电式压力传感器分别设置在所述封隔器底端、油管下端侧面以及射孔管柱底端；凹槽型结构的所述连接件设置在所述射孔管柱底端，各所述压电式加速度传感器都安装在所述连接件上。

进一步，各所述压电式加速度传感器分别设置在所述连接件侧面、连接件底端以及连接件下底面凹槽内；位于所述连接件下底面凹槽内的两个所述压电式加速度传感器成180度中心对称设置。

进一步，该装置还包括多通道数据采集仪、电荷放大器和示波器；所有所述压电式压力传感器和所有压电式加速度传感器均通过所述电荷放大器与所述多通道数据采集仪连接，且所述多通道数据采集仪与所述示波器连接；位于各传感器与所述电荷放大器之间采用高频传输电缆进行连接。

进一步，该装置还包括计算机；所述加热棒、温度传感器、多通道数据采集仪、第一高压泵、第一高压泵压力传感器、第二高压泵和第二高压泵压力传感器均与所述计算机连接。

进一步，还包括导爆索、雷管起爆器、电探针和同步触发器；所述射孔管柱内的射孔弹通过所述导爆索连接所述雷管起爆器，所述雷管起爆器还经所述电探针连接所述同步触发器，所述同步触发器触发所述多通道数据采集仪开始数据采集；所述雷管起爆器产生的枪管爆炸冲击响应由各所述压电式压力传感器和各压电式加速度传感器进行数据采集。

基于上述装置的射孔管柱所受冲击载荷的模拟实验方法，其特征在于包括以下步骤：1)将套管与下端密封丝扣、连接件与射孔管柱底端、射孔管柱与油管、油管与封隔器分别进行连接；2)将油管及射孔管柱下入套管内，向套管内腔注入井液,油管密封丝扣与油管进行连接；3)通过第一高压泵加压坐封，使封隔器坐封与套管内壁紧密接触，并和套管及下端密封丝扣形成密闭套管内腔，上端密封丝扣与套管连接；4)将安装好的实验装置放入土坑中并固定；5)第二高压泵向密闭的套管内腔施加至设定井液压力；6)加热棒将套管内腔中的井液加热至设定温度；7)通过导爆索连接的雷管起爆器起爆射孔弹，与雷管起爆器连接的电探针触发同步触发器，使多通道数据采集仪处于工作状态；同时，压电式压力传感器和压电式加速度传感器所测数据通过电荷放大器进行放大处理，传输到多通道数据采集仪进行数据采集，然后传输到计算机中储存，并在示波器上显示出数据曲线。

进一步，所述加热棒向所述套管内腔中的井液施加的温度数据为150℃；所述第二高压泵向所述套管内腔施加40MPa的压力。