[发明专利]一种油井管全尺寸旋转弯曲疲劳试验装置及方法

说明书

一种油井管全尺寸旋转弯曲疲劳试验装置及方法，通过采用气动弹簧加载方式施加弯曲载荷，设计简单，通过将试样设置在若干支撑梁，使的试样安装方便，并且能有效减缓震动带来的冲击，确保设备运行稳定，同时，通过三轴加速度传感器监控试样状态，能够及时判断试样是否发生断裂，该装置控制系统操作性能良好，满足油井管弯曲疲劳检测的需要，为科研及质量检测提供数据基础。这种试验装置对于评估油井管实际疲劳寿命具有意义。

技术领域

本发明属于一种油井管弯曲疲劳试验装置及方法领域，涉及一种油井管全尺寸旋转弯曲疲劳试验装置及方法。

背景技术

随着深井、超深井、高压气井、水平井、大位移井等钻采条件较为苛刻的油气井的出现与逐步增多，对油井管质量和性能的要求也日趋严格。为了更好的控制油井管产品质量，减少失效，进一步研究油井管产品在旋转弯曲条件下的质量性能成为一个重要的研究方向。目前，对于弯曲疲劳失效的研究仅通过小试样或通过材质进行分析，而由于疲劳的尺寸效应，小试样的疲劳寿命显著高于全尺寸实物试验，试验结果存在很大误差。因此，设计开发一种模拟油井管全尺寸旋转弯曲疲劳试验装置，是解决油田现场钻井过程中出现的许多钻杆损伤、磨损及腐蚀等诸多问题的关键试验设备，同时也为开展油井管钻井技术及验证套管接头是否发生疲劳破坏研究提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种油井管全尺寸旋转弯曲疲劳试验装置及方法。首先，由于诸多疲劳和磨损造成的钻杆失效或损伤案例无法通过全尺寸实物试验进行模拟，基于该事实，设计相关装置能够有效的模拟油井管全尺寸旋转弯曲疲劳状态下的疲劳寿命。同时，提出一种模拟油井管在复杂工况条件下钻进过程中旋转+弯曲的试验方法，本发明模拟油井管全尺寸旋转弯曲疲劳试验方法，充分考虑了油井管U型及S型两种弯曲状态，本发明设计一种通过气动弹簧施加弯曲载荷，齿轮皮带传动提供旋转速度，由位移传感器、圈数计数器等传感器通过控制系统，记录试验过程中的弯矩、旋转速度等相关参数，通过重力加速度传感器监控油井管断裂状态，完成油井管全尺寸旋转弯曲疲劳模拟试验。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种油井管全尺寸旋转弯曲疲劳试验装置，包括电机、试验系统框架以及用于监控试样状态的三轴加速度传感器；试验系统框架上设置有若干能够移动的用于支撑试样的支撑梁，支撑梁上设置有若干气动弹簧，试样上粘贴有若干用于检测管状试样的弯曲应变的应变片，通过若干气动弹簧对试样施加弯曲载荷；电机与试样相连，并带动试样进行旋转。

本发明进一步的改进在于，支撑梁包括平行设置的第一可移动支撑梁、第二可移动支撑梁以及可移动尾部横梁；第一可移动支撑梁上设置有用于夹持试样的第一可旋转夹持装置，第二可移动支撑梁上设置有用于夹持试样的第二可旋转夹持装置。

本发明进一步的改进在于，试验系统框架上设置有支撑梁移动轨道，第一可移动支撑梁、第二可移动支撑梁、可移动尾部横梁均设置在支撑梁移动轨道上并能够沿支撑梁移动轨道移动；第一可移动支撑梁的一端设置有第一移动手柄，另一端设置有第四移动手柄；第二可移动支撑梁一端设置有有第二移动手柄，另一端设置有第五移动手柄；可移动尾部横梁一端设置有第三移动手柄，另一端设置有第六移动手柄。

本发明进一步的改进在于，气动弹簧包括第一气动弹簧、第二气动弹簧、第三气动弹簧和第四气动弹簧；第一可移动支撑梁上设置有第一气动弹簧和第三气动弹簧，第二可移动支撑梁上设置有第二气动弹簧和第四气动弹簧，第一气动弹簧和第三气动弹簧对称设置在试样两侧，并能够对试样施加弯曲载荷，第二气动弹簧和第四气动弹簧对称设置在试样两侧，并能够对试样施加弯曲载荷。

本发明进一步的改进在于，第一气动弹簧一侧设置有第一超声位移传感器，第二气动弹簧一侧设置有第二超声位移传感器，第三气动弹簧一侧设置有第三超声位移传感器，第四气动弹簧一侧设置有第四超声位移传感器。

本发明进一步的改进在于，试验系统框架一端设置有端部横梁，端部横梁上安装有用于监控试样状态的三轴加速度传感器。