本發(fā)明涉及石油天然氣工業(yè)中實(shí)體膨脹管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)體膨脹管帶載荷彎曲膨脹試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

實(shí)體膨脹管SET(Solid Expandable Tubular)技術(shù)是以實(shí)現(xiàn)“節(jié)省”井眼尺寸為目的，在井眼中將套管柱徑向膨脹至所要求的直徑尺寸的一種鉆井、完井和修井新技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)可以使得下入的套管層數(shù)增加，給深井、復(fù)雜地質(zhì)條件的鉆井和井身結(jié)構(gòu)帶來(lái)“革命性”的影響和重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。它可以將井眼變“瘦”顯著降級(jí)開(kāi)發(fā)成本。它將“單一井徑”成為可能。

實(shí)體膨脹管技術(shù)在全世界發(fā)展應(yīng)用非常迅速，國(guó)外現(xiàn)已成功將實(shí)體膨脹管技術(shù)應(yīng)用于裸眼井完井、膨脹套管補(bǔ)貼和膨脹尾管懸掛等方面。目前該技術(shù)由少數(shù)幾個(gè)公司所壟斷，主要包括威德福公司、貝克石油工具公司、TIW公司、億萬(wàn)奇公司、哈里伯頓公司等，其中應(yīng)用該技術(shù)最成熟的是億萬(wàn)奇公司，億萬(wàn)奇公司已經(jīng)研制生產(chǎn)出了從φ108mm到φ339.7mm規(guī)格系列的實(shí)體膨脹管。截止2015年，億萬(wàn)奇公司、殼牌公司等已經(jīng)在裸眼地層、大斜度井和水平井中成功地應(yīng)用了2000多例膨脹套管固井/完井技術(shù)。

實(shí)體膨脹管有許多關(guān)鍵技術(shù)，如：實(shí)體膨脹管管材技術(shù)、膨脹管連接技術(shù)、實(shí)體膨脹管檢測(cè)技術(shù)及其他配套技術(shù)等，國(guó)外公司在膨脹管系列產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，建立了較完善的檢測(cè)技術(shù)體系，保障了其膨脹管相關(guān)產(chǎn)品的安全可靠性，并作為商業(yè)秘密進(jìn)行管理，技術(shù)引進(jìn)的成本較高。國(guó)內(nèi)研制的膨脹管產(chǎn)品，只是按照膨脹工藝的需求，將管體和膨脹工具組裝后，在地面進(jìn)行了相關(guān)承內(nèi)壓、密封性等實(shí)物性能實(shí)驗(yàn)，缺乏對(duì)實(shí)體膨脹管進(jìn)行膨脹性能試驗(yàn)的裝置，國(guó)內(nèi)之前的專(zhuān)利ZL201010285911.5、ZL201010507489.3等只是可以完成對(duì)筆直的膨脹管進(jìn)行膨脹實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，對(duì)于膨脹管而言，目前在井下使用時(shí)由于井壁發(fā)生曲折或者水平井有大弧度造斜段而大部分都是處于彎曲的狀態(tài)，而目前的評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝備及手段無(wú)法對(duì)這種工況下的膨脹管進(jìn)行全尺寸評(píng)價(jià)試驗(yàn)，造成膨脹管體在井下服役過(guò)程中安全可靠性的隱患，這也是國(guó)內(nèi)的膨脹管技術(shù)與國(guó)外同類(lèi)技術(shù)間的重要差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)體膨脹管帶載荷彎曲膨脹試驗(yàn)裝置，可以在井壁發(fā)生曲折或者水平井處于彎曲狀態(tài)的情況下，也可對(duì)膨脹管進(jìn)行全尺寸的評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種實(shí)體膨脹管帶載荷彎曲膨脹試驗(yàn)裝置，其特殊之處在于：包括加載機(jī)架和設(shè)置在加載機(jī)架內(nèi)的彎曲試驗(yàn)平臺(tái)；

所述加載機(jī)架包括主機(jī)架，所述主機(jī)架的一端設(shè)置有液壓缸，液壓缸的活塞桿與拉力卡頭相連，主機(jī)架另一端設(shè)置有反作用力架，反作用力架上設(shè)置有固定接頭；

所述彎曲試驗(yàn)平臺(tái)包括承載架，沿承載架軸向等距分布著多個(gè)v型滾軸，每個(gè)v型滾軸下方均連接有液壓缸，承載架的一端設(shè)置有浮動(dòng)套管，另一端設(shè)置有固定壓板，承載架下部設(shè)置有連接支架。

進(jìn)一步的，所述主機(jī)架上設(shè)置有支撐拉力卡頭的卡頭固定架，拉力卡頭上設(shè)置有力傳感器。

進(jìn)一步的，所述主機(jī)架上方設(shè)置有激光位移傳感器，主機(jī)架下部設(shè)置有機(jī)架托架。

進(jìn)一步的，所述反作用力架通過(guò)插銷(xiāo)與主機(jī)架上的銷(xiāo)孔來(lái)固定位置。

進(jìn)一步的，所述加載機(jī)架上方設(shè)置有保護(hù)罩。

進(jìn)一步的，所述v型滾軸有5～9個(gè)。

進(jìn)一步的，所述浮動(dòng)套管上方設(shè)置有升角壓板，下方安裝有支撐油缸。

進(jìn)一步的，所述固定壓板通過(guò)絲杠與承載架連接，固定壓板下方設(shè)置有支撐油缸。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體膨脹管進(jìn)行0～30度/30米的模擬工況彎曲膨脹試驗(yàn)，并且可在膨脹管試樣彎曲的同時(shí)，對(duì)管體兩端施加0～1000kN的軸向控機(jī)械拉伸/壓縮載荷，使膨脹管試樣在最大80Mpa的液壓力下晚餐全尺寸實(shí)物膨脹試驗(yàn)，可有效的模擬井下復(fù)雜工況對(duì)多種規(guī)格多種材質(zhì)的實(shí)體膨脹管進(jìn)行全尺寸評(píng)價(jià)試驗(yàn)，并且能實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)過(guò)程的載荷力、液壓力、膨脹錐速度和位移等關(guān)鍵參數(shù)，為實(shí)體膨脹管膨脹性能檢測(cè)、研究評(píng)價(jià)、整管結(jié)構(gòu)改進(jìn)和工藝優(yōu)化提供了一種有效地實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)裝置。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中加載機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中彎曲試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。

圖3為圖2的軸向視圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例帶載荷彎曲膨脹試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)圖。

圖中，1.液壓缸；2.激光位移傳感器；3.活塞桿；4.卡頭固定架；5.拉力卡頭；6.主機(jī)架；7.機(jī)架托架；8.銷(xiāo)孔；9.固定接頭；10.插銷(xiāo)；11.反作用力架；12.支撐油缸；13.浮動(dòng)套管；14.升角壓板；15.v型滾軸；16.小型液壓缸；17.鋼結(jié)構(gòu)承載架；18.連接支架；19.支撐油缸；20.絲杠；21.固定壓板；22.保護(hù)罩；23.位置指示架；24.膨脹管試樣；25.高壓注水管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例所提供的實(shí)體膨脹管帶載荷彎曲膨脹試驗(yàn)裝置是由加載機(jī)架及彎曲試驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)成。

如圖1所示，加載機(jī)架采用臥式結(jié)構(gòu)，由液壓缸1，主機(jī)架6和機(jī)架托架7組成，主機(jī)架6采用鋼焊結(jié)構(gòu)呈矩形設(shè)計(jì)，中間部位沒(méi)有遮擋，空間較大，可放入彎曲試驗(yàn)平臺(tái)，機(jī)架材料經(jīng)過(guò)退火處理，可以滿(mǎn)足2000KN的最大載荷。在主機(jī)架6右側(cè)與液壓缸1相連的是活塞桿3，活塞桿3與拉力卡頭5相接，用來(lái)連接試驗(yàn)用膨脹管并施加軸向載荷，卡頭固定架4與主機(jī)架6相連用來(lái)支撐拉力卡頭5。在主機(jī)架6左側(cè)設(shè)計(jì)有反作用力架11，通過(guò)固定接頭9與實(shí)驗(yàn)用膨脹管相連，反作用力架11可軸向移動(dòng)，通過(guò)上下兩個(gè)插銷(xiāo)10和主機(jī)架6的上部側(cè)壁兩邊等距布置一系列銷(xiāo)孔8來(lái)固定位置，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度膨脹管實(shí)驗(yàn)用需求。加載機(jī)架上方設(shè)計(jì)有保護(hù)罩，可沿左右方向推拉，既可以防止試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生意外時(shí)液力和機(jī)械力造成的傷害，又不影響試樣的裝卸。

如圖2-3所示，彎曲試驗(yàn)平臺(tái)主體為鋼結(jié)構(gòu)承載架17，在鋼結(jié)構(gòu)承載架17上表面為平面并等距分布著5個(gè)v型滾軸15，每個(gè)v型滾軸15與下方的小型液壓缸16相連可以實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)和定位，通過(guò)調(diào)節(jié)5個(gè)v型滾軸15的不同上升高度，可以實(shí)現(xiàn)在彎曲試驗(yàn)平臺(tái)軸向建立一定的彎曲弧度。在彎曲試驗(yàn)平臺(tái)的右端設(shè)計(jì)有浮動(dòng)套管13，在浮動(dòng)套管13上方設(shè)計(jì)有2個(gè)升角壓板14，用來(lái)調(diào)整浮動(dòng)套管的角度，在浮動(dòng)套管13下方安裝有支撐油缸12，用來(lái)調(diào)整浮動(dòng)套管13的高低；在彎曲試驗(yàn)平臺(tái)的左側(cè)設(shè)計(jì)有一個(gè)固定壓板21，通過(guò)絲杠20與彎曲平臺(tái)連接，在下方同樣設(shè)計(jì)有一個(gè)支撐油缸19，可調(diào)節(jié)平臺(tái)的高低；在整個(gè)彎曲試驗(yàn)平臺(tái)下部有兩組連接支架18，用來(lái)放入加載機(jī)架中時(shí)和主機(jī)架固定。

如圖4所示，在進(jìn)行模擬工況進(jìn)行彎曲膨脹試驗(yàn)時(shí)，先調(diào)節(jié)彎曲試驗(yàn)平臺(tái)上的幾個(gè)v型滾軸15上升到計(jì)算好的高度，以實(shí)現(xiàn)一定的彎曲曲率。然后將試驗(yàn)用膨脹管24從彎曲試驗(yàn)平臺(tái)上的浮動(dòng)套管13中穿入，依次經(jīng)過(guò)調(diào)整好的v型滾軸15后到達(dá)左側(cè)的固定壓板21處，調(diào)整絲杠20壓緊固定壓板21，由于固定壓板21和浮動(dòng)套管13對(duì)試驗(yàn)管兩端高低方向施加了向下的約束，使得試驗(yàn)管24緊緊地貼著有一定曲率的5個(gè)v型滾軸15和鋼結(jié)構(gòu)承載架17上表面，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)管預(yù)定彎曲度的建立，同時(shí)在試驗(yàn)管軸向方向沒(méi)有約束，可以再加載軸向載荷并允許試驗(yàn)管在軸向有長(zhǎng)度變化。

試驗(yàn)時(shí)將膨脹錐裝入試驗(yàn)膨脹管內(nèi)并在膨脹管兩端焊接堵頭，當(dāng)進(jìn)行無(wú)軸向載荷膨脹試驗(yàn)時(shí)，直接在有膨脹錐的堵頭一端通過(guò)高壓注水管25注入液壓水推動(dòng)膨脹錐完成膨脹試驗(yàn)過(guò)程；當(dāng)需要膨脹管試樣24兩端施加軸向載荷時(shí)，將裝好膨脹管試樣24的彎曲試驗(yàn)平臺(tái)放入加載機(jī)架中，膨脹管試樣24兩端的焊接堵頭分別與拉力卡頭5和固定接頭9相連，整個(gè)彎曲試驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)下部的兩組連接支架18和主機(jī)架固定，打開(kāi)液壓缸1，通過(guò)活塞桿3帶動(dòng)拉力卡頭5對(duì)膨脹管一端施加軸向載荷，當(dāng)載荷施加到位時(shí)，在有膨脹錐的堵頭一端通過(guò)高壓注水管25注入液壓水推動(dòng)膨脹錐完成膨脹試驗(yàn)過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)中，在拉力卡頭上裝有力傳感器，在高壓注水管上裝有液壓傳感器，在液壓膨脹過(guò)程中可測(cè)量載荷大小和液壓力。同時(shí)，在主機(jī)架的上方設(shè)計(jì)有激光位移傳感器，通過(guò)照射隨著膨脹錐移動(dòng)的位置指示架用于記錄膨脹管膨脹過(guò)程中的速度和位移。

本發(fā)明裝置裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠，可以對(duì)不同規(guī)格、不同鋼級(jí)、不同膨脹率的膨脹管模擬工況進(jìn)行帶載荷的彎曲膨脹試驗(yàn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。