[发明专利]一种液压式模拟套管非均匀围压的实验装置及使用方法

说明书

本发明提供一种液压式模拟套管非均匀围压的实验装置及使用方法，包括釜体组件、实验组件、加压组件、数据采集组件。釜体组件包括釜体和釜盖；实验组件中的套管设置在釜体内，套管与套管上盖、套管下盖、橡胶筒组成养护水泥的密封夹层，橡胶筒外层包裹有双半圆缸套，水泥经套管上盖的水泥注口注入密封夹层中养护为水泥环；在釜体侧面，由气动液压泵、液压推杆和机械推手组成的加压组件向套管施加垂直于套管轴向的非均匀围压，模拟地层条件下的非均布载荷；所得实验数据由套管内侧数据采集组件中的应变片和机械推手表面应变贴片收集，经数据线实时传至计算机中，实验结果直观准确，可有效地模拟出套管在真实地层条件下受压情况。

技术领域

本发明涉及石油天然气开发中的模拟实验领域，尤其涉及一种液压式模拟套管非均匀围压的实验装置及使用方法。

背景技术

套管能够形成油气流动通道，广泛用于油气井固井与完井作业中，有效地保证了井壁稳定和钻井顺利进行。在实际油气井作业中，套管会面临塑性蠕变地层的非均布地应力作用以及复杂完井方式造成的高压差和交变应力作用，而在复杂地形条件下的套管失效，日益成为影响目前油井作业的重要问题。因此研究复杂井筒条件下水泥环与生产套管的力学行为，显得非常必要，需要有能够有一套模拟套管在复杂地层条件下受非均匀围压的实验装置。

目前，有许多装置可以模拟套管在地层条件下受均匀围压的情况，但缺少能够全面地模拟套管受非均布载荷情况的装置。

因此，需要一种可操作性强、实验结果直观准确，能够对套管施加非均匀载荷的装置，以满足目前相关实验研究的需要。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能对套管施加非均匀载荷的实验装置及方法，该装置可以对机械推头施加不同比例的径向压力，模拟出不同地层条件下的非均布载荷，并对非均布载荷条件下套管失效时套管的内外压力分布情况进行记录，为研究复杂地质条件下套管失效提供数据支持。

本发明采用如下技术方案：

一种液压式模拟套管非均匀围压的实验装置，其结构为：

釜体外侧设置加压组件，所述加压组件包括气阀、气动液压泵、液压推杆、机械推手、应变贴片和内置数据线。气动液压泵安装在釜体外侧，沿圆形釜体均匀分布。气动液压泵外侧部分与气体气路相连接，气路上使用气阀对气路进行开关控制。气动液压泵朝向釜体内侧部分设有液压推杆，液压推杆位于釜体上，其活塞杆部分与釜体内部的机械推手相连接，机械推手运动轴线与套管轴向方向垂直，机械推手的接触面呈弧形，与橡胶筒表面高度契合，机械推手表面贴有应变贴片，与气动液压泵和液压推杆内部埋设的内置数据线相连接，内置数据线又从气动液压泵泵体延伸出，与外接应力应变仪和计算机相连。加压组件工作是，打开气阀向气动液压泵中注入气体，使液压推杆中的活塞杆部分向前运动，带动机械推手压紧橡胶筒，给套管中的水泥环施加相应的围压。

优选的，所述套管以釜体为中心为圆心，位于釜体中央，釜体侧面有进水口，用于向釜体、釜盖和双半圆缸套组成的环形空间注水，以模拟真实地层条件下套管及外包水泥环所面临的复杂温度压力情况。套管上盖中设置有水泥注口，水泥经水泥注口注入所述套管与所述橡胶筒和套管上盖以及套管下盖组成的夹层中，并在其中养护成环。双半圆缸套紧贴橡胶筒外沿，在水泥养护成环之前起支撑作用，待水泥成环之后即可将外围双半圆缸套拆下，使橡胶筒作为水泥环的受压面。当所述压力组件对橡胶筒施加的压力逐渐增大时，橡胶筒与套管上盖和套管下盖组成的空间的密封性能也会相应提升。

优选的，所述数据采集组件由应变片，应变片数据线，外接应力应变仪和计算机组成，其中应力应变仪和计算机的数据线经套管上盖上部的孔进入釜体中与应变片相连接。应变片均匀贴在套管内壁，且应变片轴向位置位于该段套管的中部，以此准确获取套管内部应力的数据。