一種高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置。它通過高溫箱設定試驗溫度，通過交流伺服系統裝置施加穩定載荷，封隔器膠筒橡膠材料壓縮變形與外管壁接觸產生應力變形，通過測得外管壁表面特征點在外載作用力下的應變數據，利用應力數據分析系統通過有限元方法反推計算得出封隔器膠筒橡膠橡膠與外管壁的接觸應力分布規律，從而分析封隔器膠筒橡膠材料接觸應力隨溫度變化的規律。本實用新型可以模擬井下的高溫工況，使得試驗過程更符合實際工作情況。實現了封隔器膠筒接觸應力的測試，可測得封隔膠筒表面特征點在外載作用力下的應變數據。結構簡單、操作方便、工作可靠、精確度較高。
【專利說明】一種高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及井下工具測試裝置及方法領域中的一種用于高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置。

【背景技術】
[0002]封隔器在井下高溫高壓的工況下，膠筒的耐高溫力學性能顯得尤為重要，因此對井下工具模擬井下工況，進行高溫強化試驗和數據檢測，不僅對井下工具的開發研制具有重要意義，對已經推廣使用的封隔器，定期進行抽樣檢測，確保其使用安全可靠，也是必不可少的。
[0003]目前國內外各油田和公司的井下工具試驗設備都朝著模擬條件準確、測試手段完備、測試數據齊全、測試精度高等方向發展。目前，鉆采工具及工藝技術和裝備的模擬試驗已作為油氣田開發過程中鉆采工具研究的基礎和重要組成部分。建設封隔器的密封與錨定性能測試裝置是進行多種井下鉆采工具及工藝研究必不可少的試驗手段。
[0004]總之，只有物理模擬試驗才能獲得現場試驗無法取得的或在短時期內不可能取得的中間試驗數據；也只有模擬試驗才能大大縮短科研周期，有效地克服未經任何中間試驗就把新產品、新工藝投入現場生產井使用的弊端。從而可以避免一些不必要的無功作業和經濟損失，使科研成果更具有科學性、可靠性、實用性和經濟性。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的就是針對現有技術現狀，提出一種高效實用的高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置。
[0006]本實用新型的技術路線是:由于封隔器膠筒接觸位置在套管內部，一般無法直接測試到其接觸力值，但是接觸力會使套管變形，套管表面的變形反應了內部接觸力的大小和分布情況，因此只要測出套筒表面的變形，就可以推算出套管內部接觸力。通過溫控表設定試驗溫度，高溫箱內的電加熱器對試樣進行加熱，溫度穩定后，通過交流伺服系統裝置對封隔器膠筒施加設定載荷，封隔膠筒外管壁環向粘貼高溫應變片，交流伺服系統保持設定載荷穩定一段時間，測定該過程中封隔膠筒外管壁表面特征點的應變數據，通過應變分析儀采集應變值傳輸給應力數據分析系統進行分析計算。
[0007]其具體方案包括:
[0008]首先，一種高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置包括，試驗套管、封隔器膠筒、高溫箱、加載裝置、加載桿、橫梁、壓力傳感器、應變分析儀、應變數據分析計算機和支撐體；其中:試驗套管被設置在底部加固封閉的實驗套管內；實驗套管連同其內的封隔器膠筒被設置在高溫箱內，高溫箱內設置加熱器，高溫箱的外壁設置保溫材料，高溫箱的上部貫穿有加載桿，加載桿連接在其上方的橫梁上，加載桿與橫梁之間連接有壓力傳感器，橫梁與高溫箱外部的支撐體連接，加載桿與實驗套管內的封隔器膠筒構成縱向擠壓配合；應變分析儀帶有多個應變片，多個應變片被間隔粘貼在實驗套管的外壁上，應變片通過耐高溫導線與應變分析儀連接，應變分析儀與應變數據分析計算機建立連接；所述的加載裝置設置在橫梁與支撐體之間，或者是設置在橫梁與加載桿之間，或者是設置在實驗套管底部與高溫箱底部之間，或者是通過貫穿高溫箱底部的支撐桿連接在實驗套管底部與支撐體之間。
[0009]上述方案還包括:所述的加載裝置是由交流伺服電機和驅動滾珠絲桿則的直線驅動電機。
[0010]高溫箱采用熱電偶作為加熱器，并與溫控儀連接實現自動控溫；高溫箱箱體前面開有活動門，門邊采用耐高溫氟橡膠密封；高溫箱上、下需要貫穿加載桿時或支撐桿時，其圓孔采用耐高溫石棉紗密封。
[0011]橫梁與支撐體采用軌道和滑輪配合連接。
[0012]所述應力數據分析系統的計算方法如下:
[0013]設套管表面有η個測試點，套管內壁作用沿有環向方向的作用力P，作用在任一測試點i處的接觸力？”在Pi單獨作用下各測試點的應變分別為連續分布在測試點I?i上時，則任一測試點i處應變等于各點接觸力對i點引起的應變ε之和，通過有限元方法計算出該值；
[0014]設I到15號應變片的應變依次為S1XKT6, ε2Χ10_6，ε3Χ10_6，
ε4Χ10_6，……ε 15父10_6，套筒內部與各應變片對應處的內壓分別記為？1，？2，？3......ρ15，
單位為MPa，用以反算封隔器膠筒和實驗套管接觸應力的數據矩陣設為J，記J的逆矩陣為J-1，且
[0015]令{ε}= [￡ι ε 2 ε 3 ε 4 ε 5 ε 6 ε 7 ε 8 ε 9 ε 1(| ε η ε 12 ε 13 ε 14 ε 15]τ
[0016]{ρ} = [P1 ρ2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P1 Pu Pi2 Pis Pi4 Pi5]Τ
[0017]PJ {ρ} =T1IeI
[0018]將試驗測得應變數值代入上式，即可算得對應應變片處的套筒內壁壓應力。
[0019]本實用新型的原理為通過高溫箱設定試驗溫度，通過加載裝置施加載荷，測得封隔膠筒外管壁表面特征點在外載作用力下的應變數據，利用有限元應力計算系統得出應力、應變的大小和分布規律，以及隨溫度變化的規律，測試包括封隔器膠筒應變、軸向位移、試驗溫度等數據。
[0020]本實用新型的優勢和技術效果:
[0021](I)可以模擬井下的高溫工況，使得試驗過程更符合實際工作情況。
[0022](2)實現了封隔器膠筒接觸應力的測試，可測得封隔膠筒表面特征點在外載作用力下的應變數據，利用應力數據分析系統得出應力、應變的大小和分布規律，測試數據包括封隔器膠筒的應變，軸向位移，試驗溫度。
[0023](3)本實用新型的裝置結構簡單、操作方便、工作可靠、精確度較高、使用壽命較長，實現了高溫條件下橡膠性能測試裝置的小型多功能特點，設備占用范圍小，試驗成本低，適于室內實驗評價。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的一種裝置實施例結構簡圖。
[0025]圖1中:21、封隔器膠筒和試驗套管部分；22、高溫箱；23、加載裝置；24、應變分析儀；25、應變數據分析計算機；26、橫梁；27、壓力傳感器；28、加載桿；29、觸摸顯示器。
[0026]圖2為圖1中的封隔器膠筒和試驗套管部分的放大圖。
[0027]圖2中:1、2、3、4……15、高溫應變片；16、試驗套管；17、封隔器膠筒。

【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明:
[0029]按照圖1、2所示，本試驗裝置中封隔器膠筒17裝在試驗套管16里面。試驗套管16安置在高溫箱22里，高壓箱22設置在支撐體內部。試驗套管16由下至上沿軸向方向每隔1mm粘貼高溫應變片(I……15)，為方便測試時數據的記錄，對其編號后通過高溫導線連接到應變分析儀24上。加載裝置23內設有交流伺服電機和驅動滾珠絲桿，并通過支撐桿作用在實驗套管16底部加固封閉端。橫梁26下部連接壓力傳感器27后通過加載桿28對封隔器膠筒施加載荷。應變分析儀24將試驗數據通過數據線連接到應變數據分析計算機55上，在觸摸顯示器29上打開測試軟件即可開始試驗。
[0030]其測試方法:通過高溫箱設定試驗溫度，試驗溫度穩定后，通測試軟件設定加載力和加載力穩定時間，啟動加載裝置23對封隔器膠筒施加載荷，載荷穩定保持0.1?0.5min,測得封隔膠筒表面特征點在外載作用力下的應變數據，應變分析儀將采集到的試驗數據傳輸到應變數據分析計算機上，通過應力數據分析系統得出應力、應變的大小和分布規律，以及隨溫度變化的規律。
【權利要求】
1.一種高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置，其特征是包括試驗套管、封隔器膠筒、高溫箱、加載裝置、加載桿、橫梁、壓力傳感器、應變分析儀、應變數據分析計算機和支撐體；其中:試驗套管被設置在底部加固封閉的實驗套管內；實驗套管連同其內的封隔器膠筒被設置在高溫箱內，高溫箱內設置加熱器，高溫箱的外壁設置保溫材料，高溫箱的上部貫穿有加載桿，加載桿連接在其上方的橫梁上，加載桿與橫梁之間連接有壓力傳感器，橫梁與高溫箱外部的支撐體連接，加載桿與實驗套管內的封隔器膠筒構成縱向擠壓配合；應變分析儀帶有多個應變片，多個應變片被間隔粘貼在實驗套管的外壁上，應變片通過耐高溫導線與應變分析儀連接，應變分析儀與應變數據分析計算機建立連接；所述的加載裝置設置在橫梁與支撐體之間，或者是設置在橫梁與加載桿之間，或者是設置在實驗套管底部與高溫箱底部之間，或者是通過貫穿高溫箱底部的支撐桿連接在實驗套管底部與支撐體之間。
2.根據權利要求1所述的高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置，其特征是:所述的加載裝置是由交流伺服電機和驅動滾珠絲桿則的直線驅動電機。
3.根據權利要求2所述的高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置，其特征是:高溫箱采用熱電偶作為加熱器，并與溫控儀連接實現自動控溫；高溫箱箱體前面開有活動門，門邊采用耐高溫氟橡膠密封；高溫箱上、下需要貫穿加載桿時或支撐桿時，其圓孔采用耐高溫石棉紗密封。
4.根據權利要求3所述的高溫下封隔器膠筒接觸應力測試裝置，其特征是:橫梁與支撐體采用軌道和滑輪配合連接。
【文檔編號】G01N3/18GK204203007SQ201420562427
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月27日 優先權日:2014年9月27日
【發明者】彭志剛, 馬明新, 李國鋒, 徐鑫, 李銘, 馮德杰, 劉傳永, 劉建, 許嬋嬋, 張建國, 李碩, 張磊, 齊志剛, 邵茹 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院