一种屈曲管柱阻力测量装置

摘要

本发明涉及一种屈曲管柱阻力测量装置，其特征在于：所述的纵向动力装置能够控制应力传感器垂向移动，所述的应力传感器下端连接模拟管柱，能够测量垂向应力，所述的模拟管柱位于模拟套管内，且其外径小于模拟套管内径，所述的模拟套管上部被固定架固定于压轮上，下部与水平推力轴通过铰约束，所述的固定架固定于机架上，所述的压轮固定杆与固定架共同保持压轮与机架的相对位置不变，所述的动力装置固定于机架上，能够控制水平推力轴水平运动，进而改变模拟套管曲率半径，所述的机架与模拟套管水平段接触。

权利要求

1.一种屈曲管柱阻力测量装置，其结构包括纵向动力装置(1)、应力传感器(2)、模拟管柱(3)、模拟套管(4)、压轮(5)、固定架(6)、动力装置(7)、水平推力轴(8)、压轮固定杆(9)、机架(10)，其特征在于：所述的纵向动力装置(1)能够控制应力传感器(2)垂向移动，所述的应力传感器(2)下端连接模拟管柱(3)，能够测量垂向应力，所述的模拟管柱(3)位于模拟套管(4)内，且其外径小于模拟套管(4)内径，所述的模拟套管(4)上部被固定架(6)固定于压轮(5)上，下部与水平推力轴(8)通过铰约束，所述的固定架(6)固定于机架(10)上，所述的压轮固定杆(9)与固定架(6)共同保持压轮(5)与机架(10)的相对位置不变，所述的动力装置(7)固定于机架(10)上，能够控制水平推力轴(8)水平运动，进而改变模拟套管(4)曲率半径，所述的机架(10)与模拟套管(4)水平段接触。

说明书

一种屈曲管柱阻力测量装置

技术领域

[0001] 本发明属于油气井工程领域，具体涉及一种屈曲管柱阻力测量装置。

背景技术

[0002] 石油钻井过程中，钻井管柱的受力分析是钻井设计和作业过程中研究的重点之一。对直井防斜、定向井轨迹控制、大位移井摩阻计算、套管设计等过程的综合计算分析具有重要意义。目前，许多数学和力学的工具被应用在该问题上。包括微元分析法、有限单元法、有限差分法、纵横弯曲法等。但是，由于对该过程简化手段认识的分歧、现场验证难度大、不确定因素多，这一过程的计算分析存在很大问题。

[0003] 由于油井井眼轨迹并不是直线。一般会分为垂直段、造斜段、稳斜段、水平段等。管柱受到内外应力以及重力、振动等会产生屈曲。屈曲管柱在井眼和套管中的摩擦阻力是计算中的重点之一。通常采用经验法将屈曲引起的阻力简化为综合摩擦系数考虑。这种简化方法与实际情况差距较大，不能较准确地反映实际情况。

[0004] 实验是评价屈曲管柱摩擦阻力的方法。可以计算管柱在各种弯曲井眼轨迹或自身屈曲下与套管以及井眼的摩擦阻力。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种屈曲管柱阻力测量装置，该设备能够模拟井眼中各种弯曲段对钻井管柱摩擦阻力的影响，并且能够验证各种理论方法和数值模拟方法对弯曲段摩阻计算的准确性。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

[0007] 一种屈曲管柱阻力测量装置，其结构包括纵向动力装置、应力传感器、模拟管柱、模拟套管、压轮、固定架、动力装置、水平推力轴、压轮固定杆、机架，其特征在于：所述的纵向动力装置能够控制应力传感器垂向移动，所述的应力传感器下端连接模拟管柱，能够测量垂向应力，所述的模拟管柱位于模拟套管内，且其外径小于模拟套管内径，所述的模拟套管上部被固定架固定于压轮上，下部与水平推力轴通过铰约束，所述的固定架固定于机架上，所述的压轮固定杆与固定架共同保持压轮与机架的相对位置不变，所述的动力装置固定于机架上，能够控制水平推力轴水平运动，进而改变模拟套管曲率半径，所述的机架与模拟套管水平段接触。

[0008] 本发明的设计原理：

[0009] 大多数石油钻井井眼轨迹并不是直线，井眼轨迹也会弯曲，套管的上提和下放过程中，套管会伴随井眼轨迹弯曲而弯曲，进而产生额外的阻力。同理，在已固井的井段中，钻井管柱也会随着套管的弯曲而弯曲，进而产生额外阻力，降低钻压。为测量该阻力以及验证相关理论模型的可靠性，本装置模拟了管柱在不同曲率半径下的摩擦阻力。其中，动力装置对东水平推力轴横向挤压模拟套管，由于模拟套管一端固定在压轮上，模拟套管因为受到挤压应力而改变弯曲段曲率。纵向动力装置以恒定速率向下挤压应力传感器，同时记下应力传感器位移量，由于应力传感器不可压缩，会将力传递给模拟管柱，同时记下所受应力，进而得到位移-应力曲线，在位移-应力曲线上的最大值可以表征静摩擦力，静摩擦力后的恒定应力可以表征动摩擦力。随着模拟套管曲率半径减小，模拟管柱变形加大，其弹性能使它与模拟套管之间的摩擦力增加，进而屈曲管柱上提下放的阻力增加。通过改变曲率半径，可以计算不同套管曲率半径下，钻井管柱因为变形产生的阻力的变化。

[0010] 本发明的有益效果：

[0011] 由上述的原理设计可看出，本发明所提供的一种屈曲管柱阻力测量装置操作简便，结构完整，操作简单，可行性好，能够测量不同曲率半径下，管柱在套管中的应力-位移曲线，进而分析套管屈曲对管柱受到的阻力的影响。

附图说明

[0012] 图1为本发明实施例1的一种屈曲管柱阻力测量装置的示意图。图中：1纵向动力装置，2应力传感器，3模拟管柱，4模拟套管，5压轮，6固定架，7动力装置，8水平推力轴，9压轮固定杆，10机架。

具体实施方式

[0013] 实施例1

[0014] 一种屈曲管柱阻力测量装置，其结构包括纵向动力装置、应力传感器、模拟管柱、模拟套管、压轮、固定架、动力装置、水平推力轴、压轮固定杆、机架，其特征在于：所述的纵向动力装置能够控制应力传感器垂向移动，所述的应力传感器下端连接模拟管柱，能够测量垂向应力，所述的模拟管柱位于模拟套管内，且其外径小于模拟套管内径，所述的模拟套管上部被固定架固定于压轮上，下部与水平推力轴通过铰约束，所述的固定架固定于机架上，所述的压轮固定杆与固定架共同保持压轮与机架的相对位置不变，所述的动力装置固定于机架上，能够控制水平推力轴水平运动，进而改变模拟套管曲率半径，所述的机架与模拟套管水平段接触。

[0015] 本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。