(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210449894.7 (22)申请日 2022.04.26 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 张智　杨昆　丁剑　刘金铭　 向世林　侯铎　 (74)专利代理 机构 北京中索 知识产权代理有限 公司 11640 专利代理师 唐亭 (51)Int.Cl. G01N 3/10(2006.01) G01N 3/18(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种模拟管柱力学测试的实验 装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种模拟管柱力学测试的实 验装置， 包括高温高压釜和设置在其内部的中空 结构试样； 高温高压釜包括中空结构 的釜体、 设 置在釜体上部的釜盖； 试样上部设有用于上部夹 持装置， 上部夹持装置与釜盖滑动密封； 上部夹 持装置上方通过拉力计连接顶部横梁； 顶部横梁 两端分别通过设置在釜体两侧的液压杆连接设 置在釜体下部的底座的两端； 试样下部设置有下 部夹持装置， 下部夹持装置下部与底 座上表面配 合设置； 本发 明可以同时实现管柱全尺寸与高温 高压环境影 响下的力学响应实验； 能够有效模拟 管柱在井下腐蚀性流体介质、 含钻井液、 固相颗 粒及H2S/CO2等腐蚀性气体的高温高压多相流环 境， 能够测试腐蚀工况、 流体介质对管柱力学特 性的影响。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114778307 A 2022.07.22 CN 114778307 A 1.一种模拟管柱力学测试的实验装置， 其特征在于， 包括高温高压釜和设置在其内部 的中空结构试样(2)； 高温高压釜包括中空结构的釜体(1)、 设置在釜体(1)上部的釜盖(6)； 试样(2)上部设有用于上部夹持装置(7)， 上部夹持装置(7)与釜盖(6)滑动密封； 上部夹持 装置(7)上方通过拉力计(5)连接顶部横梁(3)； 顶部横梁(3)两端分别通过设置在釜体(1) 两侧的液压杆(4)连接设置在釜体(1)下部的底 座(8)的两端； 试样(2)下部设置有下部夹持 装置(10)， 下部 夹持装置(10)下部与底座(8)上表面配合设置； 试样(2)上部和下部通过内循环管线(16)连通， 釜体(1)上部和下部通过外循环管线 (15)连通； 内循环管线(16)和外循环管线(15)均通过配液池(14)连接气瓶(13)； 还包括用于测量试样(2)位移的激光测距传感器； 液压杆(4)连接液压泵(11)； 液压泵 (11)、 激光测距传感器、 拉力计(5)均连接 到处理装置(12)。 2.根据权利要求1所述的一种模拟管柱力学测试的实验装置， 其特征在于， 所述底座 (8)下方设置有用于支撑的机架(9)。 3.根据权利要求1所述的一种 模拟管柱力学测试的实验装置， 其特征在于， 所述内循环 管线(16)上设置有第一加热池(17)和第一增压泵(19)。 4.根据权利要求1所述的一种 模拟管柱力学测试的实验装置， 其特征在于， 所述外循环 管线(15)上设置有第二加热池(18)和第二增压泵(20)。 5.根据权利要求1所述的一种模拟管柱力学测试的实验装置， 其特征在于， 所述釜盖 (6)上设置有用于测量釜体(1)内压力的压力表(25)和用于测量釜体(1)内温度的温度表 (26)； 釜体(1)下部设置有电磁卸压阀。 6.根据权利要求1所述的一种 模拟管柱力学测试的实验装置， 其特征在于， 所述激光测 距传感器包括设置在釜体(1)上方的第一激光测距传感器(22)和设置在釜体(1)下方的第 二激光测距传感器(24)； 釜盖(6)与第一激光测距传感器(22)对应位置设置有第一激光测 距孔(21)， 底座(8)与第二激光测距传感器(24)对应位置设置有第二激光测距孔(23)。 7.根据权利要求1所述的一种模拟管柱力学测试的实验装置， 其特征在于， 所述釜体 (1)外侧设置有保温层。 8.采用如权利要求1～7所述任一种 模拟管柱力学测试的实验装置的实验方法， 其特征 在于， 包括以下步骤： 步骤1： 将试样(2)装配入釜体(1)内， 装配好拉力计(5)； 步骤2： 配制内循环溶 液和外循环溶 液， 启动循环； 步骤3： 系统压力和温度达 到预设值时， 即可开展管柱力学测试； 步骤4： 处理装置(12)控制液压泵(11)对试样(2)施加载荷， 记录试样的力学特性曲线， 直到达到确定结果或试样断裂， 则实验结束。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114778307 A 2一种模拟管柱力学测试的实验装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及非常规油气藏和特殊油气藏神经超深井油套管力学性能测试技术领 域， 具体涉及一种模拟管柱力学测试的实验 装置及方法。 背景技术 [0002]随着勘探开发迈向深层超深层非常规油气藏和特殊油气藏， 目前国内部分油气井 井深超过8000m， 储层温度超过200℃、 压力达180MPa， 超高温高压对管柱强度、 抵抗局部载 荷的能力提出更高的要求。 现在管柱设计基于常温高压环境中强度 统计数据展开， 对于超 高温高压环境的适用性及合理性尚待探讨。 为了保证高温高压油气 井开发过程中的井筒完 整性与安全， 针对高温高压井 井下管柱的合理设计尤为重要。 [0003]高温高压油气井井下环境复杂苛刻， 管柱力学特性受自身形状特征、 井下复杂流 体、 内外压作用的影响较大， 现有技术对于以上三者未能全面考虑， 存在一定不足。 例如 CN202256048U公开了一种油井管全尺 寸复合加载试验应变测量装置， 用于油井管全尺 寸复 合加载试验的应变和弯矩检测， 在保证测量精度不低于应变片的前提下， 使测量过程更加 便捷， 但是该装置只能在常温常压环境下开展实验测试， 不能真实模拟真实井下温度压力 与流体介质。 CN102419286A公开了一种石油套管全尺寸外压挤毁试验装盒子， 克服了已有 技术在测试误差、 压力等级、 测试效率、 成本、 寿命等方面难以满足工程需要现状， 同样不能 模拟高温高压油气井 真实井下环 境。 如CN109000913B公开了一种高温高压高产深 井完井管 柱力学实验装置， 能够测量出管柱振动的轴力、 位移、 应变、 扭矩 等响应数据。 分析出不同产 气井产量、 不同倾斜角的井筒、 不同端部轴力分别对管柱振动、 屈曲变形的影响机理， 验证 理论模型 的正确性， 该装置无法模拟管柱在受较大 的轴向拉力下断裂的极端工况， 无法获 得管柱从应力加载直至断裂期间的力学响应特性。 [0004]目前的管柱力学测试实验装置存在以下问题： 不能同时实现管柱全尺寸与高温高 压环境影响下的力学响应实验； 不能有效模拟管柱在井下腐蚀流体介质、 含钻井液、 固相颗 粒及H2S/CO2等腐蚀性气体的高温高压多相流环境， 无法测试腐蚀工况、 流体介质对管柱力 学特性的影响。 无法精细化模拟测试管柱在全尺寸情况下 的内外压力、 流体介质均不同的 工况， 不能有效支撑全井段 管柱力学测试、 管柱强度设计与井筒完整性管理的发展。 发明内容 [0005]本发明针对现有技 术存在的问题提供一种模拟管柱力学测试的实验 装置及方法。 [0006]本发明采用的技术方案是： 一种模拟管柱力学测试的实验装置， 包括高温高压釜 和设置在其内部的中空结构试样； 高温高压釜包括中空结构的釜体、 设置在 釜体上部的釜 盖； 试样上部 设有用于上部夹持装置， 上部夹持装置与釜盖滑动密封； 上部夹持装置上方通 过拉力计连接顶部横梁； 顶部横梁两端分别通过设置在釜体两侧的液压杆连接 设置在釜体 下部的底座的两端； 试样下部设置有下部夹持装置， 下部夹持装置下部与底座上表面配合 设置；说　明　书 1/4 页 3 CN 114778307 A 3