一种模拟旋压滚珠整形器修复变形套管的测试方法及装置 |
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| 申请号 | CN201510002872.6 | 申请日 | 2015-01-05 | 公开(公告)号 | CN104612616A | 公开(公告)日 | 2015-05-13 |
| 申请人 | 西南石油大学; | 发明人 | 林元华; 邓宽海; 曾德智; 刘婉莹; 马尚余; 仝闯闯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种模拟旋压整形器修复 变形 套管 的测试方法及装置，其特点是：采用一夹持装置固定变形套管，由连续旋转钳带动特殊 花键 旋转并施加 扭矩 和轴向拉 力 ，特殊花键一端通过销钉与旋压滚珠整形器连接，特殊花键另一端通过锥形止推 轴承 与液缸的 柱塞 相连，液缸通过柱塞和特殊花键将轴向推力作用于旋压滚珠整形器，旋压滚珠整形器在扭矩、轴向推力和轴向拉力的作用下同时发生正/反转动和轴向往复移动，从而实现旋压滚珠整形器对变形套管进行整形修复的目的，在整形修复过程中，通过测试装置的控制系统记录修复套管所需的整形力、扭矩和退出旋压滚珠整形器所需的拉力。本发明适用于石油与 天然气 井下变形套管修复技术领域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种模拟旋压滚珠整形器修复变形套管的测试装置，其特征在于，装置主要包括： |
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| 说明书全文 | 一种模拟旋压滚珠整形器修复变形套管的测试方法及装置技术领域背景技术[0002] 套管是石油与天然气开采过程中必不可少的工具，在开采过程中起着支撑井壁和建立油气通道的关键作用。然而，许多油气田在生产一段时间后，因地质、工程和腐蚀等因素的影响，许多油气井发生不同程度的套管损坏，从而严重地影响了油气田安全或正常生产。套管损坏的主要形式是套管缩颈变形即套管变形段的横截面呈椭圆形。为了恢复油气田的正常生产，科学工作者们针对缩颈变形套管的修复研发了许多整形修复工具，如：冲击滚珠整形器、冲击梨形胀管器、旋压滚珠整形器等，提出了相应的修复技术，通过比较发现，旋压滚珠整形技术是一种优质、高效的修复技术，其主要原因在于：旋压滚珠整形器是在扭矩和轴向力的联合作用下通过其本体上的滚珠对变形套管进行修复的，在外载荷作用下，滚珠既能发生自转，也能发生公转，从而使得该整形工具在修复过程中受到的阻力非常小，所需的轴向力(简称整形力)和扭矩都非常小，对水泥环和套管的损伤最小；该整形工具单次整形量为4-6mm，而冲击整形器单次整形量仅为2-3mm。 [0003] 但是，目前的旋压滚珠整形修复技术没有考虑到实际地层围压对变形套管整形修复的影响，缺乏对旋压滚珠整形器所需轴向力、扭矩和整形后上提整形工具所需轴向拉力的准确预测，从而导致大量的问题，具体表现为：整形力和扭矩过小使整形工具不能通过变形套管，导致整形失败，降低整形效率；整形力喝扭矩过大使整形工具强行通过变形套管，导致整形后上提拉力超过动力设备的最大负荷而发生卡钻事故，油水井水泥环的破坏，甚至套管发生二次塑性破坏。 [0004] 为了克服现有旋压滚珠整形器在修复套管作业时,整形效率低、容易发生卡钻事故、严重损伤水泥环和套管、作业成本增加的不足，需要根据具体地层情况对不同旋压滚珠整形器修复相应变形套管所需的整形力、扭矩及上提工具所需的轴向拉力进行准确预测。因此，提出一种模拟旋压整形器修复变形套管的测试方法及装置，对套管修复技术进一步发展具有很大的意义。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种模拟旋压整形器修复变形套管的测试方法及装置，以解决目前旋压滚珠整形工具在修复不同地层深度及不同围压下的变形套管所需整形力、扭矩和上提工具所需轴向拉力难以准确预测的技术难题，并在达到上述目的的同时，简化测试系统的复杂性，降低设备的成本。 [0006] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案： [0007] 采用一夹持装置固定变形套管，由连续旋转钳带动特殊花键旋转并施加扭矩和轴向拉力，特殊花键一端通过销钉与旋压滚珠整形器连接，特殊花键另一端通过锥形止推轴承与液缸的柱塞相连，液缸通过柱塞和特殊花键将轴向推力作用于旋压滚珠整形器，旋压滚珠整形工具在扭矩、轴向推力和轴向拉力的作用下同时发生正/反转动和轴向往复移动，从而实现旋压滚珠整形工具对变形套管进行整形修复的目的，在整形修复过程中，通过测试装置的控制系统记录修复套管所需的整形力、扭矩和退出该整形器所需的轴向拉力。 [0008] 为使用上述方法，本发明提供一种模拟旋压滚珠整形器修复变形套管的测试装置，主要包括：套管试样夹持装置、夹具、套管变形段、旋压滚珠整形器、销钉、特殊花键、连续旋转钳、锥形止推轴承、柱塞、液缸、底座。套管试样夹持装置位于底座的左侧，并将变形套管固定；夹具用于给套管变形段施加与地层压力相等的围压；可沿轴向水平移动的连续旋转钳位于底座中部并与控制系统相连，用于给特殊花键提供扭矩和轴向拉力；特殊花键通过锥形止推轴承与液缸的柱塞相连，位于右侧的液缸通过柱塞和特殊花键将轴向推力作用于旋压滚珠整形器。基于上述装置的结构及特征，通过以下步骤能够完成旋压滚珠整形器修复变形套管的模拟测试：(1)在液缸提供的轴向推力和连续旋转钳提供的正扭矩作用下，旋压滚珠整形器正向移动和转动对变形套管进行整形修复，在修复过程中，测试装置的控制系统记录修复套管所需的整形力、扭矩，直到旋压滚珠整形器完全通过变形套管的变形段； (2)在连续旋转钳提供的反扭矩和轴向拉力的作用下，旋压滚珠整形器反向移动和转动并退出变形套管，在旋压滚珠整形器退出变形套管的过程中，测试装置的控制系统记录退出工具所需的轴向拉力，直到旋压滚珠整形器完全退出变形套管的变形段。 (3)重复步骤(1)和步骤(2)，直到控制系统所记录的整形力、扭矩、轴向拉力基本等于 0为止，此时，套管变形段的最小内径基本等于旋压滚珠整形器的最大外径，整个修复测试完成。 [0009] 在变形套管的整个修复过程中(即旋压滚珠整形器在变形套管内往复移动过程中)，特殊花键左端的台肩始终确保特殊花键不脱离连续旋转钳，从而使得正扭矩和轴向推力或反扭矩和轴向拉力一直同时作用在旋压滚珠整形器上，实现变形套管的修复测试。 [0010] 本发明具有以下优点：(1)本发明提供的测试装置可同时为旋压滚珠整形工具提供扭矩和轴向推力或扭矩和轴向拉力，能用于模拟该工具修复不同地层围压下变形套管的过程，并得到修复套管所需整形力、扭矩和退出工具所需的拉力，从而为真实工况下的套管修复提供可靠地施工参数； (2)装置结构简单，操作方便，测试价格低廉，后期维护保养容易。 附图说明 [0011] 图1为测试装置示意图。 [0012] 图2为旋压整形工具与特殊花键连接示意图。 具体实施方式[0013] 下面结合附图，对本发明进行详细描述。 [0014] 采用一夹持装置固定变形套管，由连续旋转钳带动特殊花键旋转并施加扭矩和轴向拉力，特殊花键一端通过销钉与旋压滚珠整形器连接，特殊花键另一端通过锥形止推轴承与液缸的柱塞相连，液缸通过柱塞和特殊花键将轴向推力作用于旋压滚珠整形器，旋压滚珠整形器在扭矩、轴向推力和轴向拉力的作用下同时发生正/反转动和轴向往复移动，从而实现旋压滚珠整形器对变形套管进行整形修复的目的，在整形修复过程中，通过测试装置的控制系统记录修复套管所需的整形力、扭矩和退出该整形器所需的拉力。 [0015] 如图1所示，为使用上述方法，本发明提供一种模拟旋压滚珠整形器修复变形套管的测试装置，主要包括：套管试样夹持装置2、夹具3、套管变形段4、旋压滚珠整形器5、销钉6、特殊花键7、连续旋转钳8、锥形止推轴承9、柱塞10、液缸11、底座12。套管试样夹持装置2位于底座12的左侧，并将变形套管1固定；夹具3用于给套管变形段4施加与地层压力相等的围压；可沿轴向水平移动的连续旋转钳8位于底座12中部并与控制系统相连，用于给特殊花键7提供扭矩和轴向拉力；特殊花键7通过锥形止推轴承9与液缸11的柱塞10相连，位于右侧的液缸11通过柱塞10和特殊花键7将轴向推力作用于旋压滚珠整形器 5。基于上述装置的结构及特征，通过以下步骤能够完成旋压滚珠整形器5修复变形套管1的模拟测试： (1)在液缸11提供轴向推力和连续旋转钳8提供正扭矩的联合作用下，旋压滚珠整形器5正向移动和转动并进入变形套管1对其进行整形修复，在修复过程中，测试装置的控制系统记录修复套管所需的整形力、扭矩，直到旋压滚珠整形器5完全通过套管变形段4； (2)在连续旋转钳8提供的反扭矩和轴向拉力的联合作用下，旋压滚珠整形器5反向移动和转动并退出变形套管1，在旋压滚珠整形器5退出变形套管1的过程中，测试装置的控制系统记录退出旋压滚珠整形器5所需的轴向拉力，直到旋压滚珠整形器5完全退出套管变形段4。 (3)重复步骤(1)和步骤(2)，直到控制系统所记录的整形力、扭矩、拉力基本等于0为止，此时，套管变形段4的最小内径基本等于旋压滚珠整形器5的最大外径，整个修复测试完成。 [0016] 在变形套管1的整个修复测试过程中(即旋压滚珠整形器5在变形套管1内往复移动过程中)，特殊花键7左端的台肩13始终确保特殊花键7不脱离连续旋转钳8，从而使得正扭矩和轴向推力或反扭矩和轴向拉力一直同时作用在旋压滚珠整形器5上，实现变形套管1的修复测试。 |
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