专利名称：测试深水油管柱热变形、热应力的模拟试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模拟管形件变形行为的试验装置，特别是关于一种模拟深 水环境下，测试油管柱热变形、热应力的模拟试验机。
背景技术：
在深水油气井测试作业中，普遍存在的异常高温问题会导致管柱破坏、封隔器 失效、控制头上移、井口上升等作业事故，对海洋石油生产造成严重的影响。由于作业 中的油管柱内外壁存有较大温差，以及目前对不同温差、材质、尺寸油管柱热变形规律 研究还不够深入，因此研究不同温差、材质、尺寸油管柱热变形更具有应用价值和实际意义。目前，公知的测量方法和测量装置都是用于材料线膨胀系数的测量，用它们直 接测量油管柱的热变形存在以下几个方面的问题1、限制了被测对象的形状与尺寸大 小被测对象的结构都是以国家标准中材料线膨胀系数测定规程中的标准试样，即最小 长度为25士0.1mm，径向尺寸在3 IOmm之间的细长杆件为依据设计的，这些专用的膨 胀测量仪不适于对复杂形状的机械零件进行测量；2、测量温度范围过宽对于油管柱 热变形的测量来说，因其工作时的温度变化范围不大，用测控温度范围很宽的测量仪器 不能实现高精度测量；3、测量的方向单一；4、不能充分的模拟油管柱的工作环境。因此，本领域迫切需要一种能够充分模拟深水环境下油管柱热变形的测量装置 来解决上述问题。
发明内容针对上述问题，本实用新型目的在于弥补现有的热变形试验装置的不足，提供 一种能够测试不同内外温差、不同材质、不同尺寸条件下深水油管柱热变形、热应力的 模拟试验机。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种测试深水油管柱热变形 的模拟试验机，包括装置主体、供油设备和供水设备，其特征在于所述装置主体包括 一有机玻璃管，在有机玻璃管中内置一油管试件，有机玻璃管的两端有密封盖密封，在 有机玻璃管与油管试件的环形空间中通入温度可控的、与油管试件内油的流动方向相反 的流动水；所述油管试件穿过所述密封盖与供油设备连接，所述油管试件与一端密封盖 之间为静密封，与另一端密封盖之间为动密封，在所述油管试件上设置有温度传感器和 位移传感器。此装置中所述油管试件与另一端密封盖可通过法兰接头连接，所述法兰接 头上设置有导向带和O型圈组合密封。此处温度传感器可为多个，通过螺钉或磁铁间隔 贴设在所述油管试件的外表。所述位移传感器设置在油管试件的动密封端。—种测试深水油管柱热应力的模拟试验机，包括装置主体、供油设备和供水设 备，其特征在于所述装置主体包括一有机玻璃管，在有机玻璃管中内置一油管试件， 有机玻璃管的两端有密封盖密封，在有机玻璃管与油管试件的环形空间中通入温度可控的、与油管试件内油的流动方向相反的流动水；所述油管试件穿过所述密封盖与供油设备连接，所述油管试件与两密封盖之间为静密封，在所述油管试件上设置有温度传感器 和应变传感器。此装置中所述温度传感器也为多个，通过螺钉或磁铁间隔贴设在油管试 件的外表；所述应力传感器为多个，也通过螺钉或磁铁间隔贴设在油管试件的外表。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型设置一 密封的外管-有机玻璃管来承装模拟海水，模拟水环境；在外管中设置一通油的油管试 件，来模拟油管在水环境中的状态。2、将油管试件两端固定，在油管外表设置应力传感 器、温度传感器，通过控制水温、油温，可实时测定油管的热应力情况。3、将油管试件 一端固定，一端设置为游动端，在游动端设置位移传感器，通过控制水温、油温，可实 时测定油管的热变形，尤其是轴向变形情况。4、这种模拟装置的主体长度及粗度可以随 意改变，也即油管试件可以模拟各种尺寸，从这一点可以实现任何尺寸管柱的变形、应 力测量功能。5、因为外部水环境基质为普通的水，所以油管的材质要求远不及海水的 要求高，可以试验更多种材质的油管，这也大大方便了试验的测量。总之，装置可以对 任何尺寸，材质，温差的管柱的变形、应力进行测量，为实际应用提供了更加准确的保 障。
图1是本实用新型的工作原理图图2是本实用新型的实体结构示意图图3是油管试件游动端的结构示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型进行详细的说明。本实用新型提供一种在不同内外温差、不同材质、不同尺寸条件下，测量深水 油管柱热变形、热应力，尤其是能识别油管柱轴向热变形量的深水油管柱热变形模拟试 验机。该试验机主要包括循环、支撑、控制和检测等重要组成系统，通过组合实现各 自的功能。如图1所示，它主要包括装置主体1、供油设备2、供水设备3，其中心原理 是装置主体1模拟油管在海水中的状态，供油设备2向油管试件中通油，供水设备3在 油管周围制造水环境。通过控制油温和水温来调节油管内外的温差；在油管周围设置各 种传感器以测量油管的变形特性。在供油及供水系统中设置各种阀、泵及流量计，控制 流体的流向及流量。在具体实施例中，如图1、2所示，装置主体1包括一有机玻璃管4，在有机玻璃 管4中内置油管试件5。有机玻璃管4的两端有密封盖6、7密封，油管试件5穿过密封 盖6、7与外部供油设备的管路8连接。油管过长时，可在中间部位设置支撑9，以避免 因油管试件过长破坏两端密封，也方便油管试件的装卸。通过密封盖6、7还向外连接有 与供水设备3相连的管路10，由供水设备3向有机玻璃管4与油管试件5之间的环空空间 通入温度可控的、与油管试件5内油流动方向相反的流动水来模拟海水。在进行热变形和热应力模拟试验时，油管试件5与密封盖6、7的密封形式是有区别的。在热应力测 量试验中，油管试件5与密封盖6、7的密封均为静密封，可采取的 形式有密封垫密封或粘接密封。在热变形测量试验中，油管试件5在一端与密封盖(如 图中所示的密封盖6)的密封为静密封，而油管试件5的另一端须为游动端，即与另一端 密封盖(如密封盖7)之间为接触性动密封，以保证油管试件5的热变形量。在某些实施 例中，油管试件5的游动端焊接一法兰接头11，如图3所示，法兰接头11上设置导向带 12和O型圈13组合密封。当进行热应力测量试验时，需要在油管试件5的外表通过螺钉或磁铁隔段贴设 多个温度检测传感器14及多个应力检测传感器15。当进行热变形测量试验时，需要在油管试件5的外表通过螺钉或磁铁隔段贴设 多个温度检测传感器14，以及在油管试件5的游动端设置一位移检测传感器16。将位移 检测传感器16布置在游动端，可以测量在不同温差条件下，有机玻璃管、以及油管相对 于有机玻璃管的变形量。本发明中油管试件5可以选择不同尺寸、不同材质的试件进行试验。在有机玻璃管4底部设置主体支架17，以减少有机玻璃管4应力集中而导致的损 害，保证试验设备的安全可靠性。中间支撑9可以保证试验试件安装和拆卸方便，减少 因为油管试件5向下的力对两端密封性能的影响，提高了油管试件5的安装精度。在上述供油设备2和供水设备3中，都相应设置有温度计18、流量计19、泵 20、开关阀21、单向阀22、调节阀23等，这些都属于流体设备常规配备的器件，属常规 技术，在此不做过多介绍。在有机玻璃管4的底部还连接出一泄水管，泄水管连接到水 池24，供水设备停止工作后，把设备中的水排放到水池中，可以避免设备的腐蚀以及水 的浪费；水池中的水不会脏，可以在下次试验时再次利用或者作为其他用途。通过供油设备2向油管试件5内部通入温度设定好的高温油，通过供水设备3向 有机玻璃管4中通入与油反向的模拟海水，试验过程中温度、应力、变形量等参数的测 量，可以通过计算机控制，由分别安装在各个部位的传感器进行实时采集。虽然本实用新型已利用前述具体实施例详细揭示，但其并非用以限定本实用新 型的保护范围，本领域技术人员在不脱离本实用新型的技术方案前提下，所作的各种改 动，均应保护在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种测试深水油管柱热变形的模拟试验机，包括装置主体、供油设备和供水设 备，其特征在于所述装置主体包括一有机玻璃管，在有机玻璃管中内置一油管试件， 有机玻璃管的两端有密封盖密封，在有机玻璃管与油管试件的环形空间中通入温度可控 的、与油管试件内油的流动方向相反的流动水；所述油管试件穿过所述密封盖与供油设 备连接，所述油管试件与一端密封盖之间为静密封，与另一端密封盖之间为动密封，在 所述油管试件上设置有温度传感器和位移传感器。
2.如权利要求1所述的测试深水油管柱热变形的模拟试验机，其特征在于所述油 管试件与另一端密封盖通过法兰接头连接，所述法兰接头上设置有导向带和O型圈组合 密封。
3.如权利要求1所述的测试深水油管柱热变形的模拟试验机，其特征在于所述温 度传感器为多个，通过螺钉或磁铁间隔贴设在所述油管试件的外表。
4.如权利要求1所述的测试深水油管柱热变形的模拟试验机，其特征在于所述位 移传感器设置在油管试件的动密封端。
5.—种测试深水油管柱热应力的模拟试验机，包括装置主体、供油设备和供水设 备，其特征在于所述装置主体包括一有机玻璃管，在有机玻璃管中内置一油管试件， 有机玻璃管的两端有密封盖密封，在有机玻璃管与油管试件的环形空间中通入温度可控 的、与油管试件内油的流动方向相反的流动水；所述油管试件穿过所述密封盖与供油设 备连接，所述油管试件与两密封盖之间为静密封，在所述油管试件上设置有温度传感器 和应变传感器。
6.如权利要求5所述一种测试深水油管柱热应力的模拟试验机，其特征在于所述 温度传感器为多个，通过螺钉或磁铁间隔贴设在油管试件的外表。
7.如权利要求5所述一种测试深水油管柱热应力的模拟试验机，其特征在于所述 应力传感器为多个，通过螺钉或磁铁间隔贴设在油管试件的外表。
专利摘要本实用新型涉及一种测试深水油管柱热变形、热应力的模拟试验机，它包括装置主体、供油设备和供水设备，装置主体包括一有机玻璃管，在有机玻璃管中内置一油管试件，有机玻璃管的两端有密封盖密封，在有机玻璃管与油管试件的环形空间中通入温度可控的、与油管试件内油的流动方向相反的流动水，油管试件穿过密封盖与供油设备连接。当测试热变形时，油管试件与一端密封盖之间为静密封，与另一端密封盖之间为动密封，在油管试件上设置有温度传感器和位移传感器；当测试热应力时，油管试件与两端密封盖之间均为静密封，在油管试件上设置有温度传感器和应变传感器。本装置可以对任何尺寸，材质，温差的管柱的变形、应力进行测量，为实际应用提供了更加准确的保障。
文档编号G01B21/32GK201795790SQ20102029296
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者刘书杰, 姜明明, 张来斌, 曹砚锋, 李明朝, 樊建春, 温东, 王平双, 耿亚楠, 薛鲁宁, 马洪刚 申请人:中国海洋石油总公司, 中国石油大学(北京), 中海石油研究中心