抗层间剪切强度测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗层间剪切强度测试方法，包括步骤：1）将复合材料管材沿轴向剪切出若干个长度相同的测试试样，并通过夹具检测机构对试样及通过丢手工具对剩下的管材分别进行检测；2）通过夹具测试机构剪切出的多个试样分别进行测试，取多个试样的压力最大值中值最小的作为抗层间剪切强度F1；以及通过丢手工具测得的丢手接头的剪切破坏载荷F2；通过公式计算试样的抗层间剪切强度τ1，通过公式计算丢手接头的剪切破坏强度τ2；3）根据公式计算对应关系系数α；4）针对不同的复合材料制成的井下工具增加安全系数β，根据公式来得到井下工具层间破坏时的泵压P，即抗层间剪切强度；该测试方法能减少因管材抗层间剪切强度不够而造成的完井施工失败。
【专利说明】抗层间剪切强度测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测试方法，具体涉及对用于加工制作非金属井下工具的复合材料 的抗层间剪切强度测试方法。
【背景技术】
[0002] 随着非常规油气藏及高温高压油气藏的大规模开发，对于完井工具的性能提出了 更高的要求。由于非金属材料与金属材料相比，具有耐腐蚀、强度高、质量轻、易钻铣、易返 排等优点，自20世纪90年代后，利用非金属材料制造井下工具的技术得到了快速发展。国 内石油工业在进行井下工具研制及选择复合材料时，发现缠绕型玻璃纤维增强复合材料， 用于制作易钻除、高强度井下工具具有较好的使用前景。
[0003] 由于井下工况需要，该复合材料加工制作成井下工具后，在井下使用过程中不仅 要承受高内压和高外压，而且在使用中往往还需嵌入剪钉，其既要通过剪钉在达到一定拉 力的情况下使井下工具坐封坐卡，又要当拉力达到一定后，通过复合材料剪断剪钉，以使工 具成功脱手，并起出送入管串，实现完井。在此过程中，复合材料要承受较大的轴向层间剪 切力。同时，缠绕型复合材料管材制作成的井下工具还须具有可快速被钻头钻除的性能，故 强度亦不能过高。因此，该管材须在具有一定抗剪切强度的安全系数的前提下，即使得井下 工具能完成井下坐封坐卡动作，同时又可满足快速钻除的性能。
[0004]目前尚没有用于对制作井下工具的缠绕型复合材料管材进行轴向层间剪切强度 检测的测试方法并根据测试方法判断该缠绕型复合材料管材的抗层间剪切强度是否符合 要求。尤其是管材在制造过程中受到加工工艺参数变化的影响，如造成层间纤维粘接缺陷 过多，造成层间抗剪切强度达不到要求，但由于肉眼难以分辨，若没有测试方法对层间剪切 强度进行测试导致这样的管材被误用，容易造成完井施工失败。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种抗层间剪切强度测试方法，能检测复合 材料管材轴向层间剪切强度，从而减少因管材抗层间剪切强度不够而造成的完井施工失 败。
[0006] 本发明的技术解决方案是，提供一种抗层间剪切强度测试方法，它包括以下步 骤：
[0007] 1)将用于制作井下工具的复合材料管材沿轴向剪切出若干个长度相同的测试试 样,通过夹具测试机构测试试样的抗层间剪切强度；将剪切试样后的剩余的复合材料管材 制作成井下工具用的丢手接头，采用丢手工具测试丢手接头的丢手强度；
【权利要求】
1. 一种抗层间剪切强度测试方法，包括以下步骤： 1) 将用于制作井下工具的复合材料管材沿轴向剪切出若干个长度相同的测试试样，通 过夹具测试机构测试试样的抗层间剪切强度；将剪切试样后的剩余的复合材料管材制作成 井下工具用的丢手接头，采用丢手工具测试丢手接头的丢手强度； 2) 通过夹具测试机构剪切出的多个试样分别进行测试，取多个试样的压力最大值中值 最小的作为抗层间剪切强度F1 ;以及通过丢手工具测得的丢手接头的剪切破坏载荷F2 ; 3) 通过公式r,二Λ】）计算试样的抗层间剪切强度T1，通过公式T2 =F2/ (ηπI^XH)计算丢手接头的剪切破坏强度τ2，其中，Rb为夹具测试机构中的压力加载块的 大端直径，Ra为压力加载块的小端直径，η为剪钉数量，H为剪钉吃入深度，％为剪钉直径； 4) 根据公式α=τ2/τ3+算复合材料管材制成的井下工具与复合材料管材试样的 抗剪切强度的对应关系系数α; 5) 针对不同的复合材料制成的井下工具增加安全系数β，根据公式F3 = ^XaXT1XnJiR1XH和P=F3/A来得到井下工具层间破坏时的泵压P，P即复合材料制 成的井下工具的抗层间剪切强度；其中，β为无因次量，一般选择为I. 10?1. 30,A为丢手 工具的活塞面积。
2. 根据权利要求1所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述试样包括分别 取自管材两端的试样，所述试样的长度为2?20mm。
3. 根据权利要求1或2所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，通过夹具测试机 构测试试样的抗层间剪切强度，包括以下步骤： 1) 将测试试样轴向放置在夹具测试机构的支撑底座上，并进行装夹； 2) 通过夹具测试机构的压力加载块和压力加载机分别对测试试样进行加压，其中压力 加载块的小端圆柱的直径和大端圆柱的直径分别为Ra和Rb ; 3) 在测试试样层间未被剪切破坏前，逐步增加加载的压力值；在试样层间强度破坏后， 压力加载块下沉进夹具内，压力值快速下降，此时停止加压，记录最大压力值；多个测试试 样的最大压力值中最小的为抗层间剪切强度匕。
4. 根据权利要求3所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，压力加载块为T型圆 柱台，大端圆柱的直径为Rb，小端圆柱的直径为Ra。
5. 根据权利要求4所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述支撑底座包括 设在下端并与小端圆柱配合的小孔和设在上端并与大端圆柱配合的大孔。
6. 根据权利要求5所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述支撑底座的小 孔的直径比小端圆柱的直径Ra大0. 5?I. 0mm，所述支撑底座的大孔的直径比大端圆柱的 直径Rb大〇· 5?I. (torn。
7. 根据权利要求1所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述测试试样为4? 12组。
8. 根据权利要求1所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述对试样的测试 在温度可调节的环境中进行。
9. 根据权利要求8所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述对试样的测试 在调温箱内进行。
10. 根据权利要求9所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述温度调整范围 为KTC?150°C。
11. 根据权利要求3?10中任一项所述的抗层间剪切强度测试方法，其特征在于，所述 压力加载机的加载速度为5mm/min?15mm/min。
【文档编号】G01N3/24GK104458443SQ201310452640
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】段友智, 连经社, 杨世刚, 何祖清, 詹美玲, 彭汉修, 姚志良, 侯倩, 梁滨, 陆松 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院, 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院