一种井下变温补贴管自由胀形试验方法以及试验系统与流程

1.本发明涉及石油工业井下完井管柱补贴管的试验方法和试验设备，具体为一种井下变温补贴管自由胀形试验方法以及试验系统。


背景技术：

2.石油工业油气井中完井管柱中的筛管常常出现变形、断裂和锈蚀等问题，影响油气井的正常生产。为恢复油气井生产，需要对井下的筛管进行补贴作业。
3.为更好的进行液压成形筛管补贴研究，需要对补贴管材料成形性能进行研究，补贴管自由胀形试验是液压成形材料的重要基础试验。
4.现有补贴管的自由胀形试验只是简单地对管件材料进行自由胀形，通过对两端进行约束，保留其轴向移动，在管件内部施加液压力。此方法不能够测量和检测补贴管两个约束端的压模压力和自由胀形过程中补贴管管内液压压力的变化，无法实时监测成形过程中补贴管的厚度、直径等变化，更无法模拟补贴管所处的井下温度环境，无法准确验证井下筛管内补贴管液压成形的工作状态。
5.为了验证井下补贴施工中补贴管的实际工作状态，提高井下筛管的补贴质量，更好地为生产服务，需要研究井下变温补贴管自由胀形试验方法和试验系统。


技术实现要素：

6.本发明目的是提供一种井下变温补贴管自由胀形试验方法以及试验系统，按照补贴管自由胀形试验方法并通过试验系统模拟补贴管井下补贴的管内压力和井下的环境温度，实时监测补贴管成形过程中的变化，为井下补贴管的施工提供更为准确的试验资料，提高井下补贴管的施工质量。
7.本发明的技术解决方案是：一种井下变温补贴管自由胀形试验方法，是：在补贴管的内部模拟补贴施工进行液压加压试验；在补贴管的外部模拟井筒条件进行加温试验；对补贴管内部的液压加压试验和外部的加温试验的全过程进行监测。
8.一种井下变温补贴管自由胀形试验方法使用的试验系统包括台架，补贴管两端密封并且固定在台架上面，安装在液压油箱中的液压泵与增压器和液压进液管顺次连接并与补贴管的一端连通，补贴管的另一端设有排气开关，增压器的出口装有液压限位阀，液压油箱与液压泵、增压器、液压进液管、补贴管和液压回液管形成液压回路，其中：补贴管通过支架固定在台架上面，补贴管的两端密封并在外面固定加温箱，加温箱通过加温进液管和加温出液管与加温液箱连通，加温液箱中装有加温液和加温液泵，加温液泵与加温进液管连接并通过电缆与控制装置电连接，加温箱中的温度与井筒内的温度相符；加温箱内装有液位传感器、温度传感器和超声测厚仪，超声测厚仪的探头安装在加温
箱内并与补贴管接触；胀形高度位移传感器安装在加温箱外面且与安装在加温箱内部的超声测厚仪连接；液压进液管中装有液压压力传感器，支架中装有紧固压力传感器，液位传感器、温度传感器、胀形高度位移传感器、超声测厚仪、液压压力传感器和紧固压力传感器均通过信号线与控制装置电连接，液压压力传感器控制补贴管内的压力、使补贴管内的压力与油气井中的补贴压力相符；液位传感器、温度传感器、胀形高度位移传感器、超声测厚仪和液压压力传感器对补贴管内部的液压加压试验和外部的加温试验的全过程进行监测。
9.所述加温箱的两端是密封压盘，密封压盘中设有补贴管装配孔且孔内装有密封垫片，补贴管通过补贴管装配孔装入加温箱中；电热丝固定在加温箱的箱体内壁底部，加温箱中的加温液为导热油。
10.所述支架中设有架板、横架板、电机、电机座、丝杠、上压模垫块和下支撑垫块，架板设有两块，两块架板的上端与横架板连接并且下端设有滑块与台架上端面的滑轨连接；装有电机的电机座固定在横架板上面，丝杠上端与电机的输出轴连接、下端穿过横架板与上压模垫块连接，紧固压力传感器安装在上压模垫块与丝杠下端端块之间；上压模垫块的下端和下支撑垫块的上端均是弧形板体，下支撑垫块的下端也设有滑块并能够与台架上端面的滑轨连接。
11.上压模垫块下端和下支撑垫块上端的弧形板体对合后形成的圆箍的内径小于补贴管的外径；电机座下方的横架板中装有丝套与丝杠连接，电机通过电缆与控制装置的控制继电器连接。
12.支架设有两个、分别固定在补贴管的两端且位于加温箱的两侧，两个支架之间通过横梁连接；支架的两侧还设有支撑座，所述支撑座设有挡板和顶杆，挡板是直角形板体并与加强板形成直角三角形，顶杆是螺杆且从挡板的外侧旋入并顶靠在补贴管两端的密封塞处；挡板的底板的下端设有滑块并能够与台架上端面的滑轨连接。补贴管的两个端口内均装有密封塞，一个密封塞中设有排气孔与排气管和排气开关顺次连接、另一个密封塞中设有进液孔与液压进液管连接；补贴管的两端外壁装有密封箍，密封箍的长度小于补贴管的周长且两端通过螺栓对接。所述液位传感器安装在加温箱内壁上方，温度传感器设有两个、分别安装在加温箱内壁的左右两侧；连接后的超声测厚仪和胀形高度位移传感器安装在两个支架之间的横梁中且位于加温箱的中部，超声测厚仪的探头装在加温箱内并与补贴管接触；液压压力传感器安装在液压限位阀的出口端。
13.所述台架设有两层台板，上部台板的上端面设置滑轨并能够安装支撑座、支架和固定加温箱，下部台板中放置加温液箱；支撑座、下支撑垫块和支架均安装在台架中的滑轨中，台架中设有锁止定位销销孔，支架的架板下端、下支撑垫块的下端以及挡板的底板中也设有锁止定位销销孔，支撑座、下支撑垫块和支架的安装位置均能够通过锁止定位销和锁止定位销销孔在台架中调整和固定。
14.所述加温箱与加温液箱之间的加温出液管和加温进液管中均设有控制阀门，加温液箱的外面还装有冷却风扇；液压油箱中的工作液是乳化液。
15.所述补贴管能够使用不锈钢304l、不锈钢321、不锈钢316和铝合金6061材料制做。
16.与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明的试验系统能够在补贴管的内部，模拟补贴施工进行液压加压试验；在补贴管
的外部，模拟井筒条件进行加温试验；对补贴管内部的液压加压试验和外部的加温试验的全过程进行监测，能够满足本明中试验方法的全部任务。
17.在本发明中，补贴管自由胀形环境温度可控，与已有技术中在管内高压自由胀形装置相比，本发明通过对补贴管增加外部加温装置，能够很好地模拟井下补贴管的工作环境和温度。同时本发明对补贴管内部的液压加压试验和外部的加温试验的全过程进行监测，能够实时监测补贴管成形过程中的变化，大大提高了试验的准确性，并能够获取补贴管试验过程中的全部试验数据。
18.综上所述，本发明能够为井下补贴管施工提供准确的实验数据，能够很好地帮助和提高井下补贴施工的质量，具有显著的使用效果。
19.附图说明附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明的工作原理示意图。
20.图2本发明试验系统的正视图。
21.图3是本发明试验系统的后视图。
22.图4是图2中支架和台架台面的结构示意图。
23.图5是图3中挡板在台架中安装的俯视图增压器1、 液压泵2、补贴管3、电热丝4、加温液箱 5、加温液泵6、 控制系统7、下支撑垫块8、排气开关9、上压模垫块10、加温箱11、超声测厚仪 12、胀形高度位移传感器13、电机14、丝杠15、液压压力传感器16、台架 17、滑轨18、支架19、液压油箱20、液压进液管 21、液位传感器22、密封箍23、 温度传感器24、限压阀 25、挡板26、顶杆27、加温出液管28、加温进液管29、 紧固压力传感器30、锁止定位销31、锁止定位销孔32。
具体实施方式
24.附图仅为参考与说明之用，并非用以限制本发明的保护范围。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.一种井下变温补贴管自由胀形试验方法，是：在补贴管3的内部模拟补贴施工进行液压加压试验；
在补贴管3的外部模拟井筒条件进行加温试验；对补贴管3内部的液压加压试验和外部的加温试验的全过程进行监测。
28.参见图1到图5，一种井下变温补贴管自由胀形试验方法使用的试验系统包括台架17，补贴管3两端密封并且固定在台架17上面，安装在液压油箱20中的液压泵2与增压器1和液压进液管21顺次连接并与补贴管3的一端连通，补贴管3的另一端设有排气开关9，增压器1的出口装有液压限位阀25，液压油箱20与液压泵2、增压器1、液压进液管21、补贴管3和液压回液管形成液压回路，其中：补贴管3通过支架19固定在台架17上面，补贴管3的两端密封并在外面固定加温箱11，加温箱11通过加温进液管29和加温出液管28与加温液箱15连通，加温液箱15中装有加温液和加温液泵6，加温液泵6与加温进液管29连接并通过电缆与控制装置7电连接，加温箱11中的温度与井筒内的温度相符；加温箱11内装有液位传感器22、温度传感器24和超声测厚仪12，超声测厚仪12的探头安装在加温箱11内并与补贴管3接触；胀形高度位移传感器13安装在加温箱11外面且与安装在加温箱11内部的超声测厚仪12连接；液压进液管21中装有液压压力传感器16，支架19中装有紧固压力传感器30，液位传感器22、温度传感器24、胀形高度位移传感器13、超声测厚仪12、液压压力传感器16和紧固压力传感器30均通过信号线与控制装置7电连接，液压压力传感器16控制补贴管3内的压力、使补贴管3内的压力与油气井中的补贴压力相符；液位传感器22、温度传感器24、胀形高度位移传感器13、超声测厚仪12和液压压力传感器16对补贴管3内部的液压加压试验和外部的加温试验的全过程进行监测。
29.在上述实施例一的基础上，本发明还有以下实施例：所述加温箱11的两端是密封压盘，密封压盘中设有补贴管装配孔且孔内装有密封垫片，补贴管3通过补贴管装配孔装入加温箱11中；电热丝4固定在加温箱11的箱体内壁底部，加温箱11中的加温液为导热油。所用的导热油包括：l-qb280、l-qb300、l-qc320等。
30.所述支架19中设有架板、横架板、电机14、电机座、丝杠15、上压模垫块10和下支撑垫块8，架板设有两块，两块架板的上端与横架板连接并且下端设有滑块18与台架17上端面的滑轨连接；装有电机14的电机座固定在横架板上面，丝杠15上端与电机14的输出轴连接、下端穿过横架板与上压模垫块10连接，紧固压力传感器30安装在上压模垫块10与丝杠15下端端块之间，除了使用电机14与丝杠15连接压紧以外，丝杠15的上端还能够与加力杠连接手动压紧，还能够选择液压的方式压紧；上压模垫块10的下端和下支撑垫块8的上端均是弧形板体，下支撑垫块8的下端也设有滑块18并能够与台架17上端面的滑轨连接。所述上压模垫块10下端和下支撑垫块8上端的弧形板体对合后形成的圆箍的内径小于补贴管3的外径；电机座下方的横架板中装有丝套与丝杠15连接，电机14通过电缆与控制装置7的控制继电器连接。能够控制电机14的正反转工作。
31.所述支架19设有两个、分别固定在补贴管3的两端且位于加温箱11的两侧，两个支架19之间通过横梁连接；支架19的两侧还设有支撑座，所述支撑座设有挡板26和顶杆27，挡板26是直角形板体并与加强板形成直角三角形，顶杆27是螺杆且从挡板26的外侧旋入并顶靠在补贴管3两端的密封塞处；挡板26的底板的下端设有滑块18并能够与台架17上端面的
滑轨连接。通过支撑座从补贴管3的两侧做加强支撑，进一步保障试验工作的安全运行，防止补贴管3内的高压将两端的密封塞顶出。
32.所述补贴管3的两个端口内均装有密封塞，一个密封塞中设有排气孔与排气管和排气开关9顺次连接、另一个密封塞中设有进液孔与液压进液管21连接；补贴管3的两端外壁装有密封箍23，密封箍23的长度小于补贴管3的周长且两端通过螺栓对接。补贴管3的试验坯料穿过加温箱11两端密封盘中的补贴管装配孔，使用密封垫完成补贴管3与补贴管装配孔之间的密封，并将与补贴管3的内径配套的两个密封塞安装在补贴管3左右两端，顶杆27调整到顶紧在两个密封塞的位置，两个密封箍23分别安装在补贴管3左右两端，螺栓收紧后压紧补贴管3的两端以及两端内安装的密封塞，实现补贴管3两端以及与加温箱11之间的密封，同时可通过支架19和支撑座中的滑块18进行调节，能够对不同长度的补贴管3做胀形试验。
33.所述液位传感器22安装在加温箱11内壁上方，温度传感器24设有两个、分别安装在加温箱11内壁的左右两侧；连接后的超声测厚仪12和胀形高度位移传感器13安装在两个支架19之间的横梁中且位于加温箱11的中部，超声测厚仪12的探头装在加温箱11内并与补贴管3接触；液压压力传感器16安装在液压限位阀25的出口端。
34.参见图3和图5，所述台架17设有两层台板，上部台板的上端面设置滑轨并能够安装支撑座、支架19和固定加温箱11，下部台板中放置加温液箱5；支撑座、下支撑垫块8和支架19均安装在台架17中的滑轨中，台架17中设有锁止定位销销孔32，支架19的架板下端、下支撑垫块8的下端以及挡板26的底板中也设有锁止定位销销孔32，支撑座、下支撑垫块8和支架19的安装位置均能够通过锁止定位销31和锁止定位销销孔32在台架17中调整和固定。
35.所述加温箱11与加温液箱5之间的加温出液管28和加温进液管29中均设有控制阀门，加温液箱5的外面还装有冷却风扇；液压油箱20中的工作液是乳化液，能够使用的乳化液有hl#32、hl#46、hm#32和hm#46。
36.所述补贴管3能够使用不锈钢304l、不锈钢321、不锈钢316和铝合金6061材料制做。
37.控制装置7能够使用arm公司stm32f0、stm32f1和stm32f2型号控制装置，也能够到制造厂家定购。控制装置7设有控制芯片、输入键盘、显示屏幕，通过输入键盘完成装置的初始参数设置，将本发明中使用的各个测量和检测传感器的信号处理后在显示屏幕上实时显示，并完成测量后监测数据的记录储存。
38.液压泵2将液压油箱20内的乳化液泵出；增压器1对液压泵2泵出的乳化液进行二次增压，以达到补贴管3自由胀形所需要的工作压力；液压限压阀25限制液压回路中的最高工作压力。
39.支架19安装在台架17两端，左右对称分布，用于夹持和固定补贴管3两端，支撑座设有两个，通过滑轨18安装于台架17上，可对补贴管3的两侧做加强支撑。由于本发明中的支架19和支撑座中均设有滑块18，可根据试验用补贴管3的长度做出调整后对支架19和支撑座通过锁止定位销31固定，适应多种尺寸的补贴管3的试验工作。
40.温度传感器24设有两个安装于加温箱11内，用于测量加温液温度；胀形高度位移传感器13与超声测厚仪12连接后通过支架19之间的横梁安装在补贴管3中间上方并且探头与加温箱11内的补贴管3接触。试验中实时监测补贴管3自由胀形过程中壁厚的变化量并通
过胀形高度位移传感器13实时监测补贴管3胀形高度位移变化量；安装于液压回路中的液压压力传感器16使用的是带数字显示的液压压力传感器，既可以测量液压，也能够显示液压数值，参考使用型号有nnd-2188、feaeb-3、hg-601yb和mik-px300，测量进入补贴管3内的压力。液位传感器22安装在加温箱11内壁上方，用于检测加温箱11内加温液的液位。
41.本发明中补贴管3和试验系统的使用方法如下：1）根据试验设计确定补贴管3试验坯料长度，完成补贴管3的下料，下料完成后对补贴管3两端进行打磨和倒角，便于后续试验的夹持与密封操作；2）根据补贴管3试验坯料的长度调整支撑座和支架19之间的间距，并将支撑座和支架19通过锁止定位销31固定在台架17的滑轨中，选取与补贴管3直径相匹配的下支撑垫块8和上压模垫块10并分别通过螺栓安装在支撑座和支架19中；3）将补贴管3的试验坯料穿过加温箱11两端密封压盘中的补贴管装配孔，通过密封压盘和补贴管装配孔中的密封垫完成补贴管3与加温箱11之间的密封；将与补贴管3配套的两个密封塞安装在补贴管3两端，将顶杆27调整到顶紧两个密封塞的位置并将两个密封箍23分别套装在补贴管3左右两端，通过螺栓收紧密封箍23、使补贴管3的两端以及两端内安装的密封塞压紧，实现补贴管3两端的密封；4）启动电机14驱动丝杠15向下移动，推动上压模垫块10下移与下支撑垫块8完成补贴管3两端的固定；5）调整液位传感器22、温度传感器24、胀形高度位移传感器13、超声测厚仪12和液压压力传感器16，将连接后的超声测厚仪12和胀形高度位移传感器13垂直于补贴管3安装，并将超声测厚仪12的探头与补贴管3接触，同时查验超声测厚仪12和胀形高度位移传感器13的校准和显示传输；6）启动加温液泵6，将加温液从加温液箱5中通过加温进液管29泵入加温箱11中，当加温液完全没过补贴管3并达到液位传感器22位置时，加温液泵6停止工作；电热丝4通电工作对加温箱11中的加温液进行加温，控制装置7配合电热丝4、温度传感器24将加温液的温度设定在设置温度。
42.7）启动安装在液压油箱20中的液压泵2以及与液压泵2连接的增压器1，通过液压进液管21进行供液，打开排气开关9，对补贴管3内部排气，直到排气开关9中流出的全是工作液后、关闭排气开关9；液压油箱20为补贴管3不断供液，补贴管3内按照设计压力充液和自由胀形。
43.本发明中的各个测量、监测用的传感器，实时监测补贴管3的壁厚、胀形高度以及补贴管3内的液压压力等数据并在控制装置7的显示屏幕上实时显示并进行数据储存，生成数据曲线。
44.试验完成后，关闭液压回路中的液压泵2和加温液泵6并完成泄压，打开加温箱11与加温液箱5之间加温出液管28中的控制阀门，利用重力将加温液通过加温出液管28流回加温液箱5中。冷却风扇不断工作为加温液箱5内的加温液风冷降温，移开各个监测、测量用的传感器并完成试验补贴管3和试验系统中各装置的拆解，为下次试验做好准备。
45.上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本发明不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术
方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的创造精神和创造理念之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，保护范围不仅限于上文的说明。