一种屈曲管柱阻力测量方法技术

本发明专利技术涉及一种屈曲管柱阻力测量方法，其特征在于：首先控制动力装置，调整水平推力轴，固定模拟套管的曲率半径；其次向模拟套管中放入模拟管柱，将模拟管柱的上部连接应力传感器，记录应力传感器显示数值，该数值为大钩载荷；然后控制纵向动力装置使应力传感器匀速向下运动，记录应力随位移变化曲线；再次控制动力装置，横向移动水平推力轴，改变模拟套管的曲率半径；最后记录不同曲率半径下的应力‑位移曲线，分析套管屈曲对管柱受到的阻力的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气井工程领域，具体涉及一种屈曲管柱阻力测量方法。
技术介绍
石油钻井过程中，钻井管柱的受力分析是钻井设计和作业过程中研究的重点之一。对直井防斜、定向井轨迹控制、大位移井摩阻计算、套管设计等过程的综合计算分析具有重要意义。目前，许多数学和力学的工具被应用在该问题上。包括微元分析法、有限单元法、有限差分法、纵横弯曲法等。但是，由于对该过程简化手段认识的分歧、现场验证难度大、不确定因素多，这一过程的计算分析存在很大问题。由于油井井眼轨迹并不是直线。一般会分为垂直段、造斜段、稳斜段、水平段等。管柱受到内外应力以及重力、振动等会产生屈曲。屈曲管柱在井眼和套管中的摩擦阻力是计算中的重点之一。通常采用经验法将屈曲引起的阻力简化为综合摩擦系数考虑。这种简化方法与实际情况差距较大，不能较准确地反映实际情况。实验是评价屈曲管柱摩擦阻力的方法。可以计算管柱在各种弯曲井眼轨迹或自身屈曲下与套管以及井眼的摩擦阻力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种屈曲管柱阻力测量方法，该设备能够模拟井眼中各种弯曲段对钻井管柱摩擦阻力的影响，并且能够验证各种理论方法和数值模拟方法对弯曲段摩阻计算的准确性。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种屈曲管柱阻力测量方法，其按照先后顺序包括以下步骤：(1)控制动力装置，调整水平推力轴，固定模拟套管的曲率半径；(2)向模拟套管中放入模拟管柱，将模拟管柱的上部连接应力传感器，记录应力传感器显示数值，该数值为大钩载荷；(3)控制纵向动力装置使应力传感器匀速向下运动，记录应力随位移变化曲线；(4)控制动力装置，横向移动水平推力轴，改变模拟套管的曲率半径；(5)重复上述实验，记录不同曲率半径下的应力-位移曲线，分析套管屈曲对管柱受到的阻力的影响。其中使用到一种屈曲管柱阻力测量装置，其结构包括纵向动力装置、应力传感器、模拟管柱、模拟套管、压轮、固定架、动力装置、水平推力轴、压轮固定杆、机架，其特征在于：所述的纵向动力装置能够控制应力传感器垂向移动，所述的应力传感器下端连接模拟管柱，能够测量垂向应力，所述的模拟管柱位于模拟套管内，且其外径小于模拟套管内径，所述的模拟套管上部被固定架固定于压轮上，下部与水平推力轴通过铰约束，所述的固定架固定于机架上，所述的压轮固定杆与固定架共同保持压轮与机架的相对位置不变，所述的动力装置固定于机架上，能够控制水平推力轴水平运动，进而改变模拟套管曲率半径，所述的机架与模拟套管水平段接触。本专利技术的设计原理：大多数石油钻井井眼轨迹并不是直线，井眼轨迹也会弯曲，套管的上提和下放过程中，套管会伴随井眼轨迹弯曲而弯曲，进而产生额外的阻力。同理，在已固井的井段中，钻井管柱也会随着套管的弯曲而弯曲，进而产生额外阻力，降低钻压。为测量该阻力以及验证相关理论模型的可靠性，本装置模拟了管柱在不同曲率半径下的摩擦阻力。其中，动力装置对东水平推力轴横向挤压模拟套管，由于模拟套管一端固定在压轮上，模拟套管因为受到挤压应力而改变弯曲段曲率。纵向动力装置以恒定速率向下挤压应力传感器，同时记下应力传感器位移量，由于应力传感器不可压缩，会将力传递给模拟管柱，同时记下所受应力，进而得到位移-应力曲线，在位移-应力曲线上的最大值可以表征静摩擦力，静摩擦力后的恒定应力可以表征动摩擦力。随着模拟套管曲率半径减小，模拟管柱变形加大，其弹性能使它与模拟套管之间的摩擦力增加，进而屈曲管柱上提下放的阻力增加。通过改变曲率半径，可以计算不同套管曲率半径下，钻井管柱因为变形产生的阻力的变化。本专利技术的有益效果：由上述的原理设计可看出，本专利技术所提供的一种屈曲管柱阻力测量方法操作简便，结构完整，操作简单，可行性好，能够测量不同曲率半径下，管柱在套管中的应力-位移曲线，进而分析套管屈曲对管柱受到的阻力的影响。附图说明图1为本专利技术实施例1的一种屈曲管柱阻力测量方法的流程图；图2为按照本专利技术实施例1的一种屈曲管柱阻力测量方法所用到的一种屈曲管柱阻力测量装置的结构示意图。图中标注说明：1纵向动力装置，2应力传感器，3模拟管柱，4模拟套管，5压轮，6固定架，7动力装置，8水平推力轴，9压轮固定杆，10机架。具体实施方式实施例1如图1所示，一种屈曲管柱阻力测量方法，包括以下步骤：(1)控制动力装置，调整水平推力轴，固定模拟套管的曲率半径；(2)向模拟套管中放入模拟管柱，将模拟管柱的上部连接应力传感器，记录应力传感器显示数值，该数值为大钩载荷；(3)控制纵向动力装置使应力传感器匀速向下运动，记录应力随位移变化曲线；(4)控制动力装置，横向移动水平推力轴，改变模拟套管的曲率半径；(5)重复上述实验，记录不同曲率半径下的应力-位移曲线，分析套管屈曲对管柱受到的阻力的影响。本专利技术中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种屈曲管柱阻力测量方法，其特征在于包括以下步骤：(1)控制动力装置，调整水平推力轴，固定模拟套管的曲率半径；(2)向模拟套管中放入模拟管柱，将模拟管柱的上部连接应力传感器，记录应力传感器显示数值，该数值为大钩载荷；(3)控制纵向动力装置使应力传感器匀速向下运动，记录应力随位移变化曲线；(4)控制动力装置，横向移动水平推力轴，改变模拟套管的曲率半径；(5)重复步骤(4)，记录不同曲率半径下的应力‑位移曲线，分析套管屈曲对管柱受到的阻力的影响。

【技术特征摘要】
1.一种屈曲管柱阻力测量方法，其特征在于包括以下步骤：(1)控制动力装置，调整水平推力轴，固定模拟套管的曲率半径；(2)向模拟套管中放入模拟管柱，将模拟管柱的上部连接应力传感器，记录应力传感器显示数值，该数值为大钩载荷；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亢，林中月，
申请(专利权)人：刘亢，
类型：发明
国别省市：北京;11