CN103487335B - 油套管特殊扣过扭大应变的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油套管特殊扣过扭大应变的测试方法，该方法包括有以下步骤：1）选择测试仪器及器件；2）在油套管特殊扣密封面内壁划粘贴参考线；3）粘贴应变片；粘贴完成后，将应变片的引线与排线焊连在一起，排线的插口接到应变箱上，应变箱与电脑通讯线连接好，即可进行试验。本发明的效果是采用该粘贴方法来反应密封面附近三个方向的应力状态，当应变值在API标准规定的屈服应变值时，对应当时的扭矩，即可获得特殊扣可承受的最高扭矩能力。能够反应实际应变情况，明显看到屈服现象，最终精确确定应变与扭矩之间的对应关系。

Description

油套管特殊扣过扭大应变的测试方法

技术领域

本发明涉及一种油套管特殊扣过扭大应变的测试方法，为评价石油天然气用管特殊扣在进行过扭试验评价时，密封部分的变形与扭矩之间的关系。

背景技术

近年来石油天然气行业环境井况越来越复杂，对所用油套管提出了更苛刻的要求，其中用于连接用的油套管特殊扣为高强度高密封性能的重要环节。

由于井身越来越深，油套管在下井时，连接用的特殊扣在上紧时，扭矩要求高，有时还会发生特殊扣在拧接时过扭情况，过扭时特殊扣公端密封面与母端密封面对顶，直到密封面处应变达到或超过屈服应变，导致特殊扣密封面材料屈服甚至发生永久性塑性变形，使特殊扣密封面失去金属对金属的弹性密封能力。因此在油套管下井前和设计完成后需对特殊扣进行过扭试验，来确定该特殊扣的最高承受扭矩能力大于下井扭矩力，不会发生过扭情况而损坏金属对金属密封能力。为了精确确定该扭矩值，需要精确的测试手段，预通过查找目前国内外的文献，得到解决办法。

经过各种论文、专利等文献的搜索，尚未发现类似方法来解决该问题，只看到一项用应变方法测试API扣接箍外弹性应力状态的文献，即“管螺纹接头内外螺纹表面接触状态分布的测试方法”，该方法为弹性范围，不能测量屈服以上大应变，且应变片的粘贴不受区域限制。而特殊扣密封面具有区域小、塑性大应变等特点，经有限元分析，在密封面内壁仅在距密封面端部5mm范围内变化大，因此需用塑性大应变仪器、小尺寸大量程应变片和特殊粘贴方法才能真正反映特殊扣密封面小区域内的应变情况。本发明就是特殊扣密封面过扭应变测量的专用方法。

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种油套管特殊扣过扭大应变的测试方法，以达到能够测试特殊扣在上/卸扣过程中密封面附近应力的功能和能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种油套管特殊扣过扭大应变的测试方法，该方法包括有以下步骤：

1）选择测试仪器及器件

选用20万微应变测试能力的应变箱，20万微应变3mm小尺寸单向应变片；

2）在油套管特殊扣密封面内壁划粘贴参考线

在油套管特殊扣密封面对应的内壁圆周等分为4个区域，以特殊扣密封面端部为基准，在每个区域内画0°、45°、90°粘贴参考线，每0°、45°、90°粘贴参考线为一组，并使三个角度的粘贴参考线在每个区域内沿周向均匀分布；

以特殊扣密封面端部为基准画5mm平行线；

3）粘贴应变片

在画好的线附近，打磨密封面内壁，直到出现光亮基体表面，用酒精将表面擦拭干净，应变片粘上专用胶水，以5mm线和0°、45°、90°粘贴参考线为基准在密封面内壁粘贴应变片；

粘贴完成后，将应变片的引线与排线焊连在一起，排线的插口接到应变箱上，应变箱与电脑通讯线连接好，即可进行试验。

本发明的效果是采用该大应变测试和粘贴方法来反应密封面附近三个方向的应力状态，当应变值在API标准规定的屈服应变值时，对应当时的扭矩，即可获得特殊扣可承受的最高扭矩能力。使用此方法，当应变超过屈服（如6000微应变）快速向塑性大应变转变，此时应变片被破坏，能够反应能力也无法反应实际应变情况，使得应变数据完整，在应变图上明显看到屈服现象，能够得到相应的扭矩值，最终可以精确确定应变与扭矩之间的对应关系。

附图说明

图1是本发明油套管公端应变片粘贴位置示意图

图2是本发明油套管上扣后公母端应变片粘贴和试验系统示意图；

图3、图4是本发明测试的扭矩-时间曲线和微应变-时间曲线。

图中：

1、特殊扣连接螺纹    2、特殊扣密封面   3、应变片

4、距端部5mm的平行线 5、45°粘贴参考线  6、90°粘贴参考线

7、0°粘贴参考线    8、公端管体   9、接箍    10、应变片引线

11、应变箱子通讯接口 12、应变箱   13、排线     14、采集电脑

15、通讯线

具体实施方式

结合附图对本发明的油套管特殊扣过扭大应变的测试方法加以说明。

本发明的油套管特殊扣过扭大应变的测试方法依据现状，构思了可在5mm间距小区域内测量塑性大应变，能够更加真实反应密封面应力状态，得出应变与扭矩之间的动态关系，解决了精确测定过扭试验时如何确定特殊扣可承受的最高扭矩能力的问题。

本发明的油套管特殊扣过扭大应变的测试方法包括有以下步骤：

1）选择测试仪器及器件

选用20万微应变测试能力的应变箱，20万微应变3mm小尺寸单向应变片；

2）在油套管特殊扣密封面内壁划粘贴参考线

在油套管特殊扣密封面对应的内壁圆周等分为4个区域，以特殊扣密封面端部为基准，在每个区域内画0°、45°、90°粘贴参考线，每0°、45°、90°粘贴参考线为一组，并使三个角度的粘贴参考线在每个区域内沿周向均匀分布；

以特殊扣密封面端部为基准画5mm平行线；

3）粘贴应变片

在画好的线附近，打磨密封面内壁，直到出现光亮基体表面，用酒精将表面擦拭干净，应变片粘上专用胶水，以5mm线和0°、45°、90°粘贴参考线为基准在密封面内壁粘贴应变片；

粘贴完成后，将应变片的引线与排线焊连在一起，排线的插口接到应变箱上，应变箱与电脑通讯线连接好，即可进行试验。

本发明的油套管特殊扣过扭大应变的测试方法是这样实现的：

该方法测试对象为油套管特殊扣，特殊扣由特殊扣连接螺纹1和特殊扣密封面2组成，有限元分析表明特殊扣密封面2在上扣过程中密封面处接触应变最大的区域在距密封面端部5mm区域内，4为距端部5mm的平行线，由于区域的限制，也为了真实反应密封面的接触应力，采用单向3mm的应变片3来测量接触应变。特殊扣为精密数控车床加工，因此特殊扣的精度较高，为使应变片反应密封面上各方向的应力，以密封面端部为基准粘贴应变片，以密封面端部为基础分别画45°粘贴参考线5、90°粘贴参考线6、0°粘贴参考线7，分别在这三条线为参考粘贴应变片3。

应变片3为专制20万微应变小尺寸应变片，可测量特殊扣密封面从弹性到屈服甚至完全塑性大变形过程的应变状态，并配备20万微应变能力的应变箱12，使在超过弹性范围时，不发生应变片损坏无法测量全部应变状态的情况。API标准中规定材料的屈服总延伸率为6%，则确定当应变值为6000微应变时对应的扭矩值为特殊扣能承受的最高扭矩能力。但是在上扣过程中按照设备最大能力上扣，为了得到屈服时的扭矩值，需将特殊扣上到扭矩-圈数曲线上可看到明显屈服现象时再停止，此时的密封面处已经发生了很大的塑性变形，弹性范围内使用的应变片在超过屈服之后已经被破坏，无法在实时显示应变状态，必须采用塑性大应变片和应变系统。该发明选用20万微应变能力的应变系统和应变片，测试应变值。

试验完成后，按照曲线分别用时间去对应6000με与扭矩值，即可得出特殊扣能承受的最高扭矩能力。如图3、4所示，从对应点即可快速获得特殊扣的最高扭矩能力值。

从得到的扭矩-时间曲线，和微应变-时间曲线，分别对应6000微应变时时间为125S，可很快在扭矩-时间曲线上得到125S时对应的扭矩值，即我们所要获得的最高扭矩能力值。

首先清洗管子内壁，然后进行画线，对图1中特殊扣公端密封面2对应的内壁区域进行画线，即距端部5mm的平行线4作为参考线，划定应变片粘贴区域。用以钢板尺靠在公端密封面端部，以此为基准，用软三角板画出45°粘贴参考线5和90°粘贴参考线6，用钢板尺量取2个2mm的点，用软直尺画0°粘贴参考线7，将准备好的能测10万微应变以上的应变片3，分别以45°、粘贴线参考线5、90°粘贴参考线、6、0°粘贴参考线7为基准，粘贴在距密封面2端部2mm到5mm之间，该位置既能测到有限元分析得出的应变量最大的区域，又不会造成上扣前涂抹螺纹脂损坏应变片，分别粘贴4组于特殊扣密封面2对应的内壁上。

以P110钢级，Φ339.72*13.06mm特殊扣TP-CQ为例，将特殊扣TP-CQ密封面对应的内壁圆周分为四等分，用钢板尺靠在密封面端部，以钢板尺为基准，分别画距端部5mm的平行线作为参考线4、45°粘贴参考线5、90°粘贴参考线6、距端部2mm的0°粘贴参考线7，以45°粘贴参考线5、90°粘贴参考线6、距端部2mm的0°粘贴参考线7的三个位置为一组，分别在周周四个等分区域内粘贴能测量20万微应变的应变片。粘贴完成后，将连接应变箱12与应变片3的排线13从不带特殊扣的一端送入管内，再将排线13与应变片的的引线10相连，连线都焊好后，用绝缘胶布将裸漏的线头均包裹绝缘胶布，做到与试验管体绝缘，将排线13连接到应变箱12的应变箱子通讯接口11，应变箱12通过通讯线15与采集电脑14进行连接，此时开始上扣试验，即同时采集时间-扭矩曲线和时间-应变曲线。API标准规定P110的材料总延伸率为0.6%，即当应变为6000微应变时，材料达到屈服，从在应变-时间曲线上找6000微应变的时间点，然后对应时间-扭矩曲线上的扭矩值，即得到了该规格下特殊扣的最大承受扭矩值为22000ft-lbs。

Claims (1)

1.一种油套管特殊扣过扭大应变的测试方法，该方法包括有以下步骤：

1)选择测试仪器及器件

选用20万微应变测试能力的应变箱，20万微应变3mm小尺寸单向应变片；

2)在油套管特殊扣密封面内壁划粘贴参考线

在油套管特殊扣密封面对应的内壁圆周等分为4个区域，以特殊扣密封面端部为基准，在每个区域内画0°、45°、90°粘贴参考线，每0°、45°、90°粘贴参考线为一组，并使三个角度的粘贴参考线在每个区域内沿周向均匀分布；

以特殊扣密封面端部为基准画5mm平行线；

3)粘贴应变片

在上述画好的每个区域参考线附近，打磨密封面内壁，直到出现光亮基体表面，用酒精将表面擦拭干净，应变片粘上专用胶水，以5mm线和0°、45°、90°粘贴参考线为基准在密封面内壁粘贴应变片；

粘贴完成后，将应变片的引线与排线焊连在一起，排线的插口接到应变箱上，应变箱与电脑通讯线连接好，即可进行试验。