CN105091662A - 射孔枪枪管的测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种射孔枪枪管的测试装置及测试方法。该测试装置包括：力学传感器，设置于射孔枪枪管上，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；超动态应变仪，与力学传感器连接，用于输出应变测试数据；应力仪，与力学传感器连接，用于输出应力测试数据；电荷放大器，与力学传感器连接，用于输出压力测试信息及加速度测试数；多通道数据采集器，分别与超动态应变仪、应力仪和电荷放大器连接，以采集超动态应变仪、应力仪和电荷放大器输出的数据；示波器，与多通道数据采集器连接，用于对多通道数据采集器采集的数据以波形图形进行显示。以进行爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探技术领域，具体而言，涉及一种射孔枪枪管的测试装置及测试方法。
背景技术
随着油气勘探开发向深层钻进，出现了7000米以上的超深井，大威力射孔装药和大密度射孔时，复杂的射孔环境使因射孔作业而引发的管柱受损事故频发。由于钻完一口井的成本高达上亿元，因此对射孔作业提出较高的要求，必须保证安全射孔。所以，有效降低爆炸冲击载荷对管柱的冲击，尽量避免射孔段套管及管柱失稳和损伤现象的出现，已成为射孔技术发展过程中亟待解决的重大问题。对于该问题，预先测试射孔作业爆炸载荷条件下枪管、管柱的动力学响应参数可为管柱失稳和损伤机理分析提供数据支持。但目前没有相应的装置及方法来进行爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试。
有鉴于现有的射孔作业过程中存在的诸多问题和缺陷，本发明人积极加以研究和创新，最终研发了一种新颖的爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试装置及方法，为管柱失稳和损伤机理分析提供数据支持。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种射孔枪枪管的测试装置及测试方法，以解决现有技术中无法进行爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种射孔枪枪管的测试装置，用于射孔弹爆炸载荷下，测得射孔枪枪管动力学响应参数，其中射孔枪内的射孔弹通过导爆索连接雷管起爆器，所述测试装置包括：力学传感器，设置于所述射孔枪枪管上，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；超动态应变仪，与所述力学传感器连接，用于输出应变测试数据；应力仪，与所述力学传感器连接，用于输出应力测试数据；电荷放大器，与所述力学传感器连接，用于输出压力测试信息及加速度测试数；多通道数据采集器，分别与所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器连接，以采集所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器输出的数据；示波器，与所述多通道数据采集器连接，用于对所述多通道数据采集器采集的数据以波形图形进行显示；计算机，与所述多通道数据采集器连接，用于对所述多通道数据采集器采集的数据进行存储。
一种射孔枪枪管的测试装置，射孔枪枪管通过导爆索连接有雷管起爆器，该测试装置包括：力学传感器，设置于射孔枪枪管上，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；超动态应变仪，与力学传感器连接，用于输出应变测试数据；应力仪，与力学传感器连接，用于输出应力测试数据；电荷放大器，与力学传感器连接，用于输出压力测试信息及加速度测试数；多通道数据采集器，分别与超动态应变仪、应力仪和电荷放大器连接，以采集超动态应变仪、应力仪和电荷放大器输出的数据；示波器，与多通道数据采集器连接，用于对多通道数据采集器采集的数据以波形图形进行显示。
进一步地，力学传感器包括：第一应变片，与超动态应变仪连接，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史；第二应变片，与应力仪连接，用于测量枪管壁面的动态应力的变化史；压电式压力传感器，与电荷放大器连接，用于测量枪管壁面的冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；压电式加速度传感器，与电荷放大器连接，用于测量枪管的加速度的变化史。
进一步地，第一应变片和第二应变片位于与射孔枪的射孔弹相对的位置，且第一应变片和第二应变片均粘贴于射孔枪的枪管壁上。
进一步地，第一应变片和第二应变片均为两个，两个第一应变片和两个第二应变片在射孔枪的射孔弹四周相互正交对称设置。
进一步地，压电式压力传感器通过螺纹固定于射孔枪枪管的枪管壁上的螺纹通孔内，压电式压力传感器的敏感面元件朝向枪管内侧。
进一步地，压电式加速度传感器通过螺纹固定于射孔枪枪管的枪管壁上的螺纹孔内。
进一步地，压电式压力传感器和压电式加速度传感器分别位于射孔枪的射孔弹两侧轴向距离为50mm的部位。
进一步地，雷管起爆器连接有电探针，电探针连接同步触发器，同步触发器连接多通道数据采集器。
根据本发明的另一方面，提供了一种射孔枪枪管的测试方法，射孔枪悬挂于注有水的容器内，射孔枪内的射孔弹位于水面下方且连接有导爆索，导爆索引出枪管外并连接雷管起爆器，该测试方法包括采用上述的测试装置对射孔枪枪管进行测试，以测得在射孔弹爆炸载荷下，射孔枪枪管的动力学响应参数。
应用本发明的技术方案，本发明提供了一种射孔枪枪管的测试装置，由于该测试装置包括力学传感器，以及与该力学传感器连接的超动态应变仪、应力仪和电荷放大器，从而能够用于射孔弹爆炸载荷下射孔枪枪管的动力学响应参数的测试，且该测试装置设计简单，能够测量的动力学响应参数包括射孔枪枪管局部的应力、应变、壁面冲击波载荷以及枪管整体的加速度，从而为管柱失稳和损伤机理分析提供了数据支持，进而避免了直接射孔作业可能造成的损失，节约了试验费用，同时具有高安全性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施方式所提供射孔枪枪管的测试装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施方式所提供射孔枪枪管的测试装置的使用示意图；
图3示出了本发明实施方式所提供射孔枪枪管的测试装置中力学传感器的分布示意图；
图4示出了本发明实施方式所提供射孔枪枪管的测试装置中应变片的布局图。
具体实施方式
本发明的主要目的在于提供一种射孔枪枪管的测试装置及测试方法，以解决现有技术中无法进行爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种射孔枪枪管的测试装置，用于射孔弹爆炸载荷下，测得射孔枪枪管动力学响应参数，其中射孔枪内的射孔弹通过导爆索连接雷管起爆器，所述测试装置包括：力学传感器，设置于所述射孔枪枪管上，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；超动态应变仪，与所述力学传感器连接，用于输出应变测试数据；应力仪，与所述力学传感器连接，用于输出应力测试数据；电荷放大器，与所述力学传感器连接，用于输出压力测试信息及加速度测试数；多通道数据采集器，分别与所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器连接，以采集所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器输出的数据；示波器，与所述多通道数据采集器连接，用于对所述多通道数据采集器采集的数据以波形图形进行显示；计算机，与所述多通道数据采集器连接，用于对所述多通道数据采集器采集的数据进行存储。
一种射孔枪枪管的测试装置，射孔枪枪管通过导爆索连接有雷管起爆器，该测试装置包括：力学传感器，设置于射孔枪枪管上，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；超动态应变仪，与力学传感器连接，用于输出应变测试数据；应力仪，与力学传感器连接，用于输出应力测试数据；电荷放大器，与力学传感器连接，用于输出压力测试信息及加速度测试数；多通道数据采集器，分别与超动态应变仪、应力仪和电荷放大器连接，以采集超动态应变仪、应力仪和电荷放大器输出的数据；示波器，与多通道数据采集器连接，用于对多通道数据采集器采集的数据以波形图形进行显示。
进一步地，力学传感器包括：第一应变片，与超动态应变仪连接，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史；第二应变片，与应力仪连接，用于测量枪管壁面的动态应力的变化史；压电式压力传感器，与电荷放大器连接，用于测量枪管壁面的冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；压电式加速度传感器，与电荷放大器连接，用于测量枪管的加速度的变化史。
进一步地，第一应变片和第二应变片位于与射孔枪的射孔弹相对的位置，且第一应变片和第二应变片均粘贴于射孔枪的枪管壁上。
进一步地，第一应变片和第二应变片均为两个，两个第一应变片和两个第二应变片在射孔枪的射孔弹四周相互正交对称设置。
进一步地，压电式压力传感器通过螺纹固定于射孔枪枪管的枪管壁上的螺纹通孔内，压电式压力传感器的敏感面元件朝向枪管内侧。
进一步地，压电式加速度传感器通过螺纹固定于射孔枪枪管的枪管壁上的螺纹孔内。
进一步地，压电式压力传感器和压电式加速度传感器分别位于射孔枪的射孔弹两侧轴向距离为50mm的部位。
进一步地，雷管起爆器连接有电探针，电探针连接同步触发器，同步触发器连接多通道数据采集器。
根据本发明的另一方面，提供了一种射孔枪枪管的测试方法，射孔枪悬挂于注有水的容器内，射孔枪内的射孔弹位于水面下方且连接有导爆索，导爆索引出枪管外并连接雷管起爆器，该测试方法包括采用上述的测试装置对射孔枪枪管进行测试，以测得在射孔弹爆炸载荷下，射孔枪枪管的动力学响应参数。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1为本发明的爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试装置的结构框图；图2为本发明的爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试装置使用的示意图；图3为本发明的爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试装置中力学传感器的分布示意图；图4为本发明的爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试装置中应变片的布局图。参见图1至图4，爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试装置，用于射孔弹爆炸载荷下，测得射孔枪枪管13动力学响应参数，其中射孔枪内的射孔弹14通过导爆索15连接雷管起爆器16，本发明的测试装置包括：
力学传感器2，设置于射孔枪枪管13上，用于测量枪管13壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；
超动态应变仪5，与力学传感器2连接，输出应变测试数据；
应力仪18，与力学传感器2连接，输出应力测试数据；
电荷放大器4，与力学传感器2连接，输出压力测试信息及加速度测试数据；
多通道数据采集器6，与超动态应变仪5、应力仪18和电荷放大器4连接，分别采集超动态应变仪5、应力仪18和电荷放大器4输出的数据；
示波器19，与多通道数据采集器6连接，对多通道数据采集器6采集的数据以波形图形进行显示；
计算机20，与多通道数据采集器6连接，对多通道数据采集器6采集的数据进行存储。
作为上述实施例的优选，本发明中力学传感器2可以根据需要采用适当的装置以检测相应动力学响应参数，如力学传感器2可以由应变片9、压电式压力传感器10和压电式加速度传感器11构成：
应变片9用来测量枪管壁面的动态应变的变化史及动态应力的变化史，其中应变片9包括第一应变片91和第二应变片92；
第一应变片91，测量枪管壁面的动态应变的变化史，通过高频传输电缆3与超动态应变仪5连接；
第二应变片92，测量枪管壁面的动态应力的变化史，通过高频传输电缆3与应力仪18连接；
压电式压力传感器10，测量枪管壁面的冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史，通过高频传输电缆3与电荷放大器4连接；
压电式加速度传感器11，测量枪管的加速度的变化史，通过高频传输电缆3与电荷放大器4连接。
作为上述实施例的优选，第一应变片91和第二应变片92位于与射孔枪的射孔弹相对的位置，第一应变片和第二应变片用环氧树脂胶粘贴于射孔枪的枪管壁上。参见图1和图4，本实施例中第一应变片91为两个，第二应变片92也是两个，两个第一应变片91和两个第二应变片92相互正交对称设置。
参见图3，压电式压力传感器10通过螺纹固定于射孔枪的枪管壁上的螺纹通孔内，压电式压力传感器10的敏感面元件朝向枪管内侧。压电式压力传感器10的敏感面元件应尽量与枪管13的内壁面平齐。
参见图3，压电式加速度传感器11通过螺纹固定于射孔枪的枪管壁上的螺纹孔内。
参见图3，压电式压力传感器和压电式加速度传感器分别位于射孔枪的射孔弹两侧轴向距离为50mm的部位。
参见图1，雷管起爆器连接有电探针，电探针连接同步触发器，同步触发器连接多通道数据采集器。
采用本发明的测试装置进行爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试方法，具体如下。本发明的爆炸载荷下射孔枪枪管动力学响应测试方法，用于射孔弹爆炸载荷下，测得射孔枪枪管动力学响应参数，射孔枪悬挂于注有水的容器内，射孔弹位于水面下方，其中射孔枪内的射孔弹连接导爆索，导爆索引出枪管外并连接雷管起爆器，按上述实施例的测试装置将各部件连好后即可进行相关测试。起爆后通过示波器可观察实验数据，并将实验数据存储在计算机内。
本实施例中采用一枚89型射孔弹、89型射孔枪管、弹架以及导爆索、雷管起爆器等，枪管的长度定为550mm，弹架中间部分的长度为350mm，射孔弹安装于枪管的中部。将射孔弹14装在弹架内，导爆索15缠绕在弹架上，并与射孔弹14上的电雷管16保证接触良好；装好射孔弹14的弹架装入射孔枪内。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明提供了一种射孔枪枪管的测试装置，由于该测试装置包括力学传感器，以及与该力学传感器连接的超动态应变仪、应力仪和电荷放大器，从而能够用于射孔弹爆炸载荷下射孔枪枪管的动力学响应参数的测试，且该测试装置设计简单，能够测量的动力学响应参数包括射孔枪枪管局部的应力、应变、壁面冲击波载荷以及枪管整体的加速度，从而为管柱失稳和损伤机理分析提供了数据支持，进而避免了直接射孔作业可能造成的损失，节约了试验费用，同时具有高安全性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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。
Claims (10)
1.一种射孔枪枪管的测试装置，其特征在于，用于射孔弹爆炸载荷下，测得射孔枪枪管动力学响应参数，其中射孔枪内的射孔弹通过导爆索连接雷管起爆器，所述测试装置包括：
力学传感器，设置于所述射孔枪枪管上，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；
超动态应变仪，与所述力学传感器连接，用于输出应变测试数据；
应力仪，与所述力学传感器连接，用于输出应力测试数据；
电荷放大器，与所述力学传感器连接，用于输出压力测试信息及加速度测试数；
多通道数据采集器，分别与所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器连接，以采集所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器输出的数据；
示波器，与所述多通道数据采集器连接，用于对所述多通道数据采集器采集的数据以波形图形进行显示；
计算机，与所述多通道数据采集器连接，用于对所述多通道数据采集器采集的数据进行存储。
2.一种射孔枪枪管的测试装置，其特征在于，所述射孔枪枪管通过导爆索连接有雷管起爆器，所述测试装置包括：
力学传感器，设置于所述射孔枪枪管上，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史、动态应力变化史、冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；
超动态应变仪，与所述力学传感器连接，用于输出应变测试数据；
应力仪，与所述力学传感器连接，用于输出应力测试数据；
电荷放大器，与所述力学传感器连接，用于输出压力测试信息及加速度测试数；
多通道数据采集器，分别与所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器连接，以采集所述超动态应变仪、所述应力仪和所述电荷放大器输出的数据；
示波器，与所述多通道数据采集器连接，用于对所述多通道数据采集器采集的数据以波形图形进行显示。
3.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述力学传感器包括：
第一应变片，与所述超动态应变仪连接，用于测量枪管壁面的动态应变的变化史；
第二应变片，与所述应力仪连接，用于测量枪管壁面的动态应力的变化史；
压电式压力传感器，与所述电荷放大器连接，用于测量枪管壁面的冲击波超压的变化史以及枪管的加速度的变化史；
压电式加速度传感器，与所述电荷放大器连接，用于测量枪管的加速度的变化史。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，
所述第一应变片和所述第二应变片位于与射孔枪的射孔弹相对的位置，且所述第一应变片和所述第二应变片均粘贴于射孔枪的枪管壁上。
5.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述第一应变片和所述第二应变片均为两个，两个所述第一应变片和两个所述第二应变片在所述射孔枪的射孔弹四周相互正交对称设置。
6.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述压电式压力传感器通过螺纹固定于所述射孔枪枪管的枪管壁上的螺纹通孔内，所述压电式压力传感器的敏感面元件朝向枪管内侧。
7.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述压电式加速度传感器通过螺纹固定于射孔枪枪管的枪管壁上的螺纹孔内。
8.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述压电式压力传感器和所述压电式加速度传感器分别位于所述射孔枪的射孔弹两侧轴向距离为50mm的部位。
9.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述雷管起爆器连接有电探针，所述电探针连接同步触发器，所述同步触发器连接所述多通道数据采集器。
10.一种射孔枪枪管的测试方法，其特征在于，所述射孔枪悬挂于注有水的容器内，所述射孔枪内的射孔弹位于水面下方且连接有导爆索，所述导爆索引出所述射孔枪枪管外并连接有雷管起爆器，所述测试方法包括采用权利要求1至9中任一项所述的测试装置对所述射孔枪枪管进行测试，以测得在所述射孔弹爆炸载荷下，所述射孔枪枪管的动力学响应参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151125 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |