CN105781526A - 一种注水井管柱受力测试装置及受力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注水井管柱受力测试装置及受力测试方法，属于采油工程技术领域。注水井管柱受力测试装置包括：内筒、外筒和管接头，所述内筒与所述外筒两端密封，所述内筒与所述外筒的环空区域设置有密封电气舱；所述内筒与管接头之间通过螺纹连接和O型密封圈形成环形密封空腔；所述密封电气舱内设置有至少一个用于测量所述内筒长度变化的应变片以及数据采集电路，所述应变片粘附在所述内筒上。采用这样一种结构的注水井管柱受力测试装置能够有效提高大斜度井在注水过程中对管柱轴向受力测试的可靠性和精度。

Description

一种注水井管柱受力测试装置及受力测试方法

技术领域

本发明涉及采油工程技术领域，特别涉及一种注水井管柱受力测试装置及受力测试方法。

背景技术

随着国内对大斜度井开发相关技术和与其配套的井下工具的研发不断深入，采用注水管柱对大斜度井进行分层注水已成为实现稳产高产的重要技术方案。我国大斜度井分层注水开发过程中，由于大斜度井自身井况和井身结构相对复杂，注水井内高温高压环境和注水压力产生较大波动的影响，使注水管柱在注水开发过程中的坐封、注水和洗井等工艺阶段中管柱变形较大，使注水井的分层注水的效果差，使其对我国油田后续开发产生严重的影响。

大斜度井在采用注水管柱进行注水过程中，管柱在井筒内的受力会受到自重、摩擦力、粘滞摩阻、井筒压力等多种因素的综合影响，受力十分复杂。同时，由于大斜度井地层的不确定性和大斜度井型及各段曲率不同，注水管柱在井下受力与变形很复杂，注水管柱力学分析理论研究的可靠性需要依靠现场试验数据来验证。因此，研制并研究了一种注水井管柱受力测试装置及受力测试方法，用于大斜度井注水管柱的载荷测试，以实测井下管柱在注水作业过程中的受力变化情况。

现有的受力测试装置尚难以实现在满足受力测试的可靠性和精度的同时，确保测试作业时间和使用寿命，且无法有效克服井筒内地下液体、复杂施工工艺和注水对测试元件的影响，施工方法不便于现场推广应用。

发明内容

为了提高大斜度井注水过程中对注水管柱受力测试的可靠性和精度，本发明实施例提供了一种注水井管柱受力测试装置及受力测试方法。所述技术方案如下：

本发明实施例的一方面，提供了一种注水井管柱受力测试装置，包括：内筒、外筒和管接头，所述内筒与所述外筒两端密封，所述内筒与所述外筒的环空区域设置有密封电气舱，内筒与管接头之间通过螺纹连接和O型密封圈形成环形密封空腔；

所述密封电气舱内设置有至少一个用于测量所述内筒应力变化的应变片以及数据采集电路，所述应变片粘附在环形密封空腔上方范围内的密封电气舱内筒壁面上，以隔绝注水、试压过程中管柱内流体产生的内压对应变片测量的影响，保证应变片对注水管柱轴向应力的准确测量。

进一步的，在所述内筒的中部周向每间隔90°均匀粘附4组所述应变片；

每一组所述应变片包括相邻设置的一枚水平应变片与一枚垂直应变片，所述水平应变片的长度方向与所述内筒的长度方向平行，所述垂直应变片的长度方向与所述内筒的长度方向垂直。

进一步的，4组所述应变片构成应变电桥；

所述数据采集电路包括信号放大和滤波电路、模数转换电路、主控电路以及数据存储电路；

所述应变电桥与所述信号放大和滤波电路电连接，所述信号放大和滤波电路还与所述模数转换电路电连接，所述模数转换电路还与所述主控电路电连接，所述主控电路还与所述存储电路电连接。

此外，所述密封电气舱内还设置有用于向所述数据采集电路供电的电池。

进一步的，所述注水井管柱受力测试装置还包括用于读取并显示存储在所述数据采集电路中的测量数据的数据读取装置。

本发明实施例的另一方面，提供了一种注水井管柱受力测试方法，所述方法采用如上所述的注水井管柱受力测试装置，所述方法包括：

当注水管柱受到轴向载荷时，设置在所述注水管柱的内筒上的至少一个应变片测量所述内筒的长度变化；

所述数据采集电路根据测量到的所述内筒的长度变化获取到所述注水管柱所受到的轴向载荷受力数据；

数据读取装置读取并显示所述数据采集电路获取到的所述注水管柱所受到的轴向载荷受力数据。

本发明实施例提供的注水井管柱受力测试装置及受力测试方法，该测试装置利用应变片测定受到拉力作用后内筒上的拉力变化。该装置还具有强密封性，能够有效地克服井筒内地下液体、复杂施工工艺和注水对测试元件的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种注水井管柱受力测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种注水井管柱受力测试装置中应变片粘贴及布置示意图；

图3是本发明实施例提供的一种注水井管柱受力测试装置中数据采集电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种注水井管柱受力测试方法的流程示意图。

附图标记：

1-内筒、2-外筒、3-密封电气舱、4-应变片、5-电池、6-应变电桥、7-信号放大和滤波电路、8-模数转换电路、9-主控电路、10-数据存储电路、11-数据采集电路、12-数据读取装置、13-管接头。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供的注水井管柱受力测试装置，如图1所示，包括：内筒1、外筒2和管接头13，该内筒1与外筒2两端密封，内筒1与外筒2的环空区域设置有密封电气舱3，内筒1与管接头13之间通过螺纹连接和O型密封圈形成环形密封空腔。

密封电气舱3内设置有至少一个用于测量内筒1应力变化的应变片4以及数据采集电路11，应变片4粘附在环形密封空腔上方范围内的密封电气舱3内筒壁面上，以隔绝注水、试压过程中管柱内流体产生的内压对应变片4测量的影响，保证应变片4对注水管柱轴向应力的准确测量。

本发明实施例提供的注水井管柱受力测试装置，该测试装置利用应变片测定受到拉力作用后内筒上的拉力变化，大大提高了对注水管柱受力测试的可靠性和精度，该装置具有强密封性，能够有效地克服井筒内地下液体、复杂施工工艺和注水对测试元件的影响。

具体的，应变片的实际粘贴方式可以如图2所示，在内筒1的中部周向每间隔90°均匀粘附4组应变片4。

其中，每一组应变片4包括相邻设置的一枚水平应变片与一枚垂直应变片，水平应变片的长度方向与内筒1的长度方向平行，垂直应变片的长度方向与内筒1的长度方向垂直。采用这样一种应变片设置方式，可以有效消除由于管柱扭转或弯曲而对测试结果所造成的影响，进一步提高了受力测试的可靠性和精度。

进一步的，如图3所示，4组应变片4可以构成应变电桥6。

数据采集电路11具体可以包括信号放大和滤波电路7、模数转换电路8、主控电路9以及数据存储电路10。

其中，应变电桥6与信号放大和滤波电路7电连接，信号放大和滤波电路7还与模数转换电路8电连接，模数(A/D)转换电路8还与主控电路9电连接，主控电路9还与存储电路10电连接。

具体的，在实际应用的过程中，应变电桥6输出的的微弱应力变化量信号经过信号放大和滤波电路7调理输出为标准电压信号，再由单片机主控电路9控制模数转换的数模转换电路8对信号进行处理，最终通过数据存储电路10进行存储。

此外，如图3所示，密封电气舱3内还可以设置有用于向数据采集电路11供电的电池5。在本发明实施例中，可以采用高温锂电池组作为电池5，这样一来可以保证仪器在井下的长时间供电。

进一步的，如图3所示，注水井管柱受力测试装置还可以包括用于读取并显示存储在数据采集电路11中的测量数据的数据读取装置12。

具体的，注水井管柱受力测试装置长期置于井下，下井前首先按照施工方案将数据采集程序下载到单片机主控电路9中，然后将受注水井管柱受力测试装置连接在被测管柱上，启动仪器开始工作。仪器随同注水管柱下入井内，在管柱下入，稳定工作，管柱起出过程中对注水管柱的轴向载荷按照设定的采集程序进行测量和存储。管柱起出后，可以通过位于地面的数据读取装置12读取显示储存在注水井管柱受力测试装置中的测量数据。

本发明实施例提供的注水井管柱受力测试方法，如图4所示，该方法采用如上所述的注水井管柱受力测试装置，所述方法包括：

步骤401、当注水管柱受到轴向载荷时，设置在注水管柱的内筒上的至少一个应变片测量内筒的长度变化。

步骤402、数据采集电路根据测量到的内筒的长度变化获取到注水管柱所受到的轴向载荷受力数据。

步骤403、数据读取装置读取并显示数据采集电路获取到的注水管柱所受到的轴向载荷受力数据。

本发明实施例提供的注水井管柱受力测试方法，采用注水井管柱受力测试装置，该测试装置利用应变片测定受到拉力作用后内筒上的拉力变化，该装置具有强密封性，能够有效地克服井筒内地下液体、复杂施工工艺和注水对测试元件的影响。

其中，注水井管柱受力测试装置的具体结构以及功能已在前述实施例中做了详细的描述，此处不做赘述。

具体的，参照图1至图3，在实际使用的过程中，操作人员采用注水井管柱受力测试装置进行受力测试的具体方法可以通过以下步骤来实现：

步骤1，粘贴应变片4在注水井管柱受力测试装置的内筒1。应变片4的粘贴方式为沿内筒1周向每间隔90°均匀布置4组应变片4，每组应变片4由水平和垂直两枚应变片构成，周向布置的4组应变片4构成全桥应变测量电路。

步骤2，安装数据采集电路11和电池5。待应变片4粘贴在内筒1后，将数据采集电路板和电池组安装在外筒2和内筒1之间形成的环形密封电气舱3内，外筒2和内筒1之间通过O型圈进行密封。通过螺纹安装管接头13到内筒1内孔中。管接头13一端通过O型圈,一端通过螺纹进行密封,形成密封空腔。密封空腔位置对准内筒1中应变片4粘贴位置。

步骤3，注水井管柱受力测试装置启动前准备工作。注水管柱下井前首先按照施工方案将数据采集程序下载到单片机主控电路9中，然后将受力测试仪短接连接在被测管柱上，受力测试仪随同注水管柱下入井内。

步骤4，注水井管柱受力测试装置正常工作。注水井管柱受力测试装置正常工作时，注水管柱所受轴向载荷由应变电桥6进行测量，应变电桥6输出微弱电压信号经过信号放大和滤波电路7进行调理输出为标准电压信号，单片机主控电路9控制模数转换电路8对标准电压信号进行采集获取注水管柱轴向载荷数据，并进行存储。

步骤5，注水井管柱受力测试装置起出。注水管柱起出后，通过地面数据读取装置12读取显示储存在注水井管柱受力测试装置中的测量数据。

本发明所采用的注水井管柱受力测试方法，主要针对的是注水管柱用的受力测试装置，该装置的优点在于根据轴向拉压力应变测试原理，将应变片沿内筒1的表面环向和轴向方向布置，这样可以尽量减小侧向力和偏心载荷对测试结果的影响。

另一方面，该测试装置利用应变片4测定受拉力后内筒2上的拉力，大大提高了对注水管柱受力测试的可靠性和精度。该装置还具有强的密封性，并能有效地克服了井筒内地下液体、复杂施工工艺和注水对测试元件的影响。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种注水井管柱受力测试装置，其特征在于，包括：内筒、外筒和管接头，所述内筒与所述外筒两端密封，所述内筒与外筒的环空区域设置有密封电气舱，内筒与管接头之间通过螺纹连接和O型密封圈形成环形密封空腔；

所述密封电气舱内设置有至少一个用于测量所述内筒应力变化的应变片以及数据采集电路，所述应变片粘附在环形密封空腔上方范围内的密封电气舱内筒壁面上，以隔绝注水、试压过程中管柱内流体产生的内压对应变片测量的影响，保证应变片对注水管柱轴向应力的准确测量。

2.根据权利要求1所述的注水井管柱受力测试装置，其特征在于，

在所述内筒的中部周向每间隔90°均匀粘附4组所述应变片；

每一组所述应变片包括相邻设置的一枚水平应变片与一枚垂直应变片，所述水平应变片的长度方向与所述内筒的长度方向平行，所述垂直应变片的长度方向与所述内筒的长度方向垂直。

3.根据权利要求2所述的注水井管柱受力测试装置，其特征在于，4组所述应变片构成应变电桥；

所述数据采集电路包括信号放大和滤波电路、模数转换电路、主控电路以及数据存储电路；

所述应变电桥与所述信号放大和滤波电路电连接，所述信号放大和滤波电路还与所述模数转换电路电连接，所述模数转换电路还与所述主控电路电连接，所述主控电路还与所述存储电路电连接。

4.根据权利要求1所述的注水井管柱受力测试装置，其特征在于，所述密封电气舱内还设置有用于向所述数据采集电路供电的电池。

5.根据权利要求1所述的注水井管柱受力测试装置，其特征在于，所述注水井管柱受力测试装置还包括用于读取并显示存储在所述数据采集电路中的测量数据的数据读取装置。

6.一种注水井管柱受力测试方法，所述方法采用如权利要求1-5任一所述的注水井管柱受力测试装置，其特征在于，所述方法包括：

当注水管柱受到轴向载荷时，设置在所述注水管柱的内筒上的至少一个应变片测量所述内筒的长度变化；

所述数据采集电路根据测量到的所述内筒的长度变化获取到所述注水管柱所受到的轴向载荷受力数据；

数据读取装置读取并显示所述数据采集电路获取到的所述注水管柱所受到的轴向载荷受力数据。