CN111855163A - 一种试井钢丝疲劳模拟装置及方法 - Google Patents

一种试井钢丝疲劳模拟装置及方法 Download PDF

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钱思虹
文蜀江
卢亚峰
刘欣洁
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Abstract

本发明公开了一种试井钢丝疲劳模拟装置及方法，属于石油工业井下工具测试技术领域。该试井钢丝疲劳模拟装置包括：支架；固定在支架上的上滑轮、下滑轮和卷扬机；以及配重件；上滑轮位于下滑轮的上方，下滑轮和卷扬机位于同一水平面上。采用本发明实施例提供的模拟装置及方法，通过配重件模拟试井钢丝在现场作业中的承重情况，上滑轮、下滑轮配合卷扬机模拟试井钢丝在现场作业中的反复拉伸、磨损情况，以此实现对不同工况下试井钢丝的现场作业情况的模拟。采用该模拟装置及方法对试井钢丝进行疲劳试验，能够准确掌握使用一段时间后的试井钢丝中间薄弱段的疲劳程度，进而为试井钢丝现场作业提供可靠的技术支撑，避免工具落井等井下事故的发生。

Description

一种试井钢丝疲劳模拟装置及方法
技术领域
本发明涉及石油工业井下工具测试技术领域，特别涉及一种试井钢丝疲劳模拟装置及方法。
背景技术
试井钢丝用于钢丝试井技术，能够完成各种投捞作业，例如堵塞器、开关滑套、射流泵等；也用于实现砸泄油阀、探沙面或捞沙样、高压物性取样、下铅印、抽汲等作业功能。
为了保证试井钢丝现场作业的顺利，需要试井钢丝的力学性能进行测试。通常地，技术人员会截取整盘钢丝前端的一小段部分，通过对该段钢丝进行力学性能试验，来评估整盘钢丝的力学性能。
发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
试井钢丝在使用过程中，由于整盘试井钢丝的中间段存在反复拉伸和反复磨损的情况，使试井钢丝出现应力疲劳、丝径变细等现象，致使其承载能力下降。因而截取整盘钢丝前端的小部分直接进行力学性能试验，不能真实反映整盘钢丝的力学性能，因而不能为试井钢丝现场作业提供可靠的技术支撑，可能造成工具落井等井下事故的发生。
发明内容
本发明实施例提供了一种试井钢丝疲劳模拟装置及方法，可解决相上述问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
一方面，提供了一种试井钢丝疲劳模拟装置，所述试井钢丝疲劳模拟装置包括：支架；固定在所述支架上的上滑轮、下滑轮和卷扬机；以及配重件；
所述上滑轮位于所述下滑轮的上方，所述下滑轮和所述卷扬机位于同一水平面上；
使用时，试井钢丝的一端与所述卷扬机的卷轴连接，另一端经所述下滑轮和所述上滑轮与所述配重件连接；且所述上滑轮和所述下滑轮之间的所述试井钢丝处于垂直状态、所述上滑轮和所述配重件之间的所述试井钢丝处于垂直状态或松弛状态，所述下滑轮和所述卷扬机之间的所述试井钢丝处于水平状态。
在一种可能的设计中，所述试井钢丝疲劳模拟装置还包括：控制箱；
所述控制箱与所述卷扬机电连接，用于控制所述卷扬机的运转速度和运转方向。
在一种可能的设计中，所述控制箱还用于控制所述卷扬机的运转行程，使所述上滑轮和所述配重件之间的所述试井钢丝处于垂直状态或松弛状态。
在一种可能的设计中，所述试井钢丝疲劳模拟装置还包括：拉线传感器；
所述拉线传感器固定在所述支架上；
所述拉线传感器的拉绳与所述卷扬机的卷轴连接。
在一种可能的设计中，所述配重件包括砝码盘和砝码；
使用时，所述砝码放置于所述砝码盘中，所述砝码盘与所述试井钢丝连接。
在一种可能的设计中，所述支架包括：横向设置的上框板、下框板和纵向设置的左框板、右框板，所述左框板和所述右框板固定在所述上框板和所述下框板之间；
所述支架还包括第一隔板，所述第一隔板沿横向固定在所述左框板和所述右框板之间；
所述上滑轮固定在所述左框板上、且位于所述第一隔板的上方；所述下滑轮和所述卷扬机固定在所述第一隔板上。
在一种可能的设计中，所述支架还包括第二隔板；
所述第二隔板沿横向固定在所述左框板和所述右框板之间，且所述第二隔板位于所述第一隔板的上方。
在一种可能的设计中，所述支架还包括多个肋板；
所述肋板沿纵向固定在所述第一隔板和所述第二隔板之间；和/或，
所述肋板沿纵向固定在所述第一隔板和所述下框板之间。
在一种可能的设计中，所述支架还包括多个加强筋；
所述加强筋设置在所述肋板、所述第一隔板、所述第二隔板之间的连接处；和/或，
所述加强筋设置在所述上框板、所述下框板、所述左框板、所述右框板、所述第一隔板、所述第二隔板之间的连接处。
另一方面，还提供了一种采用上述任一种试井钢丝疲劳模拟装置进行试井钢丝疲劳试验的方法，包括以下步骤：
将所述试井钢丝的一端固定连接在所述卷扬机上；
所述试井钢丝的另一端经过所述下滑轮的一侧绕入，从所述下滑轮的另一侧绕出，然后再经过所述上滑轮的一侧饶入，从所述上滑轮的另一侧绕出；
所述试井钢丝从所述上滑轮绕出后，与所述配重件连接；
启动所述卷扬机，所述试井钢丝开始往返运动，使所述配重件交替处于悬空状态或落地状态；
试验完成后关闭所述卷扬机；
截取与所述配重件相连的前端无磨损试井钢丝和与滑轮接触的磨损试井钢丝，分析所述无磨损试井钢丝和所述磨损试井钢丝的承载力的变化规律。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
采用本发明实施例提供的试井钢丝疲劳模拟装置及方法，通过设置配重件模拟试井钢丝在现场作业中的承重情况，设置上滑轮、下滑轮配合卷扬机模拟试井钢丝在现场作业中的反复拉伸、磨损情况，以此实现对不同工况下试井钢丝的现场作业情况的模拟。采用该模拟装置及方法对试井钢丝进行疲劳试验，能够准确掌握使用一段时间后的试井钢丝中间薄弱段的疲劳程度，进而为试井钢丝现场作业提供可靠的技术支撑，避免工具落井等井下事故的发生。
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为本发明实施例提供的一种试井钢丝疲劳模拟装置的结构示意图。
图中的附图标记分别表示：
1-支架；11-上框板；12-下框板；13-左框板；14-右框板；15-第一隔板；16-第二隔板；17-肋板；18-加强筋；
2-上滑轮；
3-下滑轮；
4-卷扬机；
5-配重件；51-砝码盘；52-砝码；
6-控制箱；
7-拉线传感器。
具体实施方式
为使本发明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。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
一方面，本发明实施例提供了一种试井钢丝疲劳模拟装置，如图1所示，该试井钢丝疲劳模拟装置包括：支架1；固定在支架1上的上滑轮2、下滑轮3和卷扬机4；以及配重件5；
上滑轮2位于下滑轮3的上方，下滑轮3和卷扬机4位于同一水平面上；
使用时，试井钢丝的一端与卷扬机4的卷轴连接，另一端经下滑轮3和上滑轮2与配重件5连接；且上滑轮2和下滑轮3之间的试井钢丝处于垂直状态、上滑轮2和配重件5之间的试井钢丝处于垂直状态或松弛状态，下滑轮3和卷扬机4之间的试井钢丝处于水平状态。
应用时，如图1所示，将试井钢丝的一端固定连接在卷扬机4的卷轴上，试井钢丝的另一端经过下滑轮3的右侧下端绕入，使下滑轮3和卷扬机4之间的试井钢丝处于水平状态；再从下滑轮3的下端左侧绕出，然后再经过上滑轮2的右侧上端饶入，使上滑轮2和下滑轮3之间的试井钢丝呈垂直状态；再从上滑轮2的左侧上端绕出，试井钢丝从上滑轮2绕出后，与配重件5连接，使上滑轮2与配重件5之间的试井钢丝交替(受力时)呈垂直状态或(不受力时)呈松弛状态；启动卷扬机4，使试井钢丝开始往返运动，待试验完成后关闭卷扬机4。最后，截取与配重件5相连的前端无磨损试井钢丝和与滑轮接触的磨损钢丝开展拉断力比对实验，分析无磨损段与磨损段承载力的变化规律。
可以理解的是，卷扬机4是用卷筒缠绕钢丝绳进行牵引重物(配重件5)的设备，可通过转动卷轴实现对重物(配重件5)的来回牵引。在本发明中，卷扬机4带动试井钢丝来回运转，为试井钢丝的往返运动提供动力。其中，可根据实际的承重情况设置配重件5的重量，且应用时，在卷扬机4的作用下，可使配重件5交替处于悬空状态(即试井钢丝受力时)或落地状态(即试井钢丝不受力时)，从而可使试井钢丝受到交变载荷的作用，使其更接近实际工况。
另外，限定试井钢丝在下滑轮3和卷扬机4之间为水平状态、上滑轮2和下滑轮3之间、上滑轮2与配重件5之间为垂直状态，是为了模拟在实际工况中试井钢丝的受力磨损方向，以使试验结果更符合实际受损情况。
采用本发明实施例提供的试井钢丝疲劳模拟装置，通过设置配重件5模拟试井钢丝在现场作业中的承重情况，设置上滑轮2、下滑轮3配合卷扬机4模拟试井钢丝在现场作业中的反复拉伸、磨损情况，以此实现对不同工况下试井钢丝的现场作业情况的模拟。采用该模拟装置对试井钢丝进行疲劳试验，能够准确掌握使用一段时间后的试井钢丝中间薄弱段的疲劳程度，进而为试井钢丝现场作业提供可靠的技术支撑，避免工具落井等井下事故的发生。
此外，该试井钢丝疲劳模拟装置还具有结构简单、操作方便、适应范围广等优点，操作人员可通过改变滑轮大小和材质，对不同尺寸、不同材质的试井钢丝进行疲劳测试。
为了便于控制卷扬机4的运转方向，可使该试井钢丝疲劳模拟装置还包括：控制箱6，控制箱6与卷扬机4电连接，可用于控制卷扬机4来回运转的方向。同时，还可使该控制箱6控制卷扬机4的运转速度，以根据不同的工况需要，更真实地模仿实际工况中试井钢丝的使用。
此外，控制箱6还可用于控制卷扬机4的运转行程，使上滑轮2和配重件5之间的试井钢丝处于垂直状态或松弛状态，进而使配重件5可处于落地和悬空两种状态，使钢丝受到交变载荷的作用。
在上述的试井钢丝疲劳模拟装置中，为了限定和记录试井钢丝的运动距离，还可使该试井钢丝疲劳模拟装置包括：拉线传感器7；拉线传感器7固定在支架1上；
且拉线传感器7的拉绳与卷扬机4的卷轴连接。
应用时，拉线传感器7的拉绳连接在卷扬机的卷轴上，卷轴的转动可带动拉绳产生位移，拉线传感器7记录该位移，进而限定试井钢丝的运动距离。
可以理解的是，拉线传感器7可固定在支架1上的任何位置上，只要能便于拉绳与卷轴之间的连接即可。示例地，可使拉线传感器7固定在下滑轮3和卷扬机4之间的支架1上。
在上述的试井钢丝疲劳模拟装置中，配重件5用于提供试井钢丝的承重，以模拟试井钢丝在现场作业中的承重情况。本发明对配重件5的具体形式没有严格限定，能够连接在试井钢丝的一端，并提供预设重量即可。
示例地，如图1所示，可使配重件5包括砝码盘51和砝码52，使用时，砝码52放置于砝码盘51中，砝码盘51与试井钢丝连接。
其中，砝码52可为多个不同重量的砝码。使用时，将砝码盘51与试井钢丝连接，然后在砝码盘51中添加不同重量的砝码52，按照实际工况，模拟试井钢丝的承重情况。
可以理解的是，在使用过程中，砝码盘51可处于悬空状态或落地状态。
在上述的试井钢丝疲劳模拟装置中，支架1用于支撑和设置上滑轮2、下滑轮3和卷扬机4。本发明实施例对支架1的结构没有严格限定，能够实现上述组件的固定和相互之间的方位设置即可。
示例地，如图1所示，可使支架1包括：横向设置的上框板11、下框板12和纵向设置的左框板13、右框板14，左框板13和右框板14固定在上框板11和下框板12之间；
支架1还包括第一隔板15，第一隔板15沿横向固定在左框板13和右框板14之间；
上滑轮2固定在左框板13上、且位于第一隔板15的上方；下滑轮3和卷扬机4固定在第一隔板15上。
可以理解的是，上框板11、下框板12、左框板13、右框板14和第一隔板15形成了支架1的框架，上滑轮2、下滑轮3和卷扬机4根据所要形成的位置关系固定在支架1上。同时，也可使控制箱6、拉线传感器7设置在支架1上。
示例地，可将控制箱6放置在第一隔板15上。
另外，为了加强支架1的强度，可使上框板11、下框板12、左框板13、右框板14和第一隔板15采用不锈钢、铁或其他具有一定强度的材料制成。
进一步地，还可使支架1包括第二隔板16；第二隔板16沿横向固定在左框板13和右框板14之间，且第二隔板16位于第一隔板15的上方。
设置第二隔板16可加强支架1的强度。
更具体地，在一种可能的实施方式中，可使上框板11长2.5米，下框板12长3米，左框板13和右框板14高2.6米，其中下框板12长于上框板11的部分，从左框板13延伸出，形成配重件5的放置板。第一隔板15、第二隔板16与上框板11等长，且第一隔板15距离地面1米，第二隔板16距离地面1.8米。
将上滑轮2固定在第二隔板16的上方，其滑轮中心固定在左框板13上，距离第二隔板16的高度为0.4米；下滑轮3的滑轮中心固定在第一隔板15的左侧，卷扬机4的滚轮中心固定在第一隔板15的右侧，下滑轮3距离卷扬机4的长度为1.4米；拉线传感器7固定于下滑轮3和卷扬机4之间的支架1上。
进一步地，为了加强支架1的结构强度，还可使支架1包括多个肋板17；
肋板17沿纵向固定在第一隔板15和第二隔板16之间；和/或，
肋板17沿纵向固定在第一隔板15和下框板12之间。
肋板17用于加强支架1的结构。优选地，可使肋板17垂直地设置于第一隔板15和第二隔板16之间，和/或使肋板17垂直地设置于第一隔板15和下框板12之间。
本发明实施例对肋板17的数目不做限制，可根据实际需要具体设置。
示例地，如图1所示，可在第一隔板15和第二隔板16之间设置两个肋板17，在第一隔板15和下框板12之间设置一个肋板17。
更进一步地，为了加强支架1的结构强度，还可使支架1还包括多个加强筋18；
加强筋18设置在肋板17、第一隔板15、第二隔板16之间的连接处；和/或，
加强筋18设置在上框板11、下框板12、左框板13、右框板14、第一隔板15、第二隔板16之间的连接处。
加强筋18可用于加强各组件之间的连接强度。优选地，可在每两个相连的组件的连接处均设置加强筋18，如图1所示。
另一方面，本发明实施例还提供采用上述任一种试井钢丝疲劳模拟装置进行试井钢丝疲劳试验的方法，包括以下步骤：
将试井钢丝的一端固定连接在卷扬机4上；
试井钢丝的另一端经过下滑轮3的一侧绕入，从下滑轮3的另一侧绕出，然后再经过上滑轮2的一侧饶入，从上滑轮2的另一侧绕出；
试井钢丝从上滑轮2绕出后，与配重件5连接；
启动卷扬机4，试井钢丝开始往返运动，使配重件5交替处于悬空状态或落地状态；
试验完成后关闭卷扬机4；
截取与配重件5相连的前端无磨损试井钢丝和与滑轮接触的磨损试井钢丝，分析无磨损试井钢丝和磨损试井钢丝的承载力的变化规律。
采用本发明实施例提供的模拟方法，通过采用配重件5模拟试井钢丝在现场作业中的承重情况，采用上滑轮2、下滑轮3配合卷扬机4模拟试井钢丝在现场作业中的反复拉伸、磨损情况，以此实现对不同工况下试井钢丝的现场作业情况的模拟，采用该模拟方法对试井钢丝进行疲劳试验，能够准确掌握使用一段时间后的试井钢丝中间薄弱段的疲劳程度，进而为试井钢丝现场作业提供可靠的技术支撑，避免工具落井等井下事故的发生。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (10)

1.一种试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述试井钢丝疲劳模拟装置包括：支架(1)；固定在所述支架(1)上的上滑轮(2)、下滑轮(3)和卷扬机(4)；以及配重件(5)；
所述上滑轮(2)位于所述下滑轮(3)的上方，所述下滑轮(3)和所述卷扬机(4)位于同一水平面上；
使用时，试井钢丝的一端与所述卷扬机(4)的卷轴连接，另一端经所述下滑轮(3)和所述上滑轮(2)与所述配重件(5)连接；且所述上滑轮(2)和所述下滑轮(3)之间的所述试井钢丝处于垂直状态、所述上滑轮(2)和所述配重件(5)之间的所述试井钢丝处于垂直状态或松弛状态，所述下滑轮(3)和所述卷扬机(4)之间的所述试井钢丝处于水平状态。
2.根据权利要求1所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述试井钢丝疲劳模拟装置还包括：控制箱(6)；
所述控制箱(6)与所述卷扬机(4)电连接，用于控制所述卷扬机(4)的运转速度和运转方向。
3.根据权利要求2所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述控制箱(6)还用于控制所述卷扬机(4)的运转行程，使所述上滑轮(2)和所述配重件(5)之间的所述试井钢丝处于垂直状态或松弛状态。
4.根据权利要求1所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述试井钢丝疲劳模拟装置还包括：拉线传感器(7)；
所述拉线传感器(7)固定在所述支架(1)上；
所述拉线传感器(7)的拉绳与所述卷扬机(4)的卷轴连接。
5.根据权利要求1所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述配重件(5)包括砝码盘(51)和砝码(52)；
使用时，所述砝码(52)放置于所述砝码盘(51)中，所述砝码盘(51)与所述试井钢丝连接。
6.根据权利要求1所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述支架(1)包括：横向设置的上框板(11)、下框板(12)和纵向设置的左框板(13)、右框板(14)，所述左框板(13)和所述右框板(14)固定在所述上框板(11)和所述下框板(12)之间；
所述支架(1)还包括第一隔板(15)，所述第一隔板(15)沿横向固定在所述左框板(13)和所述右框板(14)之间；
所述上滑轮(2)固定在所述左框板(13)上、且位于所述第一隔板(15)的上方；所述下滑轮(3)和所述卷扬机(4)固定在所述第一隔板(15)上。
7.根据权利要求6所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述支架(1)还包括第二隔板(16)；
所述第二隔板(16)沿横向固定在所述左框板(13)和所述右框板(14)之间，且所述第二隔板(16)位于所述第一隔板(15)的上方。
8.根据权利要求7所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述支架(1)还包括多个肋板(17)；
所述肋板(17)沿纵向固定在所述第一隔板(15)和所述第二隔板(16)之间；和/或，
所述肋板(17)沿纵向固定在所述第一隔板(15)和所述下框板(12)之间。
9.根据权利要求8所述的试井钢丝疲劳模拟装置，其特征在于，所述支架(1)还包括多个加强筋(18)；
所述加强筋(18)设置在所述肋板(17)、所述第一隔板(15)、所述第二隔板(16)之间的连接处；和/或，
所述加强筋(18)设置在所述上框板(11)、所述下框板(12)、所述左框板(13)、所述右框板(14)、所述第一隔板(15)、所述第二隔板(16)之间的连接处。
10.一种采用权利要求1-9任一项权利要求所述的试井钢丝疲劳模拟装置进行试井钢丝疲劳试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述试井钢丝的一端固定连接在所述卷扬机(4)上；
所述试井钢丝的另一端经过所述下滑轮(3)的一侧绕入，从所述下滑轮(3)的另一侧绕出，然后再经过所述上滑轮(2)的一侧饶入，从所述上滑轮(2)的另一侧绕出；
所述试井钢丝从所述上滑轮(2)绕出后，与所述配重件(5)连接；
启动所述卷扬机(4)，所述试井钢丝开始往返运动，使所述配重件(5)交替处于悬空状态或落地状态；
试验完成后关闭所述卷扬机(4)；
截取与所述配重件(5)相连的前端无磨损试井钢丝和与滑轮接触的磨损试井钢丝，分析所述无磨损试井钢丝和所述磨损试井钢丝的承载力的变化规律。
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