CN212646357U - 一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，属于地下储气井缺陷检测技术领域。它包括第一样管，其内凹一侧设有凹部，且所述第一样管上端通过法兰固接有进气管道和排气管道；第二样管，与第一样管的下端通过接箍密封，且经第一样管的轴线做一条切线，切线经过所述第一样管的下端面的圆心，该切线与第二样管的轴线之间形成钝角；及封头用于密封所述第二样管的下端保证样管整体的密封性，该样管能够用于地下储气井检测中套管腐蚀减薄后出现的弯曲变形等情况的研究、信号标定、检测装置的校准和复核，具有结构紧凑、制作方便等特点；解决了现有的样管未考虑套管腐蚀减薄后出现的弯曲变形等情况，因此不适用于测试现有的检测装置的问题。

Description

一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管

技术领域

本实用新型属于地下储气井缺陷检测技术领域，具体地说，涉及一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管。

背景技术

CNG地下储气井是一种特殊的安装在地下的管状立式高压容器，储气井井筒由套管通过螺纹接箍连接组成，埋地深度最深可达260m，工作压力达25MPa，具有占地面积小，储气容量大，维护费用低，危险性小等优点。在我国能源环保政策引导下，天然气储气井建造得到迅速发展，我国现有近13000口储气井。现有储气井套管，由于受高地应力及腐蚀等因素作用，出现套管间的螺纹接箍连接处受高应力作用导致的倾斜现象，且由于储气井井筒中上部套管部位及井底套管部位出现了较为严重的腐蚀减薄，部分储气井套管腐蚀变形无法正常使用导致被判废。随着套管埋在地下深度的增加，套管所受地应力值亦逐渐增加，套管会受高地应力错动作用发生倾斜、弯曲、变形、沉降等不易识别的危险缺陷。

目前针对上述缺陷所使用的检测手段，主要是利用超声探头对储气井套管的壁厚这一单一参量进行检测，而检测装置的使用，需要预先在模拟样管上进行实验，测试出检测装置的误差和缺陷，方便后面对储气井的实地测量数据的分析和处理。现有技术公开了一种地下储气井壁厚减薄缺陷标定样管，它包括阶梯段和多个尺寸不同的孔，所述孔位于所述标定样管的外壁上，所述标定样管的材质与待检测地下储气井套管的材质相同，且所述标定样管的规格尺寸与待检测地下储气井套管的规格尺寸相同，所述孔为平底孔，所述平底孔的直径为0.5mm～4mm，深度为0.2mm～4mm。该样管虽然解决了现有的标定样管无法适用于局部减薄和点孔减薄的标定的问题，但是未考虑套管腐蚀减薄后出现的弯曲变形等情况，因此不足现有检测装置的测试要求。

实用新型内容

1、要解决的问题

针对现有的样管未考虑套管腐蚀减薄后出现的弯曲变形等情况，因此不适用于测试现有的检测装置的问题，本实用新型提供一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，包括第一样管，第一样管内凹一侧设有凹部，且所述第一样管上端通过法兰固接有进气管道和排气管道；第二样管，与第一样管的下端通过接箍密封，且经第一样管的轴线做一条切线，切线经过所述第一样管的下端面的圆心，该切线与第二样管的轴线之间形成钝角；及封头用于密封所述第二样管的下端保证样管整体的密封性，该样管能够用于地下储气井检测中套管腐蚀减薄后出现的弯曲变形等情况的研究、信号标定、检测装置的校准和复核，具有结构紧凑、制作方便等特点。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，包括：

第一样管，其为弯管，所述第一样管内凹一侧设有凹部，且所述第一样管上端通过法兰固接有进气管道和排气管道；

第二样管，其与所述第一样管的下端通过接箍密封，且经第一样管的轴线做一条切线，令所述切线经过所述第一样管的下端面的圆心，该切线与第二样管的轴线之间形成钝角；及

封头，其用于密封所述第二样管的下端。

优选的，所述第二样管靠近所述封头处设有凹部。

优选的，所述的凹部为所述第一样管的管壁或第二样管的管壁减薄形成的凹陷。

优选的，所述第一样管的材质、第二样管的材质均与待检测地下储气井套管的材质相同，且所述第一样管的内径和壁厚、第二样管的内径和壁厚均与待检测地下储气井套管的内径和壁厚对应相同。

优选的，所述的封头为开口朝向第二样管的半圆形壳体。

优选的，在所述地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管外周璧上包裹有固井水泥环，所述固井水泥环外周包裹有泥土岩石层，所述泥土岩石外周包覆有圆筒形模具。

优选的，所述第一样管、第二样管以及接箍的长度比列为8∶1∶8。

更优选的，所述凹部处均设有应变片贴片。

3、有益效果

本申请中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

(1)申请人发现对于多个储气井套管连接的情况下，一般容易发生在套管的中部，而套管的中部弯曲，必然会导致样管两端相对于样管中轴线发生偏移，从而使与其下端连接的套管发生倾斜，因此本实用新型为了模拟这种的场景，将第一样管设为中部内凹的弯管，且第一样管上端通过法兰固接有进气管道和排气管道；第二样管与第一样管的下端通过接箍密封，且经第一样管的轴线做一条切线，切线经过所述第一样管的下端面的圆心，该切线与第二样管的轴线之间形成钝角，从而使样管能够更好的模拟出套管在储气井向弯曲、倾斜的状况，进而用于地下储气井检测中套管腐蚀减薄后出现的弯曲变形等情况的研究、信号标定、检测装置的校准和复核，且其具有结构紧凑、制作方便等特点；

(2)本实用新型中第一样管与第二样管的材质与待检测地下储气井套管的材质相同，且所述第一样管与第二样管的内径、壁厚与待检测地下储气井套管的内径、壁厚对应相同；可以准确的模拟出当储气井套管因腐蚀减薄出现弯曲变形或套管接箍部位出现受压倾斜弯曲情况；

(3)本实用新型中，经过申请人的多次试验，按照预定增加载荷方案逐级对样管内缓慢进行加压时，发现当第一样管、第二样管以及接箍的长度比列为8∶1∶8样管有较强的承压力，不会轻易被压强破坏，从而提高装置的适应能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。附图中：

图1为本申请实施例提供的一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管结构示意图；

图2为本申请实施例提供的经水泥硬化后的样管结构示意图；

图3为本申请实施例提供的样管检测时的示意图；

图4为本申请实施例提供的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管剖视图。

图中：

1、第一样管；10、凹部；12、法兰；13、排气管道；14、进气管道；

2、接箍；20、钝角；

3、第二样管；31、封头；

100、样管；200、固井水泥层；300、泥土岩石层；400、检测探头。

具体实施方式

使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，包括第一样管1、第二样管3以及接箍。

本实施例中，第一样管1和储气井中套管的规格相同，第一样管1为弯管，样管的直径为157.08mm，壁厚为10.36mm，长度为1.2m，但是不以此为限；第一样管1的弯曲度为2％，即套管1的最大弦高为24mm，为了方便说明，样管的弯曲度记为第二缺陷；第一样管1内凹一侧设有凹部10，本实施例中凹部10为第一样管1或第二样管2的管壁减薄形成的凹陷，凹陷处壁厚度为6.5mm，形状为椭圆形，面积为2826mm²，该凹陷部位对应的样管内侧表面积为3550mm²，为了方便说明，在本实施例中凹部10，记为第一缺陷。进一步，第一样管1上端通过法兰12固接有进气管道14和排气管道13，将第一样管1的法兰上封头封紧，连接进气管，向样管内进行加压，按照预定增加载荷方案逐级缓慢进行加压，直至加压到正常工作压力25MPa，模拟储气井下的高压状态。

第二样管3与第一样管1的下端通过接箍2密封；具体的，接箍2上设有螺纹，与第二样管3和第一样管1通过螺纹配合；优选的，在第二样管3和第一样管1的连接处设有密封圈，保证装置整体的气密性。进一步，且经第一样管1的轴线做一条切线，切线经过所述第一样管的下端面的圆心，该切线与第二样管3的轴线之间形成钝角，以此形成的钝角用来模拟储气井井筒倾斜的状况，记为第三缺陷。更进一步，申请人经过多次试验发现，当钝角的取值范围160°-175°，样管整体的结构强度最高，可以承受25MPa压力的时间最久，从而使该样管可以循环多次进行测试试验。可选的，接箍2也可以设有凹部10，在接箍的中部减薄7mm，在此，样管倾斜的原因是接箍为受力不连续点和薄弱点，减薄的接箍在外部地应力作用下，受最大主应力的挤压发生倾斜，形成钝角。优选的，第二样管靠近所述封头处设有凹部10，同样用来模拟储气井变形等的情况。

封头31用于密封第二样管3的下端，保证样管整体的密封性。优选的，封头31为开口朝向第二样管的半圆形壳体，在面对管内加压时，可以更加稳固，不会轻易受压力而脱落。综上所述，该样管能够用于地下储气井检测中套管腐蚀减薄后出现的弯曲变形等情况的研究、信号标定、检测装置的校准和复核，具有结构紧凑、制作方便等特点。

优选的，第一样管、第二样管以及接箍的长度比列为8∶1∶8，经过申请人的多次试验，按照预定增加载荷方案逐级对样管内缓慢进行加压时，发现当第一样管、第二样管以及接箍的长度比列为8∶1∶8，样管有较强的承压力，不会轻易被压强破坏，从而提高装置的适应能力。本领域技术人员应当理解第一样管上端，和第二样管的下端也可以连接多节样管从，而达到更实际的模拟效果。

优选的，第一样管与第二样管的材质与待检测地下储气井套管的材质相同，且所述第一样管与第二样管的内径、壁厚与待检测地下储气井套管的内径、壁厚对应相同，进而可以准确的模拟出当储气井套管因腐蚀减薄出现弯曲变形或套管接箍部位出现受压倾斜弯曲情况，使得测试的效果更加精确。

实施例2

如图2-3所示，本实施例在实施例1的基础上，进一步改进如下：在实施例1所述样管100组装完成后对其进行气密试验，保证密封性。测试完气密性后，对第一缺陷、第二缺陷、第三缺陷进行内外部精确测量，记录第一缺陷的弯曲度、圆度差、弯曲变形处表面积；记录第二缺陷的圆度差、弯曲变形处表面积；记录第三缺陷倾角、斜角、方位角、弯曲度等数据，保留好原始记录数据1，作为后续验证和比照。

再用固井水泥环包裹所述地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管形成固井水泥层200，所述固井水泥环外由泥土岩石层300包裹，泥土岩石层300外侧由圆筒形模具包覆。具体的，原始记录数据1测量完成后组装的井筒筒身放入中空的泥土岩石圆筒形模具300内，保持竖直放置，浇灌用于储气井固井的同牌号同密度的固井水泥形成固井水泥200，水泥注满泥土岩石圆筒形模具的中空部位，待固井水泥硬化后，用来模拟整套储气井。

将用于检测储气井缺陷的检测探头启动，模拟待检测储气井的检测过程，检测时将样管内注满清水，将检测装置缓慢放入样管的井口处，然后开展后续检测。将模拟检测得到数据2与原始记录数据1进行比较，如若有明显差异，应当检测方案或检测参数进行调整，直至所得检测数据与原始记录数据1一致。此时完成了对井筒倾斜弯曲检测探头的校准和复核。在将样管的法兰上封头封紧，连接进气管，向样管内进行加压，按照预定增加载荷方案逐级缓慢进行加压，直至加压到正常工作压力25MPa，保压一定时间后完全泄压，打开样管法兰上封头进行样管检测，记录得到的检测数据3。具体的加压方案：参照标准GB/T9252-2017《气瓶疲劳压力循环试验方法》要求的疲劳试验装备，其压力循环上限为50MPa，工作温度为-50～70℃。试验加压介质为油，试验温度常温，样管加载压力上限为25MPa，压力下限为5MPa，循环频率为每分钟5次，升压时间3秒，上限压力保压时间5秒，降压时间2秒，下限压力保压时间2秒。

此后再给予样管施加预定的循环载荷，循环载荷施加完成后，打开样管法兰上封头进行样管检测，记录得到的检测数据4。将数据3、数据4与原始数据1进行比照，研究样管缺陷的恶化发展状况，及新生的其他缺陷。

可选的，将模拟样管置于空旷场地，向样管内不断加压，直至样管破坏，待完全泄压后观测样管找出破坏的泄漏点，对模拟样管再次进行检测，检测各类缺陷的最终变化状况，及新生缺陷状况，综合评估样管中各类缺陷的危险性大小。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上，进一步改进如下：在凹部10与所述钝角20处均设有应变片贴片。

具体的，本实施例的贴片时间选在应变片在样管组装完成后，尚未放入泥土岩石模具前，进行样管外壁特定位置的贴片。

应变片贴片位置：设置应变测量点第一组，位于第一缺陷所在套管部位的外壁圆周，间隔90°均匀布置4处；设置应变测量点第二组，位于第二缺陷所在套管部位的外壁圆周，间隔90°均匀布置8处；设置应变测量点第三组，位于第三缺陷所在套管部位的外壁圆周，间隔90°均匀布置4处；考虑应变片将与固井水泥接触，采用防水型应变片WFLA-3-11-5L。

贴片步骤：1、打磨清洗干净需要贴应变片的套管外壁部位；

2、对所用应变片进行电阻值测试，保持应变片电阻值的一致性，减少数据误差；

3、应变片贴片用专用胶贴于样管预定部位，连接应变片的导线严格绝缘，并将专用胶紧贴于样管外壁，减少外部接触和干扰；

4、检查连接线路，将应变片贴片用专用胶覆盖防止因受潮和碰伤而失效。

固井及测试：将贴好应变片贴片的样管放入泥土岩石模具中，注入固井水泥至水泥完全凝固。

采用静态应变仪测量应变数据，样管内加压载荷按预定方案进行，同时连续测量相关应变片的采集数据，并进行实施检测分析。

应变测量原理：弹性力学基本原理，样管在受固井水泥环和地层压力作用下，样管壁的受力可近似简化为弹性理学的厚壁筒模型，主要受力为环向受力、径向受力和轴向受力，随着样管内压力的逐渐增大，样管外壁所受的环向应力明显增大，相应的环向应变变化较为明显，特别对于壁厚腐蚀减薄部位，会在现有的减薄变形状况下，变形量会更为显著的扩大，通过对变形部位变形量变化的检测，可以较准确分析加载状况下变形缺陷的发展趋势和影响。与通过激光检测探头检测所得的变形量进行比较拟合，准确校订和验证激光检测探头检测所得的变形量的准确性。

综上所述，储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，模拟了当储气井套管因腐蚀减薄出现弯曲变形或套管接箍部位出现受压倾斜弯曲时缺陷检出标定方法，弥补了我国长期使用的储气井井筒出现倾斜弯曲变形尚未有储气井井筒倾斜、弯曲、变形缺陷标定样管的空白。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

还需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“一”、“二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

Claims (8)

1.一种地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，包括：

第一样管，其为弯管，所述第一样管内凹一侧设有凹部，且所述第一样管上端固接有进气管道和排气管道；

第二样管，其与所述第一样管的下端通过接箍密封，且经第一样管的轴线做一条切线，令所述切线经过所述第一样管的下端面的圆心，则该切线与第二样管的轴线之间形成钝角；及

封头，其用于密封所述第二样管的下端。

2.根据权利要求1所述的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，所述第二样管靠近所述封头处设有凹部。

3.根据权利要求2所述的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，所述的凹部为所述第一样管的管壁或第二样管的管壁减薄形成的凹陷。

4.根据权利要求3所述的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，所述第一样管的材质、第二样管的材质均与待检测地下储气井套管的材质相同，且所述第一样管的内径和壁厚、第二样管的内径和壁厚均与待检测地下储气井套管的内径和壁厚对应相同。

5.根据权利要求1所述的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，所述的封头为开口朝向第二样管的半圆形壳体。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，在所述地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管外周璧上包裹有固井水泥环，所述固井水泥环外周包裹有泥土岩石层，所述泥土岩石外周包覆有圆筒形模具。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，所述第一样管、第二样管以及接箍的长度比列为8∶1∶8。

8.根据权利要求1所述的地下储气井井筒倾斜弯曲模拟样管，其特征在于，所述凹部设有应变片贴片。

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