CN201526318U - 多层抽拉式地层作用模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石油开采行业中的模拟试验装置，具体的说是一种多层抽拉式地层作用模拟器。它包括套管、箱体框架、多层箱体、可抽拉式活动层、滑道、反力墙连接头、动作器连接头，所述箱体框架上连接有护板构成的多层箱体，该多层箱体的底层和顶层为固定层，中间层为可抽拉式活动层，其中顶层上装有反力墙连接头，中间层上装有动作器连接头，所述箱体框架的内部空间通过与其连接的加强板装有加强钢套管，该加强钢套管分段设置，其段数与多层箱体的层数相一致。本实用新型的中间层为可抽拉式活动层，能够模拟地层层间滑移作用，模拟不同位移和加载速率的地层层间滑动进行试验；测量分析套管-水泥环***的破坏过程与裂纹扩展规律。

Description

多层抽拉式地层作用模拟器

技术领域：

本实用新型涉及石油开采行业中的模拟试验装置，具体的说是一种多层抽拉式地层作用模拟器。

背景技术：

在石油开采过程中，套管损坏普遍存在，但由于套管损坏往往发生在地下一千米甚至数千米之下，无法进行现场观测，这就使得室内模拟试验特别重要。采油套管损坏与一般钢管的破坏试验相比，由于套管损坏发生在地下，地层蠕变或者构造与断层活动等原因产生的地层层间滑移是套管损坏的主要破坏力来源，如何模拟地层作用是破坏试验成败的关键。也正是如此，至今尚没有针对地层作用下的套管水泥环破坏室内模拟试验。

油井套管损坏已经成为油气生产的首要灾害，初步统计，我国目前套管损坏井超过15000口，套损井涉及资产高达300亿元，需要报废或不得不进行大修的直接井资产就超过100亿元。通过对辽河油田锦州采油厂，仅仅一个厂1976口油井进行的调查，套管损坏井占总井数的26.5％，仅在锦45区块就有278口井发生套管破坏。现阶段套管损坏研究主要基于数值模拟手段，但数值模拟的结果必须通过试验来验证，而在相应的试验方面，则仅仅是进行套管强度试验，尚没有模拟地层层间相对滑动作用的试验装置。

实用新型内容：

本实用新型的发明目的在于克服现有技术之不足而提供一种能够模拟地下层层间滑动作用的多层抽拉式地层作用模拟器，利用模拟器可在室内模拟地层不同位移不同加载速率的层间滑动，分析套管-水泥环的应变和变形特征，破坏过程与裂纹的扩展规律。

本实用新型采用如下技术方案：

一种多层抽拉式地层作用模拟器，包括套管、箱体框架、多层箱体、可抽拉式活动层、滑道、反力墙连接头、动作器连接头，所述箱体框架上连接有护板构成的多层箱体，该多层箱体的底层和顶层为固定层，中间层为可抽拉式活动层，其中顶层上装有反力墙连接头，中间层上装有动作器连接头，所述箱体框架的内部空间通过与其连接的加强板装有加强钢套管，该加强钢套管分段设置，其段数与多层箱体的层数相一致。

本实用新型的上述技术方案与现有技术相比，中间层为可抽拉式活动层，能够模拟地层层间滑移作用，模拟不同位移和加载速率的地层层间滑动，进行地层作用下套管-水泥环损坏室内试验；并通过测量***测量分析套管-水泥环***的应变和变形特征，破坏过程与裂纹扩展规律，从而为油井套管损坏成因提供试验依据。

作为本实用新型的一种优选择方式，所述装在顶层上的反力墙连接头与顶层之间通过第一加劲肋连接，中间层上的动作器连接头通过第二加劲肋与中间层连接，所述底层的下方设有固定底座。

作为本实用新型的一种方式，箱体框架的中间层上设有上、下定位板和上、下滑道。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例详述本实用新型：

一种多层抽拉式地层作用模拟器，参见附图1，图中：套管1，水泥环2，加强板3，加强钢套管4，护板5，箱体框架6，上定位板7，可抽拉式活动层8，动作器连接头9，第二加劲肋10，下定位板11，固定底座12，下滑道13，上滑道14，第一加劲肋15，反力墙连接头16。

箱体框架6上连接有护板5构成的多层箱体，多层箱体的底层和顶层为固定层，中间层为可抽拉式活动层8，其中顶层上装有反力墙连接头，中间层上装有动作器连接头9，箱体框架6的内部空间通过与其连接的加强板3装有加强钢套管4，加强钢套管4分段设置，其段数与多层箱体的层数相一致。

作为本实施例的一种优选结构，反力墙连接头16与顶层之间通过第一加劲肋15连接，中间层上的动作器连接头9通过第二加劲肋10与中间层连接，底层的下方设有固定底座12。

作为本实施例的一种优选结构，参见附图1，中间层上设有上定位板7、下定位板11、上滑道14和下滑道13，利于中间层的顺利滑出。

为真实模拟地层作用，顶层可较厚，底层则较薄；本实施例为三层设置，顶层由反力墙连接头16通过第一加劲肋15固定到实验室内部的反力墙上，底层由固定底座12通过地锚螺栓固定到地面上，在箱体框架6上焊接的上定位板7、下定位板11、上滑道14和下滑道13，能够保证可抽拉式活动层8的滑动性能。

由于套管刚度较大，为避免加载时箱体产生过大变形，在箱体框架6和护板5构成的多层箱体上焊接加强板3，利用加强板3提高箱体强度和刚度。

加强钢套管4采用加厚的合金钢制成，加强钢套管4分段加工。其段数与多层箱体的层数一致，每段的高度同各层箱体的高度，其内径可由水泥环2的外径确定(以能够顺利将套管水泥环放入为准)，每层的加强板3及加强钢套管4焊成一个整体，在箱体顶部和底部固定层中可将加强板3直接焊接在箱体上，即：箱体框架6和护板5上，可抽拉式活动层8上的加强板3和加强钢套管4则与其相连接形成一个独立的整体。

为实现用MTS加载模拟地层蠕变作用，在可抽拉式活动层8的侧面装有动作器连接头9，动作器连接头9用第二加劲肋10与可抽拉式活动层焊接在一起，动作器连接头9的另一端打孔与MTS动作器连接到一起。如可抽拉式活动层8不止一层，动作器连接头10可设在不同位置及不同方向上，以模拟不同状况下的地层蠕变作用。

将多层箱体的顶部和底部固定，可抽拉式活动层8放入箱体就位，在加强钢套管4内放入制作好的包含水泥环2的套管1，然后通过加载端将MTS拟动力试验装置的加载位移加载到可抽拉式活动层8实现地层层间滑动位移，通过测量***测量套管1内外壁和水泥环2外壁的应变，并观测分析套管1和水泥环2一体变形过程、水泥环2破坏过程、水泥环2破坏后的套管1破坏与裂纹扩展过程，并分析水泥环2破坏与套管1破坏的关系。

Claims (3)

1.一种多层抽拉式地层作用模拟器，包括套管、箱体框架、多层箱体、可抽拉式活动层、滑道、反力墙连接头、动作器连接头，其特征在于：所述箱体框架上连接有护板构成的多层箱体，该多层箱体的底层和顶层为固定层，中间层为可抽拉式活动层，其中顶层上装有反力墙连接头，中间层上装有动作器连接头，所述箱体框架的内部空间通过与其连接的加强板装有加强钢套管，该加强钢套管分段设置，其段数与多层箱体的层数相一致。

2.根据权利要求1所述的多层抽拉式地层作用模拟器，其特征在于：所述装在顶层上的反力墙连接头与顶层之间通过第一加劲肋连接，中间层上的动作器连接头通过第二加劲肋与中间层连接，所述底层的下方设有固定底座。

3.根据权利要求1所述的多层抽拉式地层作用模拟器，其特征在于：箱体框架的中间层上设有上、下定位板和上、下滑道。