2020年第6卷第6期
PETROLEUM TUBULAR GOODS & INSTRUMENTS
• 43 •
李 1 !2,
1,
1,
1
，张益铭1,
1
，张乐1，盼1
(1•中国石油集团石油管工程技术研究院 陕西 西安710077 ； 2.中国石油大学(华东)
东 青岛266580)
摘 要：为了保障页岩气勘探开发安全，需要对所用套管挤毁性能进行有效评价，但目前常用的挤毁试验系统会在试验过程中对 试样产生附加载荷，影响试验结果。本文介绍了一种无附加载荷的套管挤毁试验系统，通过对系统性能及试样挤毁测试研究，结果 表明，该系统运行安全、可靠，试验效率高，试验结果准确，性能优于传统挤毁试验系统。该系统的设计开发为套管抗外压性能研究
奠定了实验基础。
关键词：页岩气；套管；挤毁；附加载荷
中图法分类号:TG37 文献标识码:A 文章编号：2096 -0077(2020)06 -0043 -04
DOI ：10.19459/j. cnki. 61 - 1500/te. 2020. 06. 010
Collapse Experimental System on Casing WUho — Additional Load
LI Dongfeng 1'2, WANG Rui 1 , FENG Yaorong 1 , YANG Peng 1 , ZHANG Yiming 1 , HAN Jun 1 , ZHANG Le 1 , JIA Panlong 1
(1. CNPC Tubular Goods Research Institute # Xi'an # Shaanxi 710077 , China
；
2. China University o Petroleum (Ease China ) , Qingdao , Shandong 266580, China )
AbstraC : In order to ensure the safety of shale gas exploration and development , it is necessac to effectively evaluate the collapse peWorm-
ance of casing. However , the commonly used collapse test system wilt produce additional load on the sample during the test process. The
accuiecy of test resultr wilt be affected. In this paper , the casing collapse test system withou
t additional load was introduced. The research resultr of system peWormancc and collapse tests show that the test system is safe and reliable. The test efficiency was high and the test re
sults were accurate. The system outpeWorms the tieditional collapse lest system. The design and development of the system provide an ec-
peeimentaobasisooethestudsoocasingecteenaopeesueeeesistancepeeooemance.Key words ：shale gas ； casing ； collapse ； additional load
目前，国内常规油气田产能降低，己经不能满足经 济发展 生产生活的需求。 气作为一种新型, 全球油气
开发的新亮
点，未来将会
国能源事业发展的主要 。
随着我国 气开发进程不
，各类失效风险事件
而至。尤其是 气水平
裂过程中，一
是套管柱变形 ：1-7 *
，据不完全
统计，威远-长宁国家级页岩气示范区自2009年到2016
年 裂101 (其中水平井90 )，34
裂
现了不同程度的套管 变形(套管变形点达47)%因，通过套管 装 套管外压拐
进行有效，确保 气开采过程中用管
:
至音源，
进
气开发专用管材设计开发具有
重
要的 。
现，套管 统多采用
或管子外表面与 装备 的方式，通过水或油作
外压介质施加在套管管体，完套管
测试。
过程中， 或 与管体表面接触的装置部
位，会管体 一定的径向 ， 外铁路道口报警器
失效位置集中在
管体的中间部位，另外，焊接
或管体表面与设备
结构 触， 过程
中，部位会 产生 的轴向应力，进而影响
外 测试结果的准确性。
一无
初投稿收稿日期：2020 -09 -14 ；修改稿收稿日期：2020 -10 -15
第一作者简介：李东风，男，1979年生，高级工程师,2005年硕士毕业于西北大学化学工程专业，现从事石油管性能及试验技术研究
E-maio ：oidongoeng@ cnpc. com.
cn
•44•
透水混凝土施工工艺
条谕荤爲均仪器2020年12月的套管复合统，并应用统完成
气用套管外，通过与卧式复合挤毁
统，进一步无的套管复合
挤毁试验系统有效地模拟实际工况，确、试
效率高。
无的套管复合统采用立式结
构设计，统体结构如图1所示，统主要由集系统，气驱水增统、芯轴、夕卜缸、装装置，安全预统等部分组成。
图1试验装置总体结构布局图
1.1试样安装、拆卸装置
安装、装是由液压升降机构、夹紧卡盘、升降组成，结构如图2所示，用于进与轴的组装。前，通过升降机构升降卡盘，完与芯轴的组装。
图2试样安装、拆卸装置结构示意图
1.2外压挤毁装置
外缸是无的套管复合
验装置的核心组成部分，由缸体、缸体法兰、锁紧螺母及相关附件等部分组成，结构如图3所示，是外压的主要承压部件。在，将组装完成的试轴整体外缸中，将缸体介质水，封闭缸体密封法兰、锁紧螺母，形闭，进而
图3外压挤毁装置示意图
1.3水增压系统
水增统用气驱气，水为增压介质，过程中，确保统以完成，自动实现。
1.4系
集系统主要由工、软件、采集模块等部分组成，主要实现增统备的启停、试过程的实集、报息、试
，同统配备视频监控功能。系统设计手动运与自模式，运模式主要用于备测试模式，其可以统各执件
进；自运模式是不同项目，运，控
自备中的执件进%
统软件主要实现集及，
过软件实现互。
该试验系统可以依据GB/T20657〔8*、GB/T 21267)9*、SY/T6128)10*等标准，对外径在127.00-244.48mm之间的GB/T19830〔⑴规格套管进行外压挤毁试验，套管度为8倍公径，可，最高可达275MPa，满足页岩气高强度检测的需求％
工作原理：通过控制采集系统控制增压系统往外压挤毁缸中增压，通过外缸上的传感器测：值，其工作原如图4所示。
进，过安装装完
与芯轴的组装，并将其吊装入外缸中，然安装缸法兰，接着，在外缸及
介质水，并排外缸中的空气，完
的
2020年第6卷第6期李东风等：一种无附加载荷套管挤毁试验系统研究•45•
安装；再然后，在控制系统中设置试样参数，并依据计算
rc延时电路外大数值，控制采集统通过电I
水增统缸中进行增压，发生
失效，集统通过传感集、
息，并自及压力-I线,
同实验装置的工，具备报
能，可避免不正异常现象，如超压，泄
危险会自动报停机，统会自I
同，完成后进行拆卸工作。
控制采集系统
使用该系统，需将试样与设备芯轴组装在一起放入立式缸中，在过程中，夕卜不会与密封结构触，可以有效避免轴向和径向应力的产生，实现高钢级大气用管的外研究，模拟实际的外压工况条件，实的测试出的强度。
运用该系统开展了页岩气用套管试验100余次，均得到了有效且准确的挤毁试验数据值，这其中，最高试验压力达到210MPa，这里的外压挤毁试验结果：规格为*114.30mm X7.37mm P110钢级套管挤毁压力值95MPa(13力6psi)，规格为*139.70mm X12.7mm Q125钢级套管挤毁压力值202MPa (29319psi)，规格为*244.48mm X11.99mm P110钢级套管值58MPa(8421psi)，挤毁试验典型曲线及形貌如图5、图6所示。从线可以看出，试验过程中持，到发生失效的值时，失效，系统自基础压力值。从6失效形貌可以看出，试样均发生管变形。的形貌与传统卧式
系统发生局部形貌(形貌如图7所示)不同。结果进一步，过程中于自由状，无轴向。
(a)0114.30mm7.37mmPl10试样挤毁典型曲线
13000
12000
11000
9000
玻璃钢套管
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
10000
0102030405060708090100110120
时间/s
(b)0244.48mmll.99mmPl10试样挤毁典型曲线
图5无轴向载荷挤毁过程曲线
(b)
图6无轴向载荷挤毁试样形貌
图7传统卧式挤毁试样形貌
过无轴向的套管统进的测试，结果发生整体，应用：统可以得到有效且准确的值。
与传统的
抗衡阀
•46•条谕荤爲均仪器2020年12月
挤毁系统相有以下几点的特点。
1)自程度及安全可高统采用立式结构、软结构设计与传统统相比，结构及计更科学、合。通过软结构设计：安装、方便，减前期安装及
的大量工，减前、的大量准备。自程度高，效高，与传统系统相比效高近50倍。在过程中，减少了试验的参与，降低安全风险。同结合智能报，进一步提升系统的安全可。
2)确程度提高过程中，外不会与结构触，可以有效避免轴向和径向•应力的产生，大大提高结果的准确度，模
实际的外压工况条件，实的测的抗挤强度。
3)统强无轴向的套管挤毁试
统与传统统相比，不没有降低反而在方面有很大提高，统高可275MPa，高钢级大气用管的外：验需求。
无轴向的套管统与传统统的见表1。
表1试验装置性能指标对比
参数性能传统挤毁系统挤毁压力/MPa275<150
过程中是否产生
否是轴向和径向应力
试样制备时间/h平均0.2平8
实验时间时间/h平均0.5平均2.5安全性能具备自检测报警提示功能无
试样挤毁位置整管挤毁变形局部挤毁
1)无附加载荷套管复合挤毁实统，可以依据GB/T20657、GB/T21267、SY/T6128等标准，对外径在114.30〜244.48mm之间的API Spec5CT规格套管进行外压挤毁试验，最高可达275MPa。
2)安装、方便，统测在线显示和自，效高，同备、超；异检测报示，安全。
3)试验系统结构原理及试验结果表明，该系统运行可靠，过程无 轴向，压力满足页岩气用套管需求，结果确。
4)统有效模拟套管外过程，完
气用高套管外测试，为套管外失效研究有效的技术。
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(编辑：马小芳)
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