爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法,尤其涉及射孔作業(yè)條件下超深油氣井管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法,屬于開發(fā)油氣田過程中的測井技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]射孔作業(yè)的目的在于使井筒與油氣層之間形成通路,是油氣田開采的關(guān)鍵環(huán)節(jié),射孔技術(shù)的發(fā)展與完善對油氣田的高效開采具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。由于井下環(huán)境條件復(fù)雜而惡劣,射孔作業(yè)過程也越來越復(fù)雜,井筒、管柱失穩(wěn)及損傷的可能性也相應(yīng)提升。而管柱在爆炸沖擊下的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)是射孔作業(yè)管柱損傷研究的關(guān)鍵問題。
[0003]目前,國內(nèi)外的研究主要集中于動靜力學(xué)的數(shù)值模擬,必要的實驗手段和研究方法也不夠完善。而對于具體實驗而言,由于井下管柱動力學(xué)響應(yīng)的測試需要在地下上千米的區(qū)域進行,井下溫度接近70攝氏度,這樣的溫度容易使得普通加速度傳感器產(chǎn)生溫度漂移,造成測量結(jié)果的不準確;而耐高溫的加速度傳感器價格高,提升了檢測成本;此外,由于射孔彈的殼體效應(yīng)、射孔槍的管道效應(yīng)以及多點爆炸產(chǎn)生的沖擊波耦合效應(yīng),射孔段管柱的沖擊波加載規(guī)律以及管柱動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律極為復(fù)雜,傳統(tǒng)的模擬和測試方式難以全面的對管柱的動力學(xué)響應(yīng)進行測試。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明公開的爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法,要解決的技術(shù)問題是提供爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法,能夠測量極端環(huán)境下射孔槍軸向、徑向、周向加速度,并通過對測量的加速度信息分析處理研究沖擊波加載規(guī)律以及管柱動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。所述的極端環(huán)境指超深油氣井下射孔作業(yè)環(huán)境,主要包括高溫條件下的爆炸沖擊作用,測量極端環(huán)境下射孔槍軸向、徑向、周向加速度對研究沖擊波加載規(guī)律以及管柱動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律具有重要意義,為管柱抗損傷設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐,對保證管柱強度需求、提高產(chǎn)油率有重大意義。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明公開的爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng),包括加速度測試機械系統(tǒng)和電子電路及支持軟件子系統(tǒng)。
[0007]加速度測試機械系統(tǒng)包括加速度傳感器和測試系統(tǒng)殼體,測試系統(tǒng)殼體主要由加速度計頭、緩沖連接件、保溫套連接件、保溫套、電路板支架、外套和后蓋組件組成;加速度計頭用于連接射孔槍和測試儀器,并由端蓋進行密封;加速度計頭的側(cè)面開有用于安裝控制面板的窗口,所述的窗口蓋上開有便于安裝及密封的扳手槽和密封槽。緩沖連接件由緩沖連接桿、橡膠圈、緩沖定位圈、螺母四部分組成,緩沖連接桿上加裝定位銷以保證定位圈不繞軸線轉(zhuǎn)動,緩沖連接件通過螺栓與保溫套連接件進行定位。保溫套連接件由保溫套連接套和保溫套連接桿組成,保溫套連接桿一端有凸臺,凸臺尺寸與保溫套通口尺寸相適配,保溫套連接桿的另一端為半圓柱體,半圓柱體深入到保溫套內(nèi),半圓柱體上鉆有圓柱孔,通過金屬回形框架與電路板支架固連,保溫套連接件中央有線路孔;外套一端與加速度計頭螺紋連接,另一端與后端蓋螺紋連接。后端蓋和外套固定連接,同時起到定位保溫套的作用。尼龍?zhí)孜挥诒靥缀秃蠖松w之間。電路板支架與保溫桶連接桿通過螺釘固定,裝在保溫套中,電源線和控制線從保溫套引出,通過加速度計頭的窗口蓋。加速度傳感器安裝在保溫套內(nèi)部保溫套橫截面上,與保溫套連接桿連接,用于測量槍管管壁加速度響應(yīng)。所述的加速度傳感器包括周向加速度傳感器、軸向加速度傳感器、徑向加速度傳感器,根據(jù)測試需要選擇安裝周向加速度傳感器、軸向加速度傳感器、徑向加速度傳感器。
[0008]電路板支架與保溫桶連接桿通過螺釘固定,裝在保溫套中,電源線和控制線從保溫套引出,通過加速度計頭的窗口蓋,周向加速度傳感器、軸向加速度傳感器、徑向加速度傳感器安裝在保溫套內(nèi)部保溫套橫截面上,引線直接與電路板相連。加速度傳感器由于受到保溫套的保護與外界高溫條件隔離,可以適應(yīng)極端環(huán)境,在極端環(huán)境下正常工作。
[0009]用于測量槍管管壁加速度響應(yīng)的加速度傳感器為壓電式加速度傳感器。
[0010]對軸向加速度進行測量時,軸向加速度傳感器沿軸向安裝在保溫套連接件的保溫套連接桿上。對徑向加速度進行測量時,徑向加速度傳感器沿徑向安裝在保溫套連接件的保溫套連接桿上。
[0011]對周向加速度進行測量時,即在測試周向過載時,周向加速度傳感器安裝在保溫套連接件的保溫套連接桿的中部,周向加速度傳感器包括兩個傳感器,兩個傳感器滿足如下位置關(guān)系,選取與射孔槍同軸的保溫套連接桿以中心面為基準面,互成180度銑掉兩個扇形凸臺,兩個傳感器底面與中心面平行,兩個傳感器互成180度固定在扇形凹槽內(nèi)。
[0012]所述的周向加速度傳感器安裝位置優(yōu)選為,安裝在距離射孔槍軸線19.5mm,位于同一中心切面,兩傳感器軸線距離為39mm。
[0013]作為優(yōu)選,所述的加速度傳感器安裝在機械濾波性能較好的聚四氟乙烯上以減小結(jié)構(gòu)本身的影響。
[0014]電子電路及支持軟件子系統(tǒng)由加速度傳感器輸出信號的數(shù)字化記錄系統(tǒng)以及加速度模擬信號的處理、存儲軟硬件組成。電子電路及支持軟件子系統(tǒng)工作方式為,電荷放大器的作用主要是放大加速度原始電荷信號,壓力放大器將經(jīng)過電荷放大器放大的信號進行二次放大,將信號調(diào)節(jié)至2.4?2.6mv,濾波電路用于清除干擾信號,防噪音,AD轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,緩存器用于將采集到的數(shù)據(jù)臨時存儲在緩存器中,E2PR0M存儲器用于數(shù)據(jù)在系統(tǒng)斷電的時候不丟失數(shù)據(jù)。最后數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口傳遞到上位機上來。
[0015]基于爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)的爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試方法,包括如下步驟,
[0016]步驟一,根據(jù)實驗需要布設(shè)安裝爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng),調(diào)試測試系統(tǒng)工作正常,并檢查測試裝置的密封性能,設(shè)定好延時時間及觸發(fā)閾值。
[0017]步驟二,將爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)與射孔槍相連,打開爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)電源并使系統(tǒng)待機。
[0018]步驟三,將射孔槍和爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)下到試驗井中并下沉至一定深度。
[0019]步驟四,到達預(yù)設(shè)時間后子系統(tǒng)開始工作,處于待觸發(fā)狀態(tài),導(dǎo)爆索起爆給出起爆信號起爆射孔彈,系統(tǒng)接收到觸發(fā)信號后將預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的加速度模擬信號進行分析處理,存入存儲器,采樣結(jié)束。
[0020]步驟五,射孔作業(yè)結(jié)束后取出射孔槍和測試裝置,從槍管上卸下爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng),通過接口電路與計算機進行通信,提取極端環(huán)境下射孔槍軸向、徑向、周向加速度測試結(jié)果,在計算機上進行信號處理與分析,測量極端環(huán)境下射孔槍軸向、徑向、周向加速度對研究沖擊波加載規(guī)律以及管柱動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律具有重要意義,為管柱抗損傷設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐,對保證管柱強度需求、提高產(chǎn)油率有重大意義。
[0021]有益效果:
[0022]1、本發(fā)明公開的爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法,能夠測量極端環(huán)境下射孔槍軸向、徑向、周向加速度,并通過對測量的加速度信息分析處理研究沖擊波加載規(guī)律以及管柱動力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。
[0023]2、本發(fā)明公開的爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法,具有結(jié)構(gòu)簡單、測試數(shù)據(jù)全面準確、適應(yīng)性強、穩(wěn)定性高等特點。
[0024]3、本發(fā)明公開的爆炸沖擊下井下管柱動態(tài)響應(yīng)測試系統(tǒng)及測試方法,可用于井下射孔段管柱在爆炸載荷下的動態(tài)響應(yīng)的測試和研