本發(fā)明屬于管柱力學(xué)行為模擬實驗，具體涉及一種用于測試井下熱源發(fā)生裝置的力學(xué)性能的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著陸地石油天然氣資源的勘探開發(fā)逐漸飽和，石油勘探已經(jīng)向深水領(lǐng)域拓展。但是普i-3類(350-10000mpa·s)以上的稠油油田由于受到環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等條件的制約，產(chǎn)量貢獻(xiàn)度不高，規(guī)模化開發(fā)仍需提速。

2、為了保障國家能源安全供給，海上稠油、特稠油區(qū)塊的有效動用變得尤為重要。然而，由于海上采油平臺的環(huán)境特殊，作業(yè)空間狹小，設(shè)備尺寸和擺放受到相當(dāng)大的限制。在受制于經(jīng)濟(jì)條件的同時，陸地油田較為成熟的開采技術(shù)也難以直接在海上推廣實施。在這一挑戰(zhàn)背景下，多元熱流體技術(shù)作為一種新興的海上稠油油藏開采技術(shù)應(yīng)運而生，在渤海油田稠油開發(fā)中取得了一些成功的應(yīng)用。通過廣泛的調(diào)研論證和積極的探索，有必要開展井下熱力發(fā)生技術(shù)的探索研究。

3、井下熱源發(fā)生裝置是稠油熱采過程中的關(guān)鍵設(shè)備，由于井下服役環(huán)境惡劣，除受到軸向拉壓、內(nèi)壓、外擠等作業(yè)載荷外，還會受到溫度等一系列復(fù)雜的環(huán)境荷載，會產(chǎn)生斷裂失效等井下事故。為確保井下熱源發(fā)生裝置安全作業(yè)，用模擬實驗方法對其力學(xué)行為進(jìn)行分析、校核管柱的強度是否滿足工作條件，是確保稠油熱采安全進(jìn)行的有效措施。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述全部或部分問題，本發(fā)明目的在于提供一種用于測試井下熱源發(fā)生裝置的力學(xué)性能的系統(tǒng)及方法，本發(fā)明的用于測試井下熱源發(fā)生裝置的力學(xué)性能的系統(tǒng)有效解決了井下熱源發(fā)生裝置在極端環(huán)境條件下的力學(xué)性能測試難題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于測試井下熱源發(fā)生裝置的力學(xué)性能的系統(tǒng)，待測試的所述井下熱源發(fā)生裝置為右端封閉的管狀結(jié)構(gòu)，所述井下熱源發(fā)生裝置的左端密封連接有左端蓋，所述系統(tǒng)包括：

3、外部條件施加單元，所述外部條件施加單元與所述井下熱源發(fā)生裝置連接，所述外部條件施加單元用于向所述井下熱源發(fā)生裝置施加軸向力，和/或，所述外部條件施加單元用于向所述左端蓋和所述井下熱源發(fā)生裝置形成的封閉腔體內(nèi)通入熱介質(zhì)；

4、第一應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元，所述第一應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元用于測試所述井下熱源發(fā)生裝置在所述外部條件施加單元作用下產(chǎn)生的軸向應(yīng)變和周向應(yīng)變；

5、第一應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元，所述第一應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元與所述應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元連接，所述第一應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元用于采集所述軸向應(yīng)變和周向應(yīng)變；

6、第二應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元，所述井下熱源發(fā)生裝置與所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元連接，所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元用于測試所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元在所述外部條件施加單元作用下產(chǎn)生的間接應(yīng)變；

7、第二應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元，所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元與所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元連接，所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元用于采集所述間接應(yīng)變，以根據(jù)所述間接應(yīng)變計算得到所述井下熱源發(fā)生裝置的徑向應(yīng)變。

8、進(jìn)一步的，所述外部條件施加單元包括軸向力施加單元，所述軸向力施加單元用于向所述井下熱源發(fā)生裝置施加軸向力。

9、進(jìn)一步的，所述軸向力施加單元包括液壓動力控制系統(tǒng)，所述液壓動力控制系統(tǒng)的液壓油出口與第一支線的一端連接，所述井下熱源發(fā)生裝置的右端固定連接有加載連接桿，所述加載連接桿上開設(shè)有從左端貫穿至右端的流通孔，所述第一支線的另一端與所述流通孔的右端連接，所述液壓動力控制系統(tǒng)的液壓油通過所述第一支線和所述流通孔作用于所述井下熱源發(fā)生裝置的右端，以通過液壓油向所述井下熱源發(fā)生裝置施加軸向力；所述液壓動力控制系統(tǒng)通過伺服電機驅(qū)動。

10、進(jìn)一步的，所述外部條件施加單元包括流體加熱系統(tǒng)，所述流體加熱系統(tǒng)用于向所述井下熱源發(fā)生裝置和左端蓋形成的封閉腔體內(nèi)通入熱介質(zhì)；所述井下熱源發(fā)生裝置連接有溫度數(shù)據(jù)獲取單元，所述溫度數(shù)據(jù)獲取單元用于獲取通入熱介質(zhì)后所述井下熱源發(fā)生裝置的實際溫度。

11、進(jìn)一步的，所述流體加熱系統(tǒng)具有高溫流體出口和低溫流體入口，所述左端蓋上設(shè)置有第一端口，所述井下熱源發(fā)生裝置的右端設(shè)置有第二端口，所述第一端口與所述高溫流體出口之間，所述第二端口與所述低溫流體入口之間分別通過第二支線連接；所述第一端口或者所述第二端口處設(shè)置有單向閥。

12、進(jìn)一步的，所述溫度數(shù)據(jù)獲取單元包括溫度采集單元和溫度數(shù)據(jù)接收單元，其中，所述溫度采集單元設(shè)置在所述井下熱源發(fā)生裝置內(nèi)，所述溫度采集單元用于采集所述井下熱源發(fā)生裝置的實際溫度；所述溫度采集單元與所述溫度數(shù)據(jù)接收單元連接，所述溫度數(shù)據(jù)接收單元用于接收所述溫度采集單元采集的實際溫度。

13、進(jìn)一步的，所述溫度采集單元包括若干溫度傳感器組，若干所述溫度傳感器組沿所述井下熱源發(fā)生裝置的軸線方向分布；每組所述溫度傳感器組均包括若干溫度傳感器，每組的若干所述溫度傳感器分別沿所述井下熱源發(fā)生裝置的圓周方向貼設(shè)在所述井下熱源發(fā)生裝置的內(nèi)壁；每個所述溫度傳感器均與所述溫度數(shù)據(jù)接收單元連接。

14、進(jìn)一步的，所述第一應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元包括若干測試應(yīng)變片組，若干所述測試應(yīng)變片組沿所述井下熱源發(fā)生裝置的軸線方向分布，每組所述測試應(yīng)變片組均包括若干個軸向應(yīng)變片和若干個周向應(yīng)變片，若干個所述軸向應(yīng)變片均用于測試所述井下熱源發(fā)生裝置在所述外部條件施加單元作用下產(chǎn)生的軸向應(yīng)變，若干個所述周向應(yīng)變片均用于測試所述井下熱源發(fā)生裝置在所述外部條件施加單元作用下產(chǎn)生的周向應(yīng)變，每組的若干個周向應(yīng)變片和每組的若干個軸向應(yīng)變片均沿所述井下熱源發(fā)生裝置的圓周方向貼設(shè)在所述井下熱源發(fā)生裝置的外壁，每個所述軸向應(yīng)變片和每個所述周向應(yīng)變片均與所述第一應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元連接。

15、進(jìn)一步的，所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元包括關(guān)于所述井下熱源發(fā)生裝置的軸線對稱設(shè)置的兩個彈性片，兩個所述彈性片的左端均固定在所述井下熱源發(fā)生裝置的外壁，兩個所述彈性片的右端分別連接有調(diào)節(jié)螺釘，所述調(diào)節(jié)螺釘?shù)妮S線與所述井下熱源發(fā)生裝置的軸線垂直，每個所述彈性片遠(yuǎn)離所述井下熱源發(fā)生裝置的一側(cè)和靠近所述井下熱源發(fā)生裝置的一側(cè)均固定連接有間接應(yīng)變片，每個所述間接應(yīng)變片均用于測試所述彈性片在所述外部條件施加單元作用下產(chǎn)生的間接應(yīng)變，每個所述間接應(yīng)變片均與所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元連接。

16、進(jìn)一步的，所述左端蓋的直徑大于所述井下熱源發(fā)生裝置的外徑，所述左端蓋連接有外缸筒，所述外缸筒連接有右端蓋，所述井下熱源發(fā)生裝置位于由左端蓋、外缸筒和右端蓋圍成的腔體內(nèi)。

17、本發(fā)明還提供一種用于測試井下熱源發(fā)生裝置的力學(xué)性能的方法，所述方法采用以上任意一項所述的系統(tǒng)，所述方法包括：

18、通過所述第一應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元采集所述井下熱源發(fā)生裝置在所述外部條件施加單元作用下產(chǎn)生的軸向應(yīng)變和周向應(yīng)變，并根據(jù)所述軸向應(yīng)變計算得到所述井下熱源發(fā)生裝置受到的軸向應(yīng)力，根據(jù)所述周向應(yīng)變計算得到所述井下熱源發(fā)生裝置受到的周向應(yīng)力；

19、通過所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)采集單元采集所述第二應(yīng)變數(shù)據(jù)測試單元在所述外部條件施加單元作用下產(chǎn)生的間接應(yīng)變，并根據(jù)所述間接應(yīng)變計算得到所述井下熱源發(fā)生裝置受到的徑向應(yīng)變；

20、利用軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和徑向應(yīng)變的關(guān)系式，根據(jù)所述軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力和徑向應(yīng)變計算得到所述井下熱源發(fā)生裝置受到的徑向應(yīng)力；

21、根據(jù)所述井下熱源發(fā)生裝置受到的軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力，計算得到米塞斯應(yīng)力，并根據(jù)所述米塞斯應(yīng)力判斷所述井下熱源發(fā)生裝置的力學(xué)性能。

22、進(jìn)一步的，在所述利用軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和徑向應(yīng)變的關(guān)系式，根據(jù)所述軸向應(yīng)力、周向應(yīng)力和徑向應(yīng)變計算得到所述井下熱源發(fā)生裝置受到的徑向應(yīng)力之后，所述方法還包括：根據(jù)所述徑向應(yīng)力和周向應(yīng)力，計算得到井下熱源發(fā)生裝置所受的內(nèi)壓力和井下熱源發(fā)生裝置所受的外壓力，以便根據(jù)所述內(nèi)壓力和所述外壓力判斷所述井下熱源發(fā)生裝置受內(nèi)壓力和外壓力的情況。

23、由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種用于測試井下熱源發(fā)生裝置的力學(xué)性能的系統(tǒng)和方法，具有如下有益效果：

24、本發(fā)明能夠有效解決井下熱源發(fā)生裝置在極端環(huán)境條件下的力學(xué)性能測試難題，為稠油熱采過程的安全和效率提供了重要保障。