層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,包括支撐底座和壓力加載塊,所述支撐底座和壓力加載塊相互配合對(duì)試樣進(jìn)行壓力加載,在加載的壓力未破壞試樣的層間結(jié)構(gòu)時(shí),繼續(xù)增加加載壓力;當(dāng)加載的壓力破壞試樣的層間結(jié)構(gòu)后,壓力加載塊沉入支撐底座,載荷壓力下降。該層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置能測(cè)試用于制作井下工具的復(fù)合材料管材的層間剪切強(qiáng)度從而避免不合格管材被誤用。
【專利說(shuō)明】層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)試裝置,具體涉及一種在油氣開(kāi)發(fā)中,測(cè)試用于制作非金屬井下工具的復(fù)合材料管材層間抗剪切強(qiáng)度的測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著非常規(guī)油氣藏及高溫高壓油氣藏的大規(guī)模開(kāi)發(fā),對(duì)于完井井下工具的性能提出了更高的要求。如強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、易鉆銑、易返排等,國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行井下工具研制及優(yōu)選復(fù)合材料時(shí)發(fā)現(xiàn),纏繞型復(fù)合材料管材作為可鉆除或易鉆除的井下工具中心管或丟手接頭時(shí),具有理想的理化及機(jī)械性能。由于井下工況需要,該管材在井下使用過(guò)程中,不僅在徑向要承受井下油氣層流體、施工泵入液體的內(nèi)壓及外壓,在使用中還需嵌入剪釘,使復(fù)合材料制成的井下工具各部件間產(chǎn)生相對(duì)位移動(dòng)作,達(dá)到井下工具坐卡、坐封的目的,與此同時(shí),復(fù)合材料制成的井下工具還須要具有可快速鉆除的性能,即后面層間剪切力須大于剪釘剪斷力,使工具成功脫手留井,起出送入工具,完成安全施工的目的。換句話說(shuō),層間剪切強(qiáng)度在具有一定安全系數(shù)的前提下,亦不能過(guò)高。綜上所述,該復(fù)合材料管材須具有一定的層間剪切強(qiáng)度安全系數(shù),能承受施加于剪釘上的拉力,使井下工具完成井下做功動(dòng)作,避免在做功中產(chǎn)生分層和脫粘;同時(shí),強(qiáng)度又不能過(guò)高,以實(shí)現(xiàn)快速鉆除的目的。復(fù)合材料管材制作成的井下工具為一次性使用產(chǎn)品,不能直接通過(guò)井下工具整機(jī)的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn);因此,必須建立一套專門的實(shí)驗(yàn)裝置,以實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)原材料機(jī)械性能的可靠性檢測(cè)來(lái)保障井下工具整機(jī)的力學(xué)及機(jī)械性能。
[0003]目前尚沒(méi)有研發(fā)用于井下作業(yè)的復(fù)合材料管材軸向?qū)娱g剪切強(qiáng)度進(jìn)行專門檢測(cè)的測(cè)試裝置。尤其是管材在制造過(guò)程中受到加工工藝參數(shù)變化的影響,如造成層間纖維粘接缺陷過(guò)多,造成層間抗剪切強(qiáng)度達(dá)不到要求,但由于肉眼難以分辨,若沒(méi)有測(cè)試裝置對(duì)層間剪切強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試導(dǎo)致這樣的管材被誤用,容易造成完井施工失敗。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是,提供一種能用于測(cè)試制作井下工具的復(fù)合材料管材的層間剪切強(qiáng)度從而避免管材被誤用的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是,提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,包括支撐底座和壓力加載塊,所述支撐底座和壓力加載塊相互配合對(duì)試樣進(jìn)行壓力加載,在加載的壓力未破壞試樣的層間結(jié)構(gòu)時(shí),繼續(xù)增加加載壓力;當(dāng)加載的壓力破壞試樣的層間結(jié)構(gòu)后,壓力加載塊沉入支撐底座,載荷壓力下降。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置具有以下優(yōu)點(diǎn):在本實(shí)用新型中通過(guò)支撐底座和壓力加載塊相互配合對(duì)試樣進(jìn)行壓力加載,并在加載壓力急劇下降時(shí)判斷出試樣的層間結(jié)構(gòu)被破壞,從而得出加載的最大壓力值與該試樣的層間剪切強(qiáng)度有關(guān),通過(guò)對(duì)多個(gè)試樣的檢測(cè),得到相關(guān)的系數(shù),從而得到加載壓力與管材的層間剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系,計(jì)算出管材的層間剪切強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算出的層間剪切強(qiáng)度可避免有缺陷的或?qū)娱g剪切強(qiáng)度達(dá)不到要求的管材制成的井下工具被誤用。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選,所述支撐底座中部設(shè)有階梯孔,所述壓力加載塊包括形狀與階梯孔相配的T型臺(tái)。方便加載壓力和用于判斷試樣的層間結(jié)構(gòu)的破壞。
[0008]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選,所述階梯孔由上端的大孔和下端的小孔組成,所述T型臺(tái)由上端的大圓柱和下端的小圓柱組成,所述大孔的直徑比大圓柱的直徑大0.3?1.2mm,所述小孔的直徑比小圓柱的直徑大0.3?1.2mm。方便在試樣層間剪切結(jié)構(gòu)破壞時(shí),壓力加載塊能向下沉入支撐底座。
[0009]作為本發(fā)明的還有一種優(yōu)選,所述小圓柱的直徑等于試樣中的內(nèi)通孔的直徑。小圓柱與試樣中的內(nèi)通孔配合。
[0010]作為本發(fā)明的還有一種優(yōu)選,所述小圓柱的長(zhǎng)度比試樣的長(zhǎng)度長(zhǎng)5?50mm。
[0011]作為本發(fā)明的一種改進(jìn),所述壓力加載塊的高度小于或等于支撐底座的高度。保證試樣被層間破壞時(shí)壓力加載塊能沉入支撐底座。
[0012]作為本發(fā)明的另一種改進(jìn),所述支撐底座和壓力加載塊均設(shè)在溫度可調(diào)節(jié)的調(diào)溫箱內(nèi)。調(diào)溫箱用于模擬井下的溫度環(huán)境,從而使測(cè)試結(jié)果更接近實(shí)際工況。
[0013]作為本發(fā)明的另一種改進(jìn),所述調(diào)溫箱還設(shè)有對(duì)壓力加載塊進(jìn)行壓力加載的壓力加載機(jī)。通過(guò)壓力加載機(jī)進(jìn)行加壓和壓力調(diào)整。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1所示是本實(shí)用新型的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置的一種具體實(shí)施例。
[0015]圖2所示是圖1中的支撐底座和壓力加載塊的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3所示是圖1中的支撐底座的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中所示:1、調(diào)溫箱,2、壓力加載機(jī),3、壓力加載塊,3.1、大圓柱,3.2、小圓柱,4、試樣,4.1、通孔,5、支撐底座,5.1、大孔,5.2、小孔。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]如圖1所示為本實(shí)用新型的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置的一種具體實(shí)施例。在該實(shí)施例中,該層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置包括調(diào)溫箱1、壓力加載機(jī)2、壓力加載塊3和支撐底座5,所述壓力加載塊3、支撐底座5和壓力加載機(jī)2的壓力加載部分均位于調(diào)溫箱I內(nèi)。
[0020]如圖2所示,在本實(shí)施例中,選擇從纏繞型復(fù)合材料管材中軸向剪取長(zhǎng)度為5mm的試樣4進(jìn)行測(cè)試。所述壓力加載塊3包括由大圓柱3.1和小圓柱3.2組成的T型臺(tái),所述大圓柱3.1和小圓柱3.2同軸線。所述支撐底座5包括由大孔5.1和小孔5.2組成的階梯孔或沉孔,所述大孔5.1與小孔5.2同軸線。所述試樣4的中間設(shè)有內(nèi)通孔4.1,優(yōu)選小圓柱3.2的直徑等于試樣4中的內(nèi)通孔4.1的直徑。所述大孔5.1的直徑比大圓柱3.1的直徑大0.3?1.2mm,優(yōu)選0.4?0.6mm。所述小孔5.2的直徑比小圓柱3.2的直徑大0.3?
1.2mm,優(yōu)選0.4?0.6mm。所述小圓柱3.2的長(zhǎng)度比試樣4的長(zhǎng)度長(zhǎng)5?50mm,所述壓力加載塊3的高度小于或等于支撐底座5的高度,方便壓力加載塊3在層間破壞時(shí)沉入支撐底座5。
[0021]在壓力加載前,先將試樣4的內(nèi)通孔4.1與大孔5.1相對(duì)應(yīng)地放置或裝夾,然后在試樣4上加載壓力加載塊3,所述壓力加載塊3的小圓柱3.2進(jìn)入通孔4.1。裝配完成后,通過(guò)壓力加載機(jī)2加載壓力,所述支撐底座5和壓力加載塊3相互配合對(duì)試樣4進(jìn)行壓力加載。在加載壓力未破壞試樣4的層間結(jié)構(gòu)時(shí),壓力加載機(jī)2的加載壓力不斷增加;當(dāng)加載的壓力破壞試樣4的層間結(jié)構(gòu)后,壓力加載塊3沉入支撐底座5,此時(shí)與壓力加載機(jī)2連接的壓力表顯示的壓力值急劇下降。壓力表顯示的最大壓力值與試樣4的層間剪切強(qiáng)度相關(guān),通過(guò)計(jì)算可得出最大壓力值與管材的層間剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系,通過(guò)這種關(guān)系可以計(jì)算出管材的層間剪切強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算出的層間剪切強(qiáng)度可避免使用有缺陷的或?qū)娱g剪切強(qiáng)度達(dá)不到要求的管材制成的井下工具而造成固井完井失敗。
[0022]說(shuō)明的是,所述大圓柱3.1和小圓柱3.2僅是兩者比較相對(duì)而目,同理對(duì)于大孔
5.1與小孔5.2也是如此。
[0023]雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述,然而可以理解,在不脫離本實(shí)用新型的范圍的情況下,可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)或替換。尤其是,只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突,各實(shí)施例中的特征均可相互結(jié)合起來(lái),所形成的組合式特征仍屬于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型并不局限于文中公開(kāi)的特定實(shí)施例,而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于,包括支撐底座和壓力加載塊,所述支撐底座和壓力加載塊相互配合對(duì)試樣進(jìn)行壓力加載,所述支撐底座中部設(shè)有階梯孔,所述壓力加載塊包括形狀與階梯孔相配的T型臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于,所述階梯孔由上端的大孔和下端的小孔組成,所述T型臺(tái)由上端的大圓柱和下端的小圓柱組成,所述大孔的直徑比大圓柱的直徑大0.3?1.2mm,所述小孔的直徑比小圓柱的直徑大0.3?1.2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于,所述小圓柱的直徑等于試樣中的內(nèi)通孔的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于,所述小圓柱的長(zhǎng)度比試樣的長(zhǎng)度長(zhǎng)5?50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于,所述壓力加載塊的高度小于或等于支撐底座的高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于,所述支撐底座和壓力加載塊均設(shè)在溫度可調(diào)節(jié)的調(diào)溫箱內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試裝置,其特征在于,所述調(diào)溫箱還設(shè)有對(duì)壓力加載塊進(jìn)行壓力加載的壓力加載機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01N3/24GK203595639SQ201320600195
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】張同義, 段友智, 龐偉, 趙旭, 侯倩, 梁濱, 陸松, 毛軍, 杜娟, 賀英 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院, 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院