頂驅下套管裝置是***種集機械、液壓于***體的，用于下套管作業(yè)或者作為套管鉆井驅動(dòng)的專(zhuān)用設備。目前，隨著(zhù)深井、超深井、大位移水平井及復雜井的不斷增多，頂驅下套管裝置越來(lái)越多地應用于高難度套管下放作業(yè)中。所以，裝置的機械可靠性已成為其性能指標的***項重要內容。但由于自身結構和實(shí)際載荷條件的復雜性，常規理論模型難以精確分析計算。為此，有必要采用試驗測試技術(shù)對裝置的實(shí)際工作性能、可靠性和穩定性進(jìn)行測試、分析和評價(jià)。

本文針對頂驅下套管裝置的自身特點(diǎn)，基于應變電測技術(shù)的基本原理及測試方法，對裝置關(guān)鍵零部件進(jìn)行應力應變測試，實(shí)時(shí)觀(guān)測應力變化情況，為修正和完善設計計算理論、驗證結構設計的合理性以及機械性能的穩定性提供了可靠的實(shí)驗依據。

應力應變測試方案

測試內容

為測試頂驅下套管裝置的實(shí)際工作性能、可靠性和穩定性，在靜載拉伸試驗臺對該裝置進(jìn)行模擬實(shí)際工況下的拉力試驗。啟動(dòng)靜載試驗臺液壓站進(jìn)行連續加載，直至裝置的額定抗拉載荷和1.5倍額定抗拉載荷，在加載過(guò)程中，對頂驅下套管裝置關(guān)鍵零部件的應變數據同步進(jìn)行數據采集處理和分析。

儀器介紹

儀器采用聚航科技的JHYC靜態(tài)應變儀，儀器模塊化設計，軟件式操作，數據實(shí)時(shí)保存，可自動(dòng)生成報表，精度高，測量結果準確。

貼片方案及應力計算

測試過(guò)程中共布置了6個(gè)單向應變片，11個(gè)三向應變花。其中，圍繞主傳載軸***周對稱(chēng)布置4個(gè)單向應變片，用以標定和監測加載載荷值；在測試用套管軸上軸向對稱(chēng)位置布置2個(gè)單向應變片，用以測試軸向拉力；圍繞頂驅下套管裝置卡瓦托的被測部位周向對稱(chēng)布置8個(gè)三向應變花，沿卡瓦心軸軸向布置3個(gè)三向應變花，實(shí)時(shí)測試模擬工作狀態(tài)下關(guān)鍵部位的應變、應力值。

載荷測試與標定

載荷測試采用的方法是在靜載拉伸試驗臺的主傳載軸上對稱(chēng)粘貼4個(gè)單向應變片，以消除加載過(guò)程中偏心的影響。載荷值取測試時(shí)主傳載軸上4個(gè)應變片的平均值作為計算值，進(jìn)而得到實(shí)際載荷。

測試結果分析

載荷測試結果

測試過(guò)程中，靜載試驗臺通過(guò)液壓站進(jìn)行連續加載，為驗證應變片載荷測試的正確性，將泵壓換算出的理論載荷與應變片所測載荷進(jìn)行對比。如圖1所示，可以發(fā)現在加載過(guò)程中，4個(gè)單向應變片的數據比較***致。由于任何受軸向拉伸的結構，偏心不可避免，在測試過(guò)程中，采用4個(gè)應變片取平均值方法，消除偏心對測量精度的影響，從圖中可知，應變片所測的平均載荷與現場(chǎng)液壓監測數據保持了良好的對應關(guān)系。

關(guān)鍵零部件測試結果分析

頂驅下套管裝置在連續加載過(guò)程中各關(guān)鍵部位的應力應變測試結果說(shuō)明如下：卡瓦心軸Mises等效應力與載荷關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示；卡瓦托Mises等效應力與載荷關(guān)系如圖3所示；卡瓦心軸、卡瓦托所受載荷與主應變關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示。

在加載至額定抗拉載荷（4500KN）過(guò)程中，由圖2和圖4可以看出，卡瓦心軸在測試過(guò)程中等效應力與應變隨載荷的變化均呈線(xiàn)性趨勢，未出現明顯屈服現象。如圖2所示，對于同***測試部位，沿周向對稱(chēng)所測等效應力***載荷曲線(xiàn)基本重合，在加載至額定抗拉載荷時(shí)，卡瓦心軸中部*大等效應力相當于0.46σs；繼續加載至1.5倍額定抗拉載荷（6750KN）時(shí)，等效應力隨載荷變化的規律基本***致，各測點(diǎn)仍處于彈性范圍內，*大等效應力相當于0.57σs。

卡瓦托在測試過(guò)程中等效應力與應變隨載荷的變化曲線(xiàn)如圖3-4所示，其中，圖3為三個(gè)*大等效應力結果。在加載至額定抗拉載荷的過(guò)程中，等效應力與應變隨載荷的變化均呈現良好的線(xiàn)性趨勢，未出現明顯屈服。當加載至額定抗拉載荷時(shí)，卡瓦托*大等效應力相當于0.64σs； 繼續加載至1.5倍額定抗拉載荷的過(guò)程中，等效應力-載荷曲線(xiàn)呈非線(xiàn)性分布；這時(shí)，材料已進(jìn)入塑性強化階段，如圖4所示，但它具有***定承載能力，直至*大載荷時(shí)，該處材料未發(fā)生明顯破壞現象。

結論

本文針對頂驅下套管裝置性能驗證過(guò)程中，可采用應力應變電測技術(shù)，對其關(guān)鍵零部件進(jìn)行應力應變測試。測試結果為鑒定結構可靠性提供了必要的參數，為改進(jìn)設計方案提供了必要依據，確保了產(chǎn)品設計過(guò)程中的合理性、科學(xué)性。

(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))