抗層間剪切強度測試方法

2023-09-23 21:23:25 2

抗層間剪切強度測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種抗層間剪切強度測試方法，包括步驟：1）將複合材料管材沿軸向剪切出若干個長度相同的測試試樣，並通過夾具檢測機構對試樣及通過丟手工具對剩下的管材分別進行檢測；2）通過夾具測試機構剪切出的多個試樣分別進行測試，取多個試樣的壓力最大值中值最小的作為抗層間剪切強度F1；以及通過丟手工具測得的丟手接頭的剪切破壞載荷F2；通過公式計算試樣的抗層間剪切強度τ1，通過公式計算丟手接頭的剪切破壞強度τ2；3）根據公式計算對應關係係數α；4）針對不同的複合材料製成的井下工具增加安全係數β，根據公式來得到井下工具層間破壞時的泵壓P，即抗層間剪切強度；該測試方法能減少因管材抗層間剪切強度不夠而造成的完井施工失敗。
【專利說明】抗層間剪切強度測試方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測試方法，具體涉及對用於加工製作非金屬井下工具的複合材料 的抗層間剪切強度測試方法。

【背景技術】
[0002] 隨著非常規油氣藏及高溫高壓油氣藏的大規模開發，對於完井工具的性能提出了 更高的要求。由於非金屬材料與金屬材料相比，具有耐腐蝕、強度高、質量輕、易鑽銑、易返 排等優點，自20世紀90年代後，利用非金屬材料製造井下工具的技術得到了快速發展。國 內石油工業在進行井下工具研製及選擇複合材料時，發現纏繞型玻璃纖維增強複合材料， 用於製作易鑽除、高強度井下工具具有較好的使用前景。
[0003] 由於井下工況需要，該複合材料加工製作成井下工具後，在井下使用過程中不僅 要承受高內壓和高外壓，而且在使用中往往還需嵌入剪釘，其既要通過剪釘在達到一定拉 力的情況下使井下工具坐封坐卡，又要當拉力達到一定後，通過複合材料剪斷剪釘，以使工 具成功脫手，並起出送入管串，實現完井。在此過程中，複合材料要承受較大的軸向層間剪 切力。同時，纏繞型複合材料管材製作成的井下工具還須具有可快速被鑽頭鑽除的性能，故 強度亦不能過高。因此，該管材須在具有一定抗剪切強度的安全係數的前提下，即使得井下 工具能完成井下坐封坐卡動作，同時又可滿足快速鑽除的性能。
[0004]目前尚沒有用於對製作井下工具的纏繞型複合材料管材進行軸向層間剪切強度 檢測的測試方法並根據測試方法判斷該纏繞型複合材料管材的抗層間剪切強度是否符合 要求。尤其是管材在製造過程中受到加工工藝參數變化的影響，如造成層間纖維粘接缺陷 過多，造成層間抗剪切強度達不到要求，但由於肉眼難以分辨，若沒有測試方法對層間剪切 強度進行測試導致這樣的管材被誤用，容易造成完井施工失敗。


【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種抗層間剪切強度測試方法，能檢測複合 材料管材軸向層間剪切強度，從而減少因管材抗層間剪切強度不夠而造成的完井施工失 敗。
[0006] 本發明的技術解決方案是，提供一種抗層間剪切強度測試方法，它包括以下步 驟：
[0007] 1)將用於製作井下工具的複合材料管材沿軸向剪切出若干個長度相同的測試試 樣,通過夾具測試機構測試試樣的抗層間剪切強度；將剪切試樣後的剩餘的複合材料管材 製作成井下工具用的丟手接頭，採用丟手工具測試丟手接頭的丟手強度；

【權利要求】
1. 一種抗層間剪切強度測試方法，包括以下步驟： 1) 將用於製作井下工具的複合材料管材沿軸向剪切出若干個長度相同的測試試樣，通 過夾具測試機構測試試樣的抗層間剪切強度；將剪切試樣後的剩餘的複合材料管材製作成 井下工具用的丟手接頭，採用丟手工具測試丟手接頭的丟手強度； 2) 通過夾具測試機構剪切出的多個試樣分別進行測試，取多個試樣的壓力最大值中值 最小的作為抗層間剪切強度F1 ;以及通過丟手工具測得的丟手接頭的剪切破壞載荷F2 ; 3) 通過公式r,二Λ】）計算試樣的抗層間剪切強度T1，通過公式T2 =F2/ (ηπI^XH)計算丟手接頭的剪切破壞強度τ2，其中，Rb為夾具測試機構中的壓力加載塊的 大端直徑，Ra為壓力加載塊的小端直徑，η為剪釘數量，H為剪釘吃入深度，％為剪釘直徑； 4) 根據公式α=τ2/τ3+算複合材料管材製成的井下工具與複合材料管材試樣的 抗剪切強度的對應關係係數α; 5) 針對不同的複合材料製成的井下工具增加安全係數β，根據公式F3 = ^XaXT1XnJiR1XH和P=F3/A來得到井下工具層間破壞時的泵壓P，P即複合材料制 成的井下工具的抗層間剪切強度；其中，β為無因次量，一般選擇為I. 10?1. 30,A為丟手 工具的活塞面積。
2. 根據權利要求1所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述試樣包括分別 取自管材兩端的試樣，所述試樣的長度為2?20mm。
3. 根據權利要求1或2所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，通過夾具測試機 構測試試樣的抗層間剪切強度，包括以下步驟： 1) 將測試試樣軸向放置在夾具測試機構的支撐底座上，並進行裝夾； 2) 通過夾具測試機構的壓力加載塊和壓力加載機分別對測試試樣進行加壓，其中壓力 加載塊的小端圓柱的直徑和大端圓柱的直徑分別為Ra和Rb ; 3) 在測試試樣層間未被剪切破壞前，逐步增加加載的壓力值；在試樣層間強度破壞後， 壓力加載塊下沉進夾具內，壓力值快速下降，此時停止加壓，記錄最大壓力值；多個測試試 樣的最大壓力值中最小的為抗層間剪切強度匕。
4. 根據權利要求3所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，壓力加載塊為T型圓 柱臺，大端圓柱的直徑為Rb，小端圓柱的直徑為Ra。
5. 根據權利要求4所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述支撐底座包括 設在下端並與小端圓柱配合的小孔和設在上端並與大端圓柱配合的大孔。
6. 根據權利要求5所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述支撐底座的小 孔的直徑比小端圓柱的直徑Ra大0. 5?I. 0mm，所述支撐底座的大孔的直徑比大端圓柱的 直徑Rb大〇· 5?I. (torn。
7. 根據權利要求1所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述測試試樣為4? 12組。
8. 根據權利要求1所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述對試樣的測試 在溫度可調節的環境中進行。
9. 根據權利要求8所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述對試樣的測試 在調溫箱內進行。
10. 根據權利要求9所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述溫度調整範圍 為KTC?150°C。
11. 根據權利要求3?10中任一項所述的抗層間剪切強度測試方法，其特徵在於，所述 壓力加載機的加載速度為5mm/min?15mm/min。
【文檔編號】G01N3/24GK104458443SQ201310452640
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】段友智, 連經社, 楊世剛, 何祖清, 詹美玲, 彭漢修, 姚志良, 侯倩, 梁濱, 陸松 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院, 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院