一种用于固井工具的试验装置及其试验方法技术领域
本发明涉及石油固井作业技术领域，尤其涉及一种用于固井工具的试验装置
及其试验方法。
背景技术
现有的石油井下固井工具通常包括尾管悬挂器、双级箍、浮箍或扶正器等。
该石油井下固井工具的承载能力和密封能力是衡量该石油井下固井工具优劣的
一个重要指标。该石油井下固井工具的承载能力和密封能力将直接关系到井下作
业施工的成败。
该石油井下固井工具的承载能力和密封性能除了与其自身的制造材料和密
封元件有关外，在很大程度上还受自身的机械锁紧机构的性能制约。为了检验石
油井下固井工具的性能、测试其承载能力等技术参数，为石油井下固井工具的改
进和优化提供参考依据，则需设计一套专用的地面试验装置，来对该石油井下固
井工具进行性能检测。
发明内容
针对上述问题，根据本发明的第一个主题，提出了一种用于固井工具的试验
装置，包括：底座；设置在所述底座上并用于给所述固井工具施加轴向载荷的轴
向加压组件；分别设置在所述底座的左右两端的安装架和支撑架，其中，所述安
装架用于支撑所述轴向加压组件；设置在所述固井工具的两侧，且一端固定在所
述安装架上，另一端固定在所述支撑架上的导轨组件；套设在所述导轨组件上并
能够相对所述导轨组件沿轴向滑动的滑动机构。通过观察位于轴向加压部上的压
力检测部件显示的压力值，来判断施加给该固井工具的轴向力是否达到预定值。
若已达到预定值，则需停止给该固井工具机械加压，开始进入保压状态。通过观
察该应变片的变形程度，来判断出固井工具设有应变片的部位所能承受的最大载
荷，进一步地，准确判断出该固井工具承受轴向载荷的性能。
较佳的，所述滑动机构包括带有滚轮的第一载物台和设置在所述第一载物台
上的滑动壳体。由于在该第一载物台的底部设有滚轮，这样便大大地减少了滚轮
与底座之间的摩擦力，更方便该第一载物台的移动。
较佳的，所述试验装置还包括套设在所述导轨组件上并能够相对所述导轨组
件沿轴向滑动的传动机构。
较佳的，所述传动机构与所述滑动机构为相对设置。由于该传动机构能够沿
导轨组件进行轴向移动，因而，能够灵活地调整该传动机构的位置，从而使得该
传动机构与滑动机构之间的距离能够满足固井工具的长度，避免由于该传动机构
与滑动机构之间的距离过近或过远造成无法固定该固井工具的弊端。
较佳的，所述传动机构包括带有滚轮的第二载物台和设置在所述第二载物台
上的传动壳体。
较佳的，所述第一载物台和所述第二载物台上分别设置有用于连接所述固井
工具的第一端和第二端的连接组件。该连接组件用于连接固井工具的第一端和第
二端，从而实现该固井工具的安装及固定。
较佳的，所述连接组件包括设置在所述第一载物台或所述第二载物台上的固
定部，与所述固定部相铰接的转动部，以及与所述转动部为固定连接的连接部。
较佳的，所述传动壳体的底部设置有齿形主传动部，在所述传动壳体的上部
设置有套设在所述导轨组件上，并与所述齿形主传动部相啮合的齿形从传动部。
较佳的，所述齿形从传动部与所述导轨组件相啮合，以在所述齿形主传动部
的带动下沿所述导轨组件进行轴向移动。
较佳的，所述连接部为扣母或用于给所述固井工具加内压的内压组件。
较佳的，所述轴向加压组件包括设置在所述底座上的加压本体，和设置在所
述加压本体内并能够相对所述加压本体进行伸出或回缩的轴向加压部。该轴向加
压部的设置，能够给固井工具施加轴向力。
较佳的，所述轴向加压部上设置有压力检测部件，所述压力检测部件用于检
测作用给所述固井工具的轴向力是否达到预定值。这样，不仅方便操作人员能够
时刻观察作用给该固井工具的轴向力的大小，同时，也能够使得作用给该固井工
具的轴向力更加精准。
根据本发明的第二个主题，提出了一种使用试验装置来对固井工具进行试验
的方法，包括：调整所述滑动机构与所述传动机构之间的距离，以满足所述固井
工具的整体长度；将带有应变片的所述固井工具与所述连接组件相连接；启动所
述轴向加压组件，以使得所述轴向加压部作用给所述固井工具轴向力；观察设置
在所述轴向加压部上的所述压力检测部件显示的压力值是否达到预定值；若未达
到预定压力值，则需继续向所述固井工具施加轴向力，以使得所述压力检测部件
达到预定压力值；若已达到预定压力值，则需停止向所述固井工具继续施加轴向
力；观察设置在所述固井工具上的应变片的变形程度，从而判断所述固井工具设
有应变片的部位所能承受的最大轴向载荷。
根据本发明，所述试验装置具有能够精确测量固井工具的承载能力的优点，
以及还具有能够灵活调整滑动机构和传动机构之间的位置来适应不同长度的固
井工具的优点。另外，该试验装置还具有结构简单、操作安全、可靠以及能够较
好地模拟固井工具的工作情况的优点。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：
图1为本发明用于固井工具的试验装置的第一实施例结构示意图。
图2为本发明用于固井工具的试验装置的第二实施例结构示意图。
图3为本发明用于固井工具的试验装置对固井工具进行试验的试验方法流程
图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，其分别为本发明用于固井工具的试验装置的第一实施例
结构示意图和本发明用于固井工具的试验装置的第二实施例结构示意图。如图所
示，该固井工具100可为石油尾管悬挂器或双级箍等。本发明中的试验装置可用
来测试该固井工具100在井下的工作情况。例如可测试该固井工具100的轴向承
载性能以及承受内压的性能等。该试验装置包括底座1、轴向加压组件2、安装
架3、支撑架4、导轨组件5以及滑动机构6。
如图1所示，在本申请的实施例中，该底座1的设置，起到了支撑和固定的
作用。同时，由于底座1的设置，使得该试验装置在对固井工具100进行承载能
力和密封性能的测试时能够比较稳固，避免了轴向加压组件2因发生晃动而导致
测试结果不精准的弊端。
在本申请的实施例中，该轴向加压组件2设置在底座1上，用于给固井工具
100施加轴向载荷。该轴向加压组件2与底座1可为可拆卸式连接。在一个具体
的例子中，该轴向加压组件2可通过螺栓或螺钉紧固在底座1的上端面。采用可
拆卸式连接的方式不仅便于该轴向加压组件2的安装及拆卸，同时，也大大地降
低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。
在一个优选的实施例中，该轴向加压组件2包括加压本体21和轴向加压部
22。其中，该加压本体21设置在底座1上。在一个具体的例子中，该加压本体
21可通过螺栓或螺钉紧固在该底座1的上端面，从而实现该加压本体21的安装
及固定。在本申请的实施例中，该加压本体21的整体大致呈筒状，且内部为中
空结构。在一个例子中，该加压本体21可为液压缸体。
该轴向加压部22设置在加压本体21内，并能够相对该加压本体21进行伸
出或回缩。其中，该轴向加压部22大致呈杆状。在一个具体的例子中，该轴向
加压部22可为液压活塞杆。该轴向加压部22在伸出时，将推动滑动机构6沿导
轨组件5进行轴向移动。同时，该轴向加压部22将施加的轴向载荷先传递给如
下所述的连接组件7，然后再经该连接组件7将轴向载荷施加给该固井工具100，
进一步地，实现给该固井工具100施加轴向载荷的目的。
在一个优选的实施例中，该轴向加压部22的外周壁上设置有压力检测部件
221。该压力检测部件221用于检测该轴向加压部22作用给该固井工具100的轴
向力是否达到预定值。这样，不仅方便操作人员能够时刻观察作用给该固井工具
100的轴向力的大小，同时，也能够使得作用给该固井工具100的轴向力更加精
准。
如图1所示，在本申请的实施例中，该安装架3和支撑架4均设置在底座1
上。其中，该安装架3用于支撑和固定该轴向加压组件2。具体地，该安装架3
设置在该底座1的左端。该安装架3上并排开设有三个通孔。其中，中间通孔31
用于支撑上述轴向加压部22，使得该轴向加压部22在不断相对加压本体21进行
伸出或回缩时，能够始终保持平稳的状态，不会发生左右晃动的现象。进一步地，
使得该轴向加压部22能够准确地驱动该滑动机构6，保证该固井工具100顺利地
接受到轴向力。而位于该安装架3的两侧通孔32用于固定该导轨组件5，即该导
轨组件5穿过该两侧通孔32，从而实现该导轨组件5的安装及固定。
在本申请的实施例中，该支撑架4设置在底座1的右端，其用于支撑该导轨
组件5，同时，起到防止该导轨组件5沿轴向发生窜动的作用。
在本申请的实施例中，该导轨组件5设置在固井工具100的两侧，并且该导
轨组件5的一端固定在安装架3上，另一端固定在支撑架4上。这样，便实现了
该导轨组件5的安装及固定。该导轨组件5的设置，为上述滑动机构6提供了可
移动的轨道。在一个例子中，该导轨组件5可为承力丝杠。
在本申请的实施例中，该滑动机构6套设在导轨组件5上，并能够在上述轴
向加压部22的推动作用下，沿该导轨组件5进行轴向移动。在本申请的实施例
中，该滑动机构6沿导轨组件5轴向移动的最远距离恰好为该轴向加压部22伸
出加压本体21的最长长度。并且，随着该轴向加压部22伸出的长度越长，作用
给该固井工具100的轴向力就越大，从而能够精确地测量出该固井工具100所能
承受的最大轴向力，由此判断出该固井工具100的轴向承载性能。
在一个优选的实施例中，该滑动机构6包括带有滚轮的第一载物台61和设
置在该第一载物台61上的滑动壳体62。其中，该第一载物台61能够载有该滑动
壳体62一起在底座1上沿轴向进行往复滑动。另外，由于在该第一载物台61的
底部设有滚轮，这样便大大地减少了滚轮与底座1之间的摩擦力，更方便该第一
载物台61的移动。
该滑动壳体62的两端分别穿过设置在固井工具100两侧的导轨组件5。这样，
不仅方便该滑动机构6的移动。同时，也为该滑动机构6提供了可移动的轨道，
避免滑动机构6在移动过程中发生偏斜的弊端。
如图1所示，在一个优选的实施例中，该试验装置还包括套设在导轨组件5
上并能够相对该导轨组件5进行轴向滑动的传动机构8。该传动机构8与滑动机
构6相对设置。具体地，该滑动机构6设置在靠近轴向加压组件2的一端，而该
传动机构8则设置在远离轴向加压组件2的一端。由于该传动机构8能够沿导轨
组件5进行轴向移动，因而，能够灵活地调整该传动机构8的位置，从而使得该
传动机构8与滑动机构6之间的距离能够满足固井工具100的长度，避免由于该
传动机构8与滑动机构6之间的距离过近或过远造成无法固定该固井工具100的
弊端。
在一个优选的实施例中，该传动机构8包括带有滚轮的第二载物台81和设
置在该第二载物台81上的传动壳体82。由于该第二载物台81设置的结构和优点
与上述第一载物台81的相同，为避免赘述，此处不作详述。
在一个优选的实施例中，在第一载物台61和第二载物台81上分别设置有连
接组件7，该连接组件7用于连接固井工具100的第一端和第二端，从而实现该
固井工具100的安装及固定。其中，该固井工具100与连接组件7可为可拆卸式
连接。
在一个优选的实施例中，连接组件7包括设置在第一载物台61或第二载物
台81上的固定部71、转动部72和连接部73。其中，该转动部72与固定部71
相铰接，即该转动部72能够相对该固定部71进行运动。该连接部73与转动部
72为固定连接。这样，在转动部72相对固定部71进行运动时，同时也带动连接
部73相对该固定部进行运动。进一步地，避免由于固井工具100两端的同轴度
较低，造成无法安装的弊端。
在一个优选的实施例中，在传动壳体82的底部设置有齿形主传动部821，在
该传动壳体82的上部设置有套设在导轨组件5上的齿形从传动部822。其中，该
齿形从传动部822与齿形主传动部821相啮合。在本申请的实施例中，该齿形主
传动部821可为蜗杆，该齿形从传动部822可为蜗轮。在蜗杆进行转动时，将会
带动该蜗轮一起进行转动。
在一个优选的实施例中，该齿形从传动部822与导轨组件5相啮合。在齿形
主传动部821的带动下，该齿形从传动部822与导轨组件5不断啮合，并不断沿
导轨组件5进行轴向移动。从而，带动该传动机构8沿导轨组件5朝靠近滑动机
构6进行轴向移动。
如图1和图2所示，在一个优选的实施例中，该连接部73为扣母731或内
压组件732。其中，该内压组件732用于给固井工具100加内压。该内压组件732
上设有进液口和出气口，并且，该内压组件732的内部与固井工具100的内部相
连通，从而使得经该进液口而注入到内压组件732中的液体流入该固井工具100
的内部，实现对该固井工具100加内压的目的。当将该固井工具100加内压到预
定压力值时，则表明该固井工具100已达到其所能承受的最大内压值，从而判断
出该固井工具100承受内压的性能。在本申请的实施中，该内压组件732可为压
力釜。
如图1所示，根据本发明的第一个示例，该试验装置用来对固井工具100的
轴向承载能力进行测试，该试验装置的具体工作过程为，首先，确定好该固井工
具100的整体长度，并在该固井工具100的外周壁设置有应变片(图中未示出)。
这样，当该固井工具100被轴向加载完成后，通过测试该应变片的变形程度，便
可确定该固井工具100设置有应变片的部位所能承受的最大载荷，从而判断出该
固井工具100的轴向承载能力。
其次，调整好该滑动机构6和传动机构8之间的距离，以使得该滑动机构6
与传动机构8之间的距离刚好等于固井工具100的长度，从而保证该固井工具100
的准确安装。同时，为避免固井工具100两端的同轴度较低，则需使得扣母731
能够相对固定部71进行运动，进一步地，更加保证了该固井工具100的准确安
装。
然后，将该固井工具100安装完成后，启动轴向加压组件2。即使得位于加
压本体21中的轴向加压部22先施加给该连接组件7轴向力，该连接组件7将接
收到的轴向力传递给该固井工具100，从而实现对该固井工具100施加轴向载荷
的目的。
最后，通过观察位于轴向加压部22上的压力检测部件221显示的压力值，
来判断施加给该固井工具100的轴向力是否达到预定值。若已达到预定值，则需
停止给该固井工具100机械加压，开始进入保压状态。通过观察该应变片的变形
程度，来判断出固井工具100设有应变片的部位所能承受的最大载荷，进一步地，
准确判断出该固井工具100承受轴向载荷的性能。
如图2所示，根据本发明的第二个示例，该试验装置用来对固井工具100的
内压承载能力进行测试，该试验装置的具体工作过程为，首先，确定好该固井工
具100的整体长度，并在固井工具100上设置应变片。由于设置应变片的作用与
第一示例相同，为避免赘述，此处不作详述。
其次，调整好该滑动机构6和传动机构8之间的距离。由于这样做的目的与
第一示例的目的相同，为避免赘述，此处不作详述。由于需要测固井工具100的
内压，因而需将第一示例中的扣母731取下换成该内压组件732。通过向该内压
组件732中注入液体，来实现对该固井工具100加内压的目的。当将该固井工具
100加内压到预定压力值时，则表明该固井工具100已达到其所能承受的最大内
压值，从而判断出该固井工具100承受内压的性能。
综上所述，该试验装置具有能够精确测量固井工具的承载能力的优点，以及
还具有能够灵活调整滑动机构和传动机构之间的位置来适应不用长度的固井工
具的优点。另外，该试验装置还具有结构简单、操作安全、可靠以及能够较好地
模拟固井工具的工作情况的优点。
请参阅图3，其为本发明用于固井工具的试验装置对固井工具进行试验的试
验方法流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：
步骤S410，调整滑动机构6与传动机构8之间的距离，使得该滑动机构6与
传动机构8之间的距离满足该固井工具100的整体长度。
步骤S420，将带有应变片的固井工具100与分别设置在第一载物台61和第
二载物台81上的连接组件7相连接，从而实现该固井工具100在该试验装置上
的固定。
步骤S430，启动轴向加压组件2，使得该轴向加压部22先将轴向力作用给
该连接组件7，然后由该连接组件7将该轴向力传递给固井工具100，从而实现
对该固井工具100加压的目的。
步骤S440，观察设置在轴向加压部22上的压力检测部件221显示的压力值
是否达到预定压力值(根据具体需要来实际设定)。
步骤S450，若未达到预定压力值，则需由该轴向加压部22继续向固井工具
100施加轴向力，使得该压力检测部件221达到预定压力值，则停止对该固井工
具100的继续施加轴向力。
步骤S460，若已达到预定压力值，则需停止向固井工具100继续施加轴向力，
开始对该固井工具100进行保压。
步骤S470，观察设置在固井工具100上的应变片的变形程度，从而判断出该
固井工具100设有应变片的部位所能承受的最大轴向载荷，进一步地，判断出该
固井工具100的轴向承载能力。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的
情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只
要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起
来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内
的所有技术方案。