CN102680176B - 一种管材实物应力腐蚀试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管材实物应力腐蚀试验机，其包括主机框架、第一拉伸座、气液加注系统、应力加载部件和应力传递部件；主机框架包含并行的两块侧板；第一拉伸座、应力加载部件和应力传递部件分别通过支撑滚轴与主机框架两个侧板连接，由两个侧板同时支撑所述支撑滚轴；第一拉伸座、气液加注系统二者同时与待测试样管材的一端连接，应力传递部件与待测试样管材的另一端连接；应力加载部件通过测力传感器与应力传递部件连接，其另一端与框架连接。本发明提供的管材实物应力腐蚀试验机可以较好的模拟油田井下油套管所处的高温高压腐蚀和受力环境，实现对于油套管及油管接头在井下复杂工况和轴向拉应力状态下的各项性能指标的测试。

Description

一种管材实物应力腐蚀试验机

技术领域

本发明涉及管材应力腐蚀测试领域，特别涉及一种管材实物应力腐蚀试验机。

背景技术

近年来，随着我国油气田开发不断向深埋藏资源的进军，油气田开发环境越来越苛刻，井下油套管材料也承受着越来越复杂的工况。高温、高压、高腐蚀性介质，以及高内压和拉伸应力的协同作用使得井下油套管在酸化、以及正常的开井、关井生产过程中油管及接头处的腐蚀和密封不严引起套压异常升高等问题比较突出，引发了生产和安全事故，造成了巨大的经济损失，严重制约了油气田的开发。

目前，针对我国工业中遇到的油气井井下油套管在高温、高压、高流速及高腐蚀性介质环境中的腐蚀规律研究仅限于实验室室内研究。常用的高温高压反应设备，受设备尺寸限制，只能实现对管材小试样的模拟试验，在试验条件的实现上，也不能满足深井、超深井的温度、压力要求，因此，其研究结果往往与现场实际情况存在很大差距。用于地面管线腐蚀研究的现场挂片及现场监测等方法，也由于油气井井深较大而无法实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种管材实物应力腐蚀试验机，解决了油气井井下油套管的腐蚀规律研究受设备尺寸限制仅限于实验室室内研究，在试验条件的实现上，也不能满足深井、超深井的温度、压力要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种管材实物应力腐蚀试验机，包括主机框架、第一拉伸座、气液加注系统、应力加载部件和应力传递部件；所述主机框架包含并行的两块侧板；所述第一拉伸座、应力加载部件和应力传递部件分别通过支撑滚轴与所述主机框架两个侧板连接，由所述两个侧板同时支撑所述支撑滚轴；所述第一拉伸座、气液加注系统二者同时与待测试样管材的一端连接，所述应力传递部件与待测试样管材的另一端连接；所述应力加载部件通过测力传感器与应力传递部件连接，其另一端与主机框架连接。

本发明提供的管材实物应力腐蚀试验机，可以较好的模拟油田井下油套管所处的高温高压腐蚀和受力环境，实现对于油套管及油管接头在井下复杂工况和轴向拉应力状态下的各项性能指标的测试。

下面结合附图和实施方式对本发明进行更详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管材实物应力腐蚀试验机的俯视图；

图2为本发明实施例提供的管材实物应力腐蚀试验机的主视图。

附图标记：

1-主机框架，2-第一拉伸座，4-调整销孔，5-待测试样管材，7-第二拉伸座，8-拉杆，9-油缸座，10-液压缸，11-活动横梁，12、13、14、15-支撑滚轴，16、17-法兰盘，18-气液加注系统，19-数据采集及自动控制系统，20-安全报警及防护系统 21-定位销轴。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明提供了一种管材实物应力腐蚀拉伸试验机，包括主机框架1、第一拉伸座2、气液加注系统18、应力加载部件和应力传递部件；所述主机框架1包含并行的两块侧板，采用卧式箱体式框架结构；第一拉伸座2通过支撑滚轴12、13与主机框架1两个侧板连接，由两个侧板支撑该支撑滚轴12、13，同时，第一拉伸座2、气液加注系统18二者同时与待测试验管材5的一端连接；应力传递部件包含拉杆8和活动横梁11，拉杆8的两端分别与待测试样管材5的另一端、活动横梁11连接，活动横梁11通过支撑滚轴15与主机框架1两个侧板连接；应力加载部件包含液压缸10，液压缸10的一端通过油缸座9与主机框架1两个侧板连接，另一端通过测力传感器与活动横梁11连接；其中，测力传感器将测得的数据传输至自动控制系统，该自动控制系统包含有数据采集和处理功能；气液加注系统18包含注液管路、注气管路，管路通过法兰盘16与待测试样管材的一端连接。

其中，本试验还包含第二拉伸座7，其通过支撑滚轴14与主机框架1的两个侧板连接，拉杆8通过第二拉伸座7与待测试验管材5的一端连接。

其中，第一拉伸座2和第二拉伸座7的内部空腔还分别设有卡槽以及与所述卡槽适配的卡头，第一拉伸座2和第二拉伸座7通过该卡头分别与待测试样管材5的两端连接。卡头可以是T型挂具。

其中，本试验还包含可固定第一拉伸座2的定位装置，其包含定位销轴21和包含多个调整销孔4的定位板，定位销轴21与调整销孔4适配，同时定位板与与主机框架1的两侧边连接。

其中，本试验还包含导轨，其位于所述主机框架1的两侧边的上表面，供所述支撑滚轴12、13、14、15的端部滚动。

其中，第一拉伸座、第二拉伸座的空腔内还设有循环冷却水管，用于阻断热量向液压机体传递。

以下是本发明提供的管材实物应力腐蚀试验机的具体工作原理：

本试验机的待测试样管材5的两端通过焊接与作为密封件的法兰盘16、17连接，待测试样管材5的两端通过其上的法兰盘16、17分别与两个卡头的一端连接，同时两个卡头的另一端分别两个拉伸座7的卡槽卡接。液压缸10的活塞端部通过高精度测力传感器与活动横梁11连接，活动横梁11又通过两个拉杠8与第二拉伸座7组成应力传递机构。主机框架1的两侧板内侧连接有含有多个等距调整销孔4的定位板，利用定位销轴21将第一拉伸座2固定在调整销孔4位置处，松开定位销轴21可以将第一拉伸座2移动到指定调整销孔4，并再次用定位销轴21进行固定，从而实现对两个拉伸座距离的调整，满足不同长度的待测试样管材的试验要求。两个拉伸座2、7及活动横梁11通过设置在主机框架1两侧板上的支撑滚轴12、13、14、15进行支撑，支撑滚轴可沿着卧式箱体两侧板上的导轨前后移动。液压缸10活塞伸出，推动活动横梁11移动，进而通过拉杆8间接拉动第二拉伸座7，带动待测试样管材5轴向延伸，从而将轴向应力传递、加载到待测试样管材5上。

气液加注系统18通过注气和注液管路向待测试样管材5内注气、注液，加注管路通过法兰盘16与试验管段5相通，流量和压力通过流量计和压力表来控制。待测试样管材5外层包覆加热套，通过表层及内部温度传感器控制试验温度。所有试验数据通过自动控制系统19，即计算机数据采集控制系统来调节和控制，并实时记录。安全报警及防护系统20由计算机控制系统控制，当试验条件中的温度和拉伸力超过试验设定范围的值后，可根据设定程序发出声光报警信号，并启动应急关闭程序。

通过注液注气管路，将配置好的试验介质加注到试验管内，并通过管路上的压力表和流量计控制加入量。观察一段时间，以检查试验系统的密封性。随后，打开加热系统将试验管内溶液加热到预设温度，同时开启冷却水循环管路阀门，通过水冷循环阻断热量从待测试样管材5向试验机的其它部分传递。预设温度和加热速率可通过计算机设定和控制，当温度达到预设温度时，启动应力加载程序，液压缸活塞伸出，推动油缸拉杆移动，间接拉动第二拉伸座，带动试样轴向延伸，从而将轴向应力加载到试样管上，将预设的试验应力加载到试验管上，进行恒定载荷下的试验，模拟管材在井下的受力工况和服役环境。

自动控制系统中的数据采集系统通过应变片和传感装置实时采集试验过程中的应力应变数据，并通过计算机系统进行数据的处理。

本发明所提供的试验机可以较好的模拟油田井下油套管所处的高温高压腐蚀和受力环境，实现对于油套管及油管接头在井下复杂工况和轴向拉应力状态下的各项性能指标的测试，实现油套管密封结构的可靠性检测和评估，完成材料的耐蚀性及密封可靠性的影响因素及其作用规律研究。该试验机能最大限度的模拟油套管在井下的实际工况，得出有指导意义的结论，为油田安全生产提供理论指导和技术支持。以下是本发明提供的试验机带来的具体有益效果：

1.试验机可在满足较大拉应力的同时，加注气液腐蚀介质，模拟油田井下油套管所处的高温高压腐蚀和受力环境，实现对管材实物的腐蚀试验研究；

2.该试验机的框架长度可根据需要进行调节，满足不同尺寸的样品试验，试验机拉力大、测量范围广；

3.载荷和各项试验参数实时可测，可以获得油套管材料耐蚀及密封性能的动态数据，实现对材料的耐蚀性及密封可靠性的影响因素及规律的研究。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，包括主机框架、第一拉伸座、气液加注系统、应力加载部件和应力传递部件；所述主机框架包含并行的两块侧板；所述第一拉伸座、应力加载部件和应力传递部件分别通过支撑滚轴与所述主机框架两个侧板连接，并由所述两个侧板同时支撑所述支撑滚轴；所述第一拉伸座、所述气液加注系统二者同时与待测试样管材的一端连接，所述应力传递部件与待测试样管材的另一端连接；所述应力加载部件与应力传递部件连接，所述应力加载部件的另一端与主机框架连接；其中，所述试验机还包括：第二拉伸座；

所述第一拉伸座、所述第二拉伸座的内部空腔分别设有卡槽以及与卡槽适配连接的卡头；所述待测试样管材的两端通过焊接与作为密封件的法兰盘连接，所述待测试样管材的两端通过法兰盘分别与两个卡头的一端连接，两个卡头的另一端分别与所述第一拉伸座、所述第二拉伸座的卡槽卡接；

所述气液加注系统包含注液管路、注气管路，所述气液加注系统通过注气和注液管路向待测试样管材内注气、注液；所述注液管路、注气管路与待测试样管材的一端连接；

所述试验机还包括：自动控制系统，所述自动控制系统用于数据采集和处理。

2.如权利要求1所述的管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，第二拉伸座通过支撑滚轴与所述主机框架两个侧板连接；所述应力传递部件通过所述第二拉伸座与待测试样管材的另一端连接。

3.如权利要求1至2任一项所述的管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，还包含可固定第一拉伸座的定位装置；所述定位装置与主机框架的两侧边连接。

4.如权利要求3所述的管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，所述定位装置包含定位销轴和包含多个定位孔的定位板，所述定位销轴与定位孔适配，所述定位板与主机框架的两侧边连接。

5.如权利要求1或2所述的管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，所述应力传递部件包含拉杆和活动横梁，所述拉杆的两端分别与第二拉伸座、所述活动横梁连接，所述活动横梁通过支撑滚轴与所述主机框架两个侧板连接。

6.如权利要求1至2任一项所述的管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，所述应力加载部件包含液压缸；所述液压缸的一端与主机框架两个侧板连接，另一端通过测力传感器与应力传递部件连接。

7.如权利要求1至2任一项所述的管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，还包含导轨，其位于所述主机框架的两侧边的上表面，供所述支撑滚轴的端部滚动。

8.如权利要求1至2任一项所述的管材实物应力腐蚀试验机，其特征在于，所述第一、第二拉伸座的空腔内还设有循环冷却水管。