CN103196686A - 一种井下环空防喷器实验台架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下环空防喷器实验台架，属于井下环空防喷实验技术领域，主要用于井下环空防喷器的实验。该试验台架由框架部分，测试胶筒压力部分，加压装置部分和驱动防喷器旋转部分组成，框架部分包括工字钢，滚轮，滚轮安装板；测试胶筒压力部分包括滑轮组，拉索，套管，套管下接头，拉索挂钩，观察孔，高压液体入口，密封件，胶筒；加压装置部分包括液压缸，承压板，拉伸弹簧，推力球轴承，上、下弹簧连接块；液压缸固定在工字钢上，两个弹簧连接块与推力球轴承配合；驱动装置为花键传动或皮带传动或摩擦轮传动配合构成。该实验台架结构简单，能够有效的测出井下环空防喷器动作时施加压力以及封隔压力。

Description

一种井下环空防喷器实验台架

技术领域

本发明涉及一种井下环空防喷器实验技术。

背景技术

在石油勘探和油田开发过程中，钻井起着举足轻重的作用，钻井工艺是勘探与开采石油及天然气资源的一个重要环节，是勘探和开发石油的重要手段。在钻井过程中，当钻遇油气层时，如果井底压力低于地层压力，地层流体就会进入井眼，大量地层流体进入井眼后，就有可能产生井涌，井喷，甚至着火等，酿成重大事故。

防喷装置是石油钻井过程中必备的安全设施,根据其职能的不同可分为井口防喷器组及钻柱内防喷工具。根据实际工况的需要,在现场这二类工具通常组合使用以确保生产过程的安全性。目前在国内外,无论是井口防喷器还是钻柱内防喷工具都有较为成熟的产品,但由于这两类防喷工具是分开使用的,因此其自动化程度不高,操作复杂,所以导致了井喷事故仍然时有发生。

井下防喷器作为一种集关闭钻杆内环空、外环空于一体的井下井控工具,是集信号检测、信号传输、控制及机械运动于一体的新式防喷器。随着最近几年井下防喷器的发展，虽然防喷器形式多种多样，但其技术方面还有很多不够完善的地方,功能稳定性方面需要大量的实验，在设计人员设计的过程中需要大量的实验验证设计结果，了解井下防喷器的相关工作参数信息对新型井控工具有重要意义，而井下防喷器的实验装置很少，因此若能发明一种井下环空防喷器的实验台架，能够对某种井下防喷器的工作参数进行定量的认识，这些参数将是评定防喷器优良的重要依据。随着井下防喷技术的发展,以及以人为本的当代作业精神的深入人心,如果将来在井下便可将井涌等事故处理好,这将会使从业人员及地面设备的安全性大大提高,具有重要的理论意义及经济价值。

发明内容

为了克服很少有实验装置能够提供井下环空防喷器的工作参数的难题，以及设计人员的对井下环空防喷器的基本工作参数的需要，本发明提供一种井下环空防喷器试验台架，该实验台架能够有效的测出井下环空防喷器动作时施加压力以及封隔压力，该试验台架结构简单，操作方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的井下环空防喷器试验台架它包括框架部分，测试胶筒压力部分，加压装置部分和驱动防喷器旋转部分组成。框架部分包括工字钢，滚轮，滚轮安装板，框架的主体形状是长方形，为了加强框架的强度并利用三角形的稳定性，在框架高的1/2处设置有三角架，三角架的材料仍为工字钢。

本发明所述的测试胶筒压力部分包括滑轮组，拉索，套管，套管下接头，拉索挂钩，观察孔，高压液体入口，密封件，胶筒，套管下端与套管下接头螺纹联接，套管下接头在实验的前期不用装入，在测试胶筒压力时再装入。

本发明所述的加压装置部分包括液压缸，承压板，拉伸弹簧，推力球轴承，上弹簧连接块，下弹簧连接块；液压缸固定在框架上部工字钢上，拉伸弹簧上端连接在活塞杆上，下端与上弹簧连接块连接，两个弹簧连接块与推力球轴承配合，上弹簧连接块与下弹簧连接块螺纹联接，承压板与钻杆固定连接，推力球轴承安装在承压板中。

本发明所述的驱动防喷器旋转部分由花键传动，带传动，摩擦轮传动三种方案能够实现所述功能：

1.所述的花键传动装置包括防喷器下接头连接件，弹簧连接块，推力球轴承，拉伸弹簧，测力计，滚动轴承，弹簧拉力调整螺母，工作底板，减速电动机，联轴器，外花键轴。测力计安装在工作底板上，方便测量施加压力。推力球轴承安装在防喷器下接头连接件内，弹簧拉力调整螺母可以保证拉伸弹簧始终处于受拉状态。拉伸弹簧另一端与弹簧连接块固定连接。防喷器下接头连接件内壁开有内花键，当试验中顶部液压缸给钻杆加压使之下移时，外花键轴可在防喷器下接头连接件内上下滑动。

2.所述的带传动装置包括防喷器下接头连接件，测力计，弹簧拉力调整螺母，三角带，工作底板，减速电动机，驱动电机，电机活动板支撑板，丝杆，联轴器，滚动轴承，弹簧连接块，推力球轴承，拉伸弹簧，防喷器下接头连接件外壁上开有带轮凹槽。测力计安装在工作底板上，方便测量施加压力。滚动轴承与推力球轴承安装在防喷器下接头连接件内，弹簧拉力调整螺母可以保证拉伸弹簧始终处于受拉状态。拉伸弹簧另一端与弹簧连接块固定连接。电机支撑板与丝杆联接，当丝杆上端的电机工作时可以带动驱动防喷器旋转的减速电动机与带轮上下移动。

3.所述的驱动防喷器旋转部分包括防喷器下接头连接件，测力计，弹簧拉力调整螺母，工作底板，减速电动机，联轴器，联轴器，电机支撑板，液压缸，摩擦轮，滚动轴承，弹簧连接块，推力球轴承，拉伸弹簧，活塞杆，电机支撑板与活塞杆固定连接。测力计安装在工作底板上，方便测量胶筒膨胀时的施加压力。滚动轴承与推力球轴承安装在防喷器下接头连接件内，弹簧拉力调整螺母可以保证拉伸弹簧始终处于受拉状态。拉伸弹簧另一端与弹簧连接块固定连接。摩擦轮与防喷器下接头连接件的挤压力由摩擦轮旁边的液压缸控制。

本发明所述的套管上开有观察孔，高压液体入口，拉索挂钩，拉索一端系在拉索挂钩上，另一端绕在滑轮组上。当测试胶筒压力时上提滑轮组端的拉索使套管中间开有观察孔部位略高于胶筒中间部位，这样测得封隔力更准确。

本发明所述的套管下接头内壁上设置两个密封件，外壁靠近上端面有一个密封件。

本发明所述的井下环空防喷器试验台架，上弹簧连接块上端设置有凸肩，下弹簧连接块下端设置有凸肩，上弹簧连接块凸肩下端面与推力球轴承上端面接触，下弹簧连接块凸肩上端面与推力球轴承下端面接触。

本发明的井下环空防喷器的试验台架能够最大限度的模拟井下环境：防喷器旋转，防喷器下接头部受拉。实验台架结构简单，满足设计人员的对井下环空防喷器的基本工作参数的需要，能够对某种井下防喷器的工作参数进行定量的认识，特别是胶筒膨胀时的施加压力和封隔力。该装置实验过程简单，可操作性强，可以及时的对防喷器进行解封。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明井下环空防喷器试验台架结构示意图。

图2是本发明井下环空防喷器试验台架左视图。

图3是图1中加压装置部分的局部放大图。

图4是测试胶筒压力部分套管开有观察孔的局部放大图。

图5是测试胶筒压力部分套管下接头局部放大图。

图6是图1中驱动防喷器旋转部分第一种方案局部放大图。

图7是图1中驱动防喷器旋转部分第二种方案局部放大图。

图8是图1中驱动防喷器旋转部分第三种方案局部放大图。

图中标记：1-工字钢、1-1-滚轮、1-2-滚轮安装板、2-1-滑轮组、2-2-拉索、3-液压缸、4-承压板、5-拉伸弹簧、6-1-推力球轴承、6-2-滚动轴承、7-弹簧连接块、7-1-上弹簧连接块、7-2-下弹簧连接块、8-套管、8-1-绳索挂钩、8-2-观察孔、8-3-高压液体入口、9-套管下接头、9-1-密封件、10-防喷器、10-1-胶筒、11-防喷器下接头连接件、12-测力计、13-弹簧拉力调整螺母、14-三角带、15-减速电动机、16-联轴器、17-电机支撑板、18-工作底板、19-摩擦轮、20-外花键轴。

具体实施方式

本发明的井下环空防喷器试验台架，其实施例1如图1所示，它包括框架部分如图2，测试胶筒压力部分如图4、图5，加压装置部分如图3和驱动防喷器旋转部分如图6、图7、图8所组成；框架部分（如图2所示）包括工字钢（1），滚轮（1-1），滚轮安装板（1-2），框架的主体形状是长方形，为了加强框架的强度并利用三角形的稳定性，在框架高的1/2处设置有三角架，三角架的材料仍为工字钢（1）。

测试胶筒压力部分包括滑轮组（2-1），拉索（2-2），套管（8），套管下接头（9），拉索挂钩（8-1），观察孔（8-2），高压液体入口（8-3），密封件（9-1），胶筒（10-1），套管（8）下端与套管下接头（9）螺纹联接，套管（8）上开有观察孔（8-2），高压液体入口（8-3），拉索挂钩（8-1），拉索（2-2）一端系在拉索挂钩（8-1）上，另一端绕在滑轮组（2-1）上。当测试胶筒压力时上提滑轮组端的拉索使套管中间开有的观察孔（如图4所示）略高于胶筒中间部位，这样测得封隔力更准确。套管下接头（9）内壁上设置两个密封件（9-1），外壁靠近上端面有一个密封件（9-1）（如图5所示）。

加压装置部分包括液压缸（3），承压板（4），拉伸弹簧（5），推力球轴承（6-1），上弹簧连接块（7-1），下弹簧连接块（7-2）。液压缸（3）固定在工字钢（1）上，拉伸弹簧（5）上端连接在活塞杆上，下端与上弹簧连接块（10-1）连接，两个弹簧连接块与推力球轴承（6-1）配合，上弹簧连接块（7-1）与下弹簧连接块（7-2）螺纹联接，承压板（4）与防喷器（10）固定连接。上弹簧连接块（7-1）上端设置有凸肩，下弹簧连接块（7-2）下端设置有凸肩，上弹簧连接块（7-1）凸肩下端面与推力球轴承（6-1）上端面接触，下弹簧连接块（7-2）凸肩上端面与推力球轴承（6-1）下端面接触。

驱动防喷器旋转部分由花键传动（如图6所示），带传动（如图7所示），摩擦轮传动（如图8所示）三种方式可以实现其驱动旋转功能。所述花键传动装置包括防喷器下接头连接件（11），弹簧连接块（7），推力球轴承（6-1），拉伸弹簧（5），测力计（12），滚动轴承（6-2），弹簧拉力调整螺母（13），工作底板（18），减速电动机（15），联轴器（16），外花键轴（20），防喷器下接头连接件（11）内壁开有内花键，当试验中顶部液压缸（3）给防喷器（10）加压使之下移时，外花键轴（20）与之配合可上下滑动。带传动装置包括下接头连接件（11），测力计（12），弹簧拉力调整螺母（13），三角带（14），工作底板（18），减速电动机（15），电机支撑板（17），丝杆，联轴器（16），滚动轴承（6-2），弹簧连接块（7），推力球轴承（6-1），拉伸弹簧（5），防喷器下接头连接件（11）外壁上开有带轮凹槽。电机支撑板（17）与丝杆联接，当减速电动机（15）工作时可以带动减速电动机（15）与带轮一起上下移动。摩擦轮传动装置包括防喷器下接头连接件（11），测力计（12），弹簧拉力调整螺母（13），工作底板（18），减速电动机（15），联轴器（16），电机支撑板（17），液压缸（3），摩擦轮（19），滚动轴承（6-2），弹簧连接块（7），推力球轴承（6-1），拉伸弹簧（5），电机支撑板（17）与活塞杆固定连接。减速电动机（15）安装在电机支撑板（17）上。

实验过程主要为以下步骤：

1.利用滑轮组（2-1）带动拉索（2-2）上提套管（8），使套管（8）的观察孔（8-2）与胶筒（10-1）膨胀时的中间位置对齐，此时不装套管下接头（9），通过调整弹簧拉力调整螺母（13）使拉伸弹簧（5）始终处于拉伸状态。如图1所示整个防喷器及其联接件重量由加压装置上拉伸弹簧（5）承担。

2.启动减速电动机（15），通过花键传动或带传动或摩擦轮传动带动整个防喷器（10）及其联接件旋转，这一过程为模拟井下环境。

3.停止减速电动机（15）的同时启动液压缸（3），推动防喷器（10）及其联接件下移。当防喷器下接头连接件（11）与工作底板（18）接触时继续加压，直至胶筒（10-1）膨胀完全，此时记录测力计（12）的数据并可通过套管（8）上的观察孔（8-2）观察胶筒（10-1）膨胀。

4.液压缸（3）带动防喷器（10）解封，胶筒（10-1）恢复常态。此时上提套管（8），使套管（8）的观察孔（8-2）略高于胶筒（10-1）膨胀时的中心位置。安装套管下接头（9）及密封件（9-1）。

5.再次启动液压缸（3），防喷器（10）及其联接件下移直至胶筒（10-1）膨胀完全，此时通过高压液体入口（8-3）通入一定的高压液体，测试胶筒（10-1）的封隔力并记录。

6.撤去高压液体管线，套管下接头（9），液压缸（3）带动防喷器（10）解封。

Claims (5)

1.一种井下环空防喷器试验台架，其特征在于：它包括框架部分，测试胶筒压力部分，加压装置部分和驱动防喷器旋转部分组成；框架部分包括工字钢（1），滚轮（1-1），滚轮安装板（1-2）；测试胶筒压力部分包括滑轮组（2-1），拉索（2-2），套管（8），套管下接头（9），拉索挂钩（8-1），观察孔（8-2），高压液体入口（8-3），密封件（9-1），胶筒（10-1），套管（8）下端与套管下接头（9）螺纹联接；加压装置部分包括液压缸（3），承压板（4），拉伸弹簧（5），推力球轴承（6-1），上弹簧连接块（7-1），下弹簧连接块（7-2）；液压缸（3）固定在工字钢（1）上，拉伸弹簧（5）上端连接在液压缸活塞杆上，下端与上弹簧连接块（7-1）连接，上下两个弹簧连接块与推力球轴承（6-1）配合，上弹簧连接块（7-1）与下弹簧连接块（7-2）螺纹联接，承压板（4）与防喷器（10）固定连接。 

2.如权利要求1所述的井下环空防喷器试验台架，其特征在于：所述的驱动防喷器旋转部分由花键传动，带传动，摩擦轮传动三种方式可以实现其驱动旋转功能；所述花键传动装置中防喷器下接头连接件（11）内壁开有内花键，外花键轴（20）与之配合可上下滑动，所述带传动装置中防喷器下接头连接件（11）外壁上开有带轮凹槽，电机支撑板（17）与丝杠联接形成丝杠副，所述摩擦轮传动装置中电机支撑板（17）与液压缸活塞杆固定连接。 

3.如权利要求1所述的井下环空防喷器试验台架，其特征在于：所述的套管（8）上开有观察孔（8-2），高压液体入口（8-3），拉索挂钩（8-1），拉索（2-2）一端系在拉索挂钩（8-1）上，另一端绕在滑轮组（2-1）上。 

4.如权利要求1所述的井下环空防喷器试验台架，其特征在于：所述的套管下接头（9）内壁上设置两个密封件（9-1），外壁靠近上端面有一个密封件（9-1）。 

5.如权利要求1所述的井下环空防喷器试验台架，其特征在于：上弹簧连接块（7-1）上端设置有凸肩，下弹簧连接块（7-2）下端设置有凸肩，上弹簧连接块（7-1）凸肩下端面与推力球轴承（6-1）上端面接触，下弹簧连接块（7-2）凸肩上端面与推力球轴承（6-1）下端面接触。 

Images