CN103256014B - 一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置。该实验台用来进行连续油管的注入作业并具有实时测试功能，通过分析实时测试的数据，可以得到连续油管下入过程的力学特性。在实际操作时，首先调整对中杆，使固定压紧注入头、可移动压紧注入头处于设计位置，再将连续油管插入固定压紧注入头、可移动压紧注入头之间，调整压紧螺栓，使连续油管被夹紧，接着打开电机，进行注入作业，由于连续油管对于注入头的反作用，会使注入头的右部整体绕销轴产生转动，从而压紧传感器，读取传感器的数据，最终得到连续油管下入海洋立管过程中的力学特性。

Description

一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置

(一)技术领域

本发明涉及一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置，具体地说是用来将连续油管下入海洋立管，并提供实时测试的一种装置。

(二)背景技术

随着陆上油气资源日渐匮乏，海洋油气资源的开发越来越受到重视。为了更好地开发海洋油气资源，近年来连续油管被广泛应用在海上油气田作业的各个方面。但是由于连续油管刚度小，在下入或作业时难以承受轴向载荷，容易发生形变，易导致我们常说的正弦屈曲或螺旋屈曲现象，使得井眼与连续油管之间产生相互作用力，影响连续油管的通过能力和作业能力，因此很有必要对连续油管下入立管时的整个过程进行分析，研究连续油管下入过程力学特性。为此设计了一种用于将连续油管注入海洋立管，并能进行实时数据采集的注入装置，通过实验研究，指导后期的工程应用。

目前实用新型专利有很多，其中包括：长江大学申请的：一种连续油管井下力学行为模拟实验装置，201020650215.5，该装置由模拟油管井系统模拟井下的作业环境，电机驱动控制系统控制连续油管的作业，数据采集分析系统进行数据的采集和分析，影像记录系统对实验进行实时记录；烟台杰瑞石油装备技术有限公司申请的：一种连续油管注入头，201120217632.5，该装置采用液压系统，对链条的夹紧进行了改进，同时减少了运行时的摩擦力，最大限度节省空间；胜利油田高原石油装备有限责任公司申请的：一种连续油管四链条夹持机构，200820224666.5，该使用新型将四个加持头均布于框架内部，通过调整可以夹持不同直径的油管，并能防止连续油管从注入头中弹出；中国石化集团江汉石油管理局第四机械厂申请的：一种注入头连续油管夹持装置，201020115146.8，该实用新型通过控制夹紧油缸，保证了连续油管可以对正井口；中国石化集团江汉石油管理局第四机械厂，连续油管注入头驱动装置，201020108487.2，该新型可以用来夹持大管径的连续油管。

已有的专利包括：大连交通大学申请的：用于连续油管注入头的四自由度移位作业装置，200910012858.9，该发明包括升降转动装置、十字滑台调整装置、井控装置和连续油管导入装置，通过各个装置的协调可以实现作业平台的四自由度移位作业；四川宏华石油设备有限公司，连续油管注入头夹持机构智能化控制装置，200710051007.6，该装置可以实现连续油管注入的控制。

(三)发明内容

本发明涉及一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置，该装置可用来进行连续油管下入作业，并进行实时测量，从而得到连续油管下入过程的力学特性。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置包括连接框架1、销轴2、一号轴承3、电机支架4、一号螺栓5、一号垫圈6、一号螺母7、电机8、注入头框架9、固定压紧注入头10、可移动压紧注入头11、对中杆12、二号螺母13、压紧螺栓14、三号螺母15、支撑轮总成16、联轴器17、传感器18。将销轴2通过连接框架1和注入头框架9上设计的销轴2安装孔进行安装；电机8利用一号螺栓5、一号垫圈6、一号螺母7安装在电机支架4上；电机支架4通过螺栓螺母固定在注入头框架9上；固定压紧注入头10通过对中杆12、二号螺母13与注入头框架9进行连接；可移动压紧注入头11通过对中杆12、二号螺母13与注入头框架9进行连接；固定压紧注入头10和可移动压紧注入头11之间通过压紧螺栓14、三号螺母15进行连接；支撑轮总成16通过螺栓螺母固定在注入头框架9上；联轴器17与电机8的输出轴连接；传感器18利用螺钉固定在连接框架1上。

本发明的连接框架1包括一号连接板19、连接框架连接横梁20、连接框架支撑杆21、连接框架加强筋22、连接框架内支撑横梁23、连接框架外支撑横梁24。一号连接板19通过焊接方式与连接框架内支撑横梁23、连接框架外支撑横梁24连接，一号连接板19上开有阶梯孔，上孔用来安装一号轴承3，下孔用来安装销轴2；连接框架连接横梁20与连接框架支撑杆21、连接框架连接横梁20与连接框架内支撑横梁23、连接框架连接横梁20与连接框架外支撑横梁24，均采用焊接方式连接；连接框架加强筋22与连接框架支撑杆21、连接框架外支撑横梁24采用焊接方式连接。

本发明的注入头框架4包括二号连接板19’、注入头外部框架外横梁25、一号支撑梁26、注入头外部框架27、二号支撑梁28、对中杆安装块29、三号支撑梁30、注入头外部框架支撑杆31、注入头外部框架底部横梁32。二号连接板19’通过焊接的方式与注入头外部框架外横梁25、一号支撑梁26连接；注入头外部框架外横梁25与注入头外部框架27、一号支撑梁26与注入头外部框架27、二号支撑梁28与注入头外部框架27、注入头外部框架支撑杆31与注入头外部框架27、注入头外部框架支撑杆31与注入头外部框架外横梁25、注入头外部框架支撑杆31与注入头外部框架底部横梁32，均采用焊接方式连接；对中杆安装块29通过焊接的方式与三号支撑梁30连接；三号支撑梁30采用焊接方式与二号支撑梁28、注入头外部框架外横梁25连接。

本发明的电机支座4包括电机支撑梁33、电机支架下部梁34、电机支架支撑杆35。电机支撑梁33通过螺栓螺母与支撑电机8连接；支撑梁33与电机支架支撑杆35通过焊接方式连接；电机支架下部梁34与电机支架支撑杆35采用焊接方式连接。

本发明的可移动压紧注入头11包括夹紧注入链条总成36、对中杆及压紧螺栓安装块37、主动轮总成38、压紧轮总成39、压紧注入头内部主体40、从动轮总成41。夹紧注入链条总成36通过链轮链条的配合安装在主动轮总成38、从动轮总成41上；压紧轮总成39通过螺栓螺母安装在压紧注入头内部主体40上；对中杆及压紧螺栓安装块37通过焊接方式与压紧注入头内部主体40连接，其上开有安装孔，用于安装对中杆12和压紧螺栓14；主动轮总成38通过螺钉与压紧注入头内部主体40连接；从动轮总成41通过螺钉与压紧注入头内部主体40连接。

本发明的支撑轮总成16包括：支撑轮总成连接杆42、二号轴承43、支撑轮轴44。支撑轮总成连接杆42上部开有螺栓孔，用来安装螺栓螺母，以实现与注入头框架9的连接，下部开有轴安装孔，用来安装支撑轮轴44；二号轴承43安装在支撑轮轴44上，可以绕支撑轮轴44上进行转动。

本发明的夹紧链条总成34包括链条总成45、连接销轴46、压紧注入块总成47。链条总成45与压紧注入块总成47通过连接销轴46连接。

本发明的压紧注入块总成47包括一号螺钉48、压紧注入块49、压紧注入块总成底座50。压紧注入块总成底座50通过连接销轴46与链条总成45连接；压紧注入块49通过一号螺钉48与压紧注入块总成底座50进行连接。

本发明的从动轮总成41包括从动轮调节螺栓51、从动轮调节块52、从动轮中心轴端盖固定销钉53、从动轮中心轴54、从动轮调节滑块总成55、从动轮主体安装销钉56、二号螺栓57、二号垫圈58、四号螺母59、从动轮主体60、从动轮61、从动轮调节螺母62、三号螺钉63、三号轴承64、传动键65、四号轴承66。从动轮主体60通过从动轮主体安装销钉56安装在压紧注入头内部主体40上；从动轮调节块52通过三号螺钉63与从动轮主体60连接；从动轮调节滑块总成55上的各零部件通过二号螺栓57、二号垫圈58、四号螺母59进行互相连接；从动轮调节螺栓51与从动轮调节滑块总成55通过焊接的方式连接；从动轮中心轴54与从动轮61通过传动键65连接；三号轴承64、四号轴承66都通过轴肩和端盖定位。

本发明的主动轮总成38的包括主动轮主体67、主动轮主体安装销钉68、主动轮中心轴69、主动轮中心轴端盖固定销钉70、主动轮中心轴端盖71、主动轮72。其结构大致与从动轮总成41一样。主动轮主体67通过主动轮主体安装销钉68安装在压紧注入头内部主体40上；主动轮中心轴69的安装方式与从动轮中心轴54一样；主动轮中心轴端盖71通过动轮中心轴端盖固定销钉70安装在主动轮主体67上。

(四)附图说明

图1是本发明的一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置的主体结构示意图；

图2是本发明的连接框架1的结构示意图；

图3是本发明的注入头框架4的结构示意图；

图4是本发明的电机支座4的结构示意图；

图5是本发明的可移动压紧注入头11的结构示意图；

图6是本发明的支撑轮总成16的结构示意图；

图7是本发明的夹紧链条总成34的结构示意图；

图8是本发明的压紧注入块总成47的结构示意图；

图9是本发明的从动轮总成41的结构示意图；

图10是本发明的从动轮总成41的剖面图；

图11是本发明的主动轮总成38的结构示意图；

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置包括连接框架1、销轴2、一号轴承3、电机支架4、一号螺栓5、一号垫圈6、一号螺母7、电机8、注入头框架9、固定压紧注入头10、可移动压紧注入头11、对中杆12、二号螺母13、压紧螺栓14、三号螺母15、支撑轮总成16、联轴器17、传感器18、一号连接板19、连接框架连接横梁20、连接框架支撑杆21、连接框架加强筋22、连接框架内支撑横梁23、连接框架外支撑横梁24、注入头外部框架外横梁25、一号支撑梁26、注入头外部框架27、二号支撑梁28、对中杆安装块29、三号支撑梁30、注入头外部框架支撑杆31、注入头外部框架底部横梁32、电机支撑梁33、电机支架下部梁34、电机支架支撑杆35、夹紧注入链条总成36、对中杆及压紧螺栓安装块37、主动轮总成38、压紧轮总成39、压紧注入头内部主体40、从动轮总成41、支撑轮总成连接杆42、二号轴承43、支撑轮轴44、链条45、连接销轴46、压紧注入块总成47、一号螺钉48、压紧注入块49、压紧注入块总成底座50、从动轮调节螺栓51、从动轮调节块52、从动轮中心轴端盖固定销钉53、从动轮中心轴54、从动轮调节滑块总成55、从动轮主体安装销钉56、二号螺栓57、二号垫圈58、四号螺母59、从动轮主体60、从动轮61、从动轮调节螺母62、三号螺钉63、三号轴承64、传动键65、四号轴承66、主动轮主体67、主动轮主体安装销钉68、主动轮中心轴69、主动轮中心轴端盖固定销钉70、主动轮中心轴端盖71、主动轮72。

结合图1，一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置包括连接框架1、销轴2、一号轴承3、电机支架4、一号螺栓5、一号垫圈6、一号螺母7、电机8、注入头框架9、固定压紧注入头10、可移动压紧注入头11、对中杆12、二号螺母13、压紧螺栓14、三号螺母15、支撑轮总成16、联轴器17、传感器18。连接框架1和注入头框架9上设计了销轴2安装孔，将销轴2插入其安装孔后，由于一号轴承3的作用，可以使注入头框架9带动注入头的右部所有零部件绕轴承3进行转动；电机8利用一号螺栓5、一号垫圈6、一号螺母7安装在电机支架4上；电机支架4通过螺栓螺母固定在注入头框架9上；固定压紧注入头10通过对中杆12、二号螺母13与注入头框架9连接，且其安装后水平位移不产生变化；可移动压紧注入头11通过对中杆12、二号螺母13与注入头框架9连接；固定压紧注入头10和可移动压紧注入头11通过压紧螺栓14、三号螺母15进行连接，拧紧压紧螺栓14可以调节可移动压紧注入头11的水平位置，从而实现对需要注入的连续油管的夹紧；支撑轮总成16通过螺栓螺母固定在注入头框架9上，用来支撑注入头框架9及其上的所有零部件的重力；联轴器17与电机8的输出轴连接，用来传递电机的动力；传感器18利用螺钉固定在连接框架1上，用来实时测量连续油管的注入力；

结合图2，本发明的连接框架1包括一号连接板19、连接框架连接横梁20、连接框架支撑杆21、连接框架加强筋22、连接框架内支撑横梁23、连接框架外支撑横梁24。一号连接板19通过焊接方式与连接框架内支撑横梁23、连接框架外支撑横梁24连接，其上开有阶梯孔，上孔用来安装一号轴承3，下孔用来安装销轴2；连接框架连接横梁20与连接框架支撑杆21、连接框架连接横梁20与连接框架内支撑横梁23、连接框架连接横梁20与连接框架外支撑横梁24，均采用焊接方式连接，它们构成了连接框架的主体部分；连接框架加强筋22与连接框架支撑杆21、连接框架外支撑横梁24采用焊接方式连接，其作用是增加连接框架的承受能力。

结合图3，本发明的注入头框架4包括二号连接板19’、注入头外部框架外横梁25、一号支撑梁26、注入头外部框架27、二号支撑梁28、对中杆安装块29、三号支撑梁30、注入头外部框架支撑杆31、注入头外部框架底部横梁32。二号连接板19’通过焊接的方式与注入头外部框架外横梁25、一号支撑梁26连接，用来与连接框架1上的二号连接板19’配合安装销轴2和一号轴承3，从而使注入头框架4及框架上的所有零部件可以绕销轴2进行旋转运动；注入头外部框架外横梁25与注入头外部框架27、一号支撑梁26与注入头外部框架27、二号支撑梁28与注入头外部框架27、注入头外部框架支撑杆31与注入头外部框架27、注入头外部框架支撑杆31与注入头外部框架外横梁25、注入头外部框架支撑杆31与注入头外部框架底部横梁32，均采用焊接方式连接，他们构成了注入头框架4的主体结构；对中杆安装块29通过焊接的方式与三号支撑梁30连接，用来安装对中杆，以实现对固定压紧注入头10、可移动压紧注入头11的垂直方向定位；三号支撑梁30采用焊接方式与二号支撑梁28、注入头外部框架外横梁25连接，其作用是支撑固定压紧注入头10、可移动压紧注入头11的重力。

结合图4，本发明的电机支座4包括电机支撑梁33、电机支架下部梁34、电机支架支撑杆35。电机支撑梁33的作用是安装和支撑电机8，他们通过螺栓螺母互相连接；支撑梁33与电机支架支撑杆35通过焊接方式连接，电机支架支撑杆35的作用是支撑上部结构；电机支架下部梁34与电机支架支撑杆35采用焊接方式连接，电机支架下部梁34的作用是通过螺栓螺母与注入头框架9连接。

结合图5，本发明的可移动压紧注入头11包括夹紧注入链条总成36、对中杆及压紧螺栓安装块37、主动轮总成38、压紧轮总成39、压紧注入头内部主体40、从动轮总成41。夹紧注入链条总成36通过链轮链条的配合安装在主动轮总成38、从动轮总成41上，其作用是对需要注入的连续油管进行夹紧和注入；压紧轮总成39通过螺栓螺母安装在压紧注入头内部主体40上，其作用是当拧紧压紧螺栓14时，夹紧注入链条总成36会在压紧轮总成39的作用下夹紧连续油管；对中杆及压紧螺栓安装块37通过焊接方式与压紧注入头内部主体40连接，其上开有安装孔，用于安装对中杆12及压紧螺栓14；主动轮总成38通过螺钉与压紧注入头内部主体40连接，其作用是接收电机的动力，带动夹紧注入链条总成36转动；从动轮总成41通过螺钉与压紧注入头内部主体40连接，其作用是与带动夹紧注入链条总成36、主动轮总成38一起转动，完成连续油管的夹紧注入作业。

结合图6，本发明的支撑轮总成16包括：支撑轮总成连接杆42、二号轴承43、支撑轮轴44。支撑轮总成连接杆42上部开有通孔，采用螺栓螺母的连接方式与注入头框架9连接，下部开有轴安装孔，用来安装支撑轮轴44，支撑轮总成连接杆42起支撑整个支撑轮总成16的作用；二号轴承43安装在支撑轮轴44上，可以绕支撑轮轴44上进行转动，通过轴承的转动可以实现注入头框架9的整体运动；

结合图7，本发明的夹紧链条总成34包括链条总成45、连接销轴46、压紧注入块总成47。链条总成45与压紧注入块总成47通过连接销轴46连接。链条总成45的作用是接收主动轮总成38的动力，带动压紧注入块总成47一起运动。压紧注入块总成47的作用是压紧连续油管以进行注入作业。

结合图8，本发明的压紧注入块总成47包括一号螺钉48、压紧注入块49、压紧注入块总成底座50。压紧注入块总成底座50通过连接销轴46与链条总成45连接。压紧注入块49通过一号螺钉48与压紧注入块总成底座50进行连接，压紧注入块49的作用是压紧连续油管，从而产生足够的摩擦力进行连续油管注入作业，同时当需要注入不同管径的连续油管时只需要更换压紧注入块49即可。

结合图9、10，本发明的从动轮总成41包括从动轮调节螺栓51、从动轮调节块52、从动轮中心轴端盖固定销钉53、从动轮中心轴54、从动轮调节滑块总成55、从动轮主体安装销钉56、二号螺栓57、二号垫圈58、四号螺母59、从动轮主体60、从动轮61、从动轮调节螺母62、三号螺钉63、三号轴承64、传动键65、四号轴承66。从动轮主体60通过从动轮主体安装销钉56安装在压紧注入头内部主体40上，它是从动轮总成41的主体结构；从动轮调节块52通过三号螺钉63与从动轮主体60连接；从动轮调节滑块总成55由多个零部件构成，各零部件通过二号螺栓57、二号垫圈58、四号螺母59连接一体；从动轮调节螺栓51与从动轮调节滑块总成55通过焊接的方式连接，调节从动轮调节螺母62可以使从动轮调节螺栓51带动从动轮调节滑块总成55运动，从而实现夹紧注入链条总成36的张紧；从动轮中心轴54与从动轮61通过传动键65连接，可以使从动轮61带动从动轮中心轴54转动；三号轴承64，四号轴承66均通过轴肩和端盖定位，用来保证从动轮中心轴54得正常运转。

结合图11，本发明的主动轮总成38包括主动轮主体67、主动轮主体安装销钉68、主动轮中心轴69、主动轮中心轴端盖固定销钉70、主动轮中心轴端盖71、主动轮72。其结构大致与从动轮总成41一样。主动轮主体67通过主动轮主体安装销钉68安装在压紧注入头内部主体40上，它是主动轮总成38的主体结构；主动轮中心轴69的安装方式与从动轮中心轴54一样，其作用是与联轴器17配合接收电机的动力，再通过传动键的作用传递到主动轮72上；主动轮中心轴端盖71通过动轮中心轴端盖固定销钉70安装在主动轮主体67上，主动轮中心轴端盖71的作用是固定和防尘。

Claims (5)

1.一种用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置，其特征在于，包括：连接框架(1)、销轴(2)、一号轴承(3)、电机支架(4)、一号螺栓(5)、一号垫圈(6)、一号螺母(7)、电机(8)、注入头框架(9)、固定压紧注入头(10)、可移动压紧注入头(11)、对中杆(12)、二号螺母(13)、压紧螺栓(14)、三号螺母(15)、支撑轮总成(16)、联轴器(17)、传感器(18)；将销轴(2)安装于连接框架(1)、注入头框架(9)上设计的销轴安装孔；电机(8)利用一号螺栓(5)、一号垫圈(6)、一号螺母(7)安装在电机支架(4)上；电机支架(4)通过螺栓螺母固定在注入头框架(9)上；固定压紧注入头(10)通过对中杆(12)、二号螺母(13)与注入头框架(9)进行连接；可移动压紧注入头(11)通过对中杆(12)、二号螺母(13)与注入头框架(9)进行连接；固定压紧注入头(10)和可移动压紧注入头(11)之间通过压紧螺栓(14)、三号螺母(15)进行连接；支撑轮总成(16)通过螺栓螺母固定在注入头框架(9)上；联轴器(17)与电机(8)的输出轴连接；传感器(18)利用螺钉固定在连接框架(1)上。

2.如权利要求1所述的用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置，其特征在于，连接框架(1)包括一号连接板(19)、连接框架连接横梁(20)、连接框架支撑杆(21)、连接框架加强筋(22)、连接框架内支撑横梁(23)、连接框架外支撑横梁(24)；一号连接板(19)通过焊接方式与连接框架内支撑横梁(23)、连接框架外支撑横梁(24)连接，一号连接板(19)通上开有阶梯孔，上孔用来安装一号轴承(3)，下孔用来安装销轴(2)；连接框架连接横梁(20)与连接框架支撑杆(21)，连接框架连接横梁(20)与连接框架内支撑横梁(23)采用焊接方式连接；连接框架连接横梁(20)与连接框架外支撑横梁(24)采用焊接方式连接；连接框架加强筋(22)与连接框架支撑杆(21)、连接框架外支撑横梁(24)采用焊接方式连接。

3.如权利要求1所述的用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置，其特征在于，注入头框架(9)包括二号连接板(19’)、注入头外部框架外横梁(25)、一号支撑梁(26)、注入头外部框架(27)、二号支撑梁(28)、对中杆安装块(29)、三号支撑梁(30)、注入头外部框架支撑杆(31)、注入头外部框架底部横梁(32)；二号连接板(19’)通过焊接的方式与注入头外部框架外横梁(25)、一号支撑梁(26)连接；注入头外部框架外横梁(25)与注入头外部框架(27)、一号支撑梁(26)与注入头外部框架(27)、二号支撑梁(28)与注入头外部框架(27)、注入头外部框架支撑杆(31)与注入头外部框架(27)、注入头外部框架支撑杆(31)与注入头外部框架外横梁(25)、注入头外部框架支撑杆(31)与注入头外部框架底部横梁(32)，均采用焊接方式连接；对中杆安装块(29)通过焊接的方式与三号支撑梁(30)连接；三号支撑梁(30)采用焊接方式与二号支撑梁(28)、注入头外部框架外横梁(25)连接。

4.如权利要求1所述的用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置，其特征在于，可移动压紧注入头(11)包括夹紧注入链条总成(36)、对中杆及压紧螺栓安装块(37)、主动轮总成(38)、压紧轮总成(39)、压紧注入头内部主体(40)、从动轮总成(41)；夹紧注入链条总成(36)通过链轮链条的配合安装在主动轮总成(38)、从动轮总成(41)上；压紧轮总成(39)通过螺栓螺母安装在压紧注入头内部主体(40)上；对中杆及压紧螺栓安装块(37)通过焊接方式与压紧注入头内部主体(40)连接，其上开有安装孔，用于安装对中杆(12)及压紧螺栓(14)；主动轮总成(38)通过螺钉与压紧注入头内部主体(40)连接；从动轮总成(41)通过螺钉与压紧注入头内部主体(40)连接。

5.如权利要求1所述的用于将连续油管下入海洋立管的注入头实验装置，其特征在于，支撑轮总成(16)包括支撑轮总成连接杆(42)、二号轴承(43)、支撑轮轴(44)；支撑轮总成连接杆(42)上部开有螺栓孔，采用螺栓螺母方式与注入头框架(9)连接，下部开有轴安装孔，用来安装支撑轮轴(44)；二号轴承(43)安装在支撑轮轴(44)上，可以绕支撑轮轴(44)上进行转动。