CN103382832A - 海上钻井用隔水管试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道试验装置，尤其是一种海上钻井用隔水管试验装置。本发明提供了一种能对隔水管组件的六根压力管子同时进行试验的海上钻井用隔水管试验装置，包括两台管道封堵装置，管道封堵装置包括底座和封堵法兰，管道封堵装置还包括自由度调节系统，自由度调节系统分别安装在底座上，封堵法兰安装在自由度调节系统上并通过自由度调节系统调节空间位置，自由度调节系统至少由X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构组成。由于采用了自由度调节系统，因此封堵法兰可通过上述机构在空间任意调节，使得封堵法兰能够与任意位置的隔水管组件法兰相对应密封，从而可以使六根压力管子同时进行试验。

Description

海上钻井用隔水管试验装置

技术领域

本发明涉及一种管道试验装置，尤其是一种海上钻井用隔水管试验装置。

背景技术

在海上实施钻井时，需要在海底井口与海面钻井平台之间安装隔水管，以建立泥浆从海底井口返回海面钻井平台的通道，隔水管的长度取决于海水深度，深者可达数千米。隔水管浸没在海水中，要承受自重、洋流冲击力、浮力、外部海水及内部泥浆压力、钻具接触碰撞力等复杂多变的载荷，工况极为恶劣；同时隔水管组件是一组由六根压力管线组成的管束，即由一根主隔水管，及排列在主隔水管四周的五根尺寸和压力级别均不同的辅管（两根液压管线、压井管线、H级泥浆管线和节流管线）组成，且管束两端焊接有法兰，以实现隔水管组件与组件之间的轴向串联。因而，在生产过程中，必须对每一根隔水管组件作严格的出厂试验，以检验其抗拉、抗压强度及法兰连接密封性，确保服役过程的安全性和可靠性。

由于隔水管组件本身的复杂性，其本身存在制造和装配误差，且隔水管组件支撑放置时存在摆放位置误差和重力引起的变形，隔水管组件在试验时两端的法兰面可能处于空间任意位置，这样，传统的隔水管试验台根本无法对其隔水管组件的每一根管道。因此，目前的隔水管试验台只能对隔水管组件上并列的六根管子逐根进行性能试验，试验工序复杂，费工费时、效率低、劳动强度大；而且这种逐根试验的方法并不符合隔水管组件实际使用的工况，即隔水管组件所有管道同时运行的情况是无法试验的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能对隔水管组件的六根压力管子同时进行试验的海上钻井用隔水管试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的海上钻井用隔水管试验装置，包括两台管道封堵装置，所述管道封堵装置包括底座和封堵法兰，所述管道封堵装置还包括自由度调节系统，所述自由度调节系统安装在底座上，所述封堵法兰安装在自由度调节系统上并通过自由度调节系统调节空间位置，所述自由度调节系统至少由X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构组成。

进一步的是，所述自由度调节系统还包括平衡杆，所述封堵法兰安装在平衡杆的一端，所述平衡杆与X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构相互联动配合。

进一步的是，所述自由度调节系统还包括平衡配重，所述平衡配重与封堵法兰分别安装在平衡杆的两端。

进一步的是，所述X轴旋转机构包括旋转套和X轴旋转电机，所述平衡杆安装在旋转套内并与旋转套转动配合，所述X轴旋转电机驱动平衡杆转动。

进一步的是，所述Z轴旋转机构包括俯仰铰和俯仰驱动缸，所述俯仰铰设置在旋转套的底部，所述俯仰铰可相对于底座沿Z轴转动，利用俯仰铰的铰接点将平衡杆分成两段，所述俯仰驱动缸与平衡杆相连以驱动俯仰铰沿Z轴转动。

进一步的是，Y轴旋转机构包括转动套和垂直轴，所述转动套套设在垂直轴上并且两者相互转动配合，所述转动套与俯仰铰相互铰接。

进一步的是，Y轴平移机构为垂直移动缸，所述垂直移动缸与垂直轴相互连接。

进一步的是，Z轴平移机构包括横移底座和横向移动缸，所述垂直移动缸设置在横移底座上，所述横移底座安装在所述底座并与底座在Z轴方向动配合，所述横移底座通过横向移动缸驱动。

进一步的是，所述管道封堵装置还包括三个拉拔机构和三个卡紧密封装置，所述封堵法兰上开设有六个独立的试压孔道，所述拉拔机构沿封堵法兰的周向均匀分布并且拉拔方向与封堵法兰的轴向平行；所述卡紧密封装置沿封堵法兰的轴向均匀分布，所述卡紧密封装置由卡箍和卡箍移动电机，所述卡箍安装在封堵法兰外周并可沿封堵法兰径向运动，所述卡箍移动电机驱动卡箍运动。

进一步的是，还包括轨道和载管小车，两台管道封堵装置分别为移动式管道封堵装置和固定式管道封堵装置，管道封堵装置和固定式管道封堵装置相对设置在轨道两侧，所述移动式管道封堵装置和载管小车均安装在轨道上并可沿轨道运动，所述载管小车设置在移动式管道封堵装置和固定式管道封堵装置之间。载管小车可以支撑隔水管组件的中部。

本发明的有益效果是：由于采用了带有X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构的自由度调节系统，因此封堵法兰可通过上述机构在空间任意调节，使得封堵法兰能够与任意位置的隔水管组件法兰相对应密封，从而可以使六根压力管子同时进行抗拉、抗压强度及连接密封性试验，这不仅效率高，节省了试验时间，降低了劳动强度，还能使试验更加符合实际使用工况的需要，使得试验数据更加精准可靠。拉拔机构和卡紧密封装置可以使封堵法兰和隔水管组件法兰的密封连接自动化，保证密封的精确度和可靠度。

附图说明

图1是本发明在试验时的示意图；

图2是固定式管道封堵装置的示意图；

图3是图2的A-A向视图；

图4是移动式管道封堵装置的示意图；

图5是图4的左视图；

图中零部件、部位及编号：固定式管道封堵装置1、移动式管道封堵装置2、平衡杆3、平衡配重4、封堵法兰5、旋转套6、X轴旋转电机7、俯仰铰8、俯仰驱动缸9、转动套10、垂直轴11、垂直移动缸12、横向移动缸13、横移底座14、底座15、拉拔机构16、卡紧密封装置17、试压孔道18、卡箍移动电机19、卡箍20、轨道21、载管小车22、隔水管组件23、滑轮24、辅管堵头25。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括两台管道封堵装置，所述管道封堵装置包括底座15和封堵法兰5，所述管道封堵装置还包括自由度调节系统，所述自由度调节系统安装在底座15上，所述封堵法兰5安装在自由度调节系统上并通过自由度调节系统调节空间位置，所述自由度调节系统至少由X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构组成。为了便于描述本试验装置，本发明中的方位均按照附图2至图5中的坐标系确定，X轴旋转即以X轴为轴进行旋转，X轴平移即沿X轴平移。X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机这五个机构的安装位置可根据实际情况而定，保证相互之间不形成干涉即可，使得自由度调节系统至少具有五个自由度。旋转机构类可以采用电机或者液压马达驱动，平移机构可以采用电机、液压缸或气缸。本试验装置可以针对隔水管组件的一根或多根压力管线进行试验。下面以同时对隔水管组件的六根压力管线进行试验为例说明本试验装置。封堵法兰5上需开设有六个独立的试压孔道18，其位置应该与隔水管组件23法兰相匹配，鉴于隔水管组件23本身较长，可以采用载管小车22或者支撑架来支撑隔水管组件23的中部，由于隔水管本身存在制造和装配误差，且隔水管组件23支撑在载管小车5或支架上时存在摆放位置误差和重力引起的变形，隔水管组件23两端的法兰面可能处于空间任意位置，而且隔水管组件23的六个压力管线在周向上的位置也是任意的，此时，就需要调节自由度调节系统，使得封堵法兰5能够与隔水管组件23的法兰面相对应连接。参见图2至图5，根据隔水管组件23的法兰面位置，分别利用X轴旋转机构、Y轴旋转机构和Z轴旋转机调整封堵法兰5在X轴、Y轴和Z轴的旋转位置，分别利用Y轴平移机构和Z轴平移机构调整封堵法兰5在Y轴和Z轴的位移，调节两个管道封堵装置的距离可以调节封堵法兰5在X轴的位移，从而可以使封堵法兰5能够与隔水管组件23的法兰面相对应连接。由于封堵法兰5可以在空间六个自由度上任意调节，因此能够与任意位置的隔水管组件法兰相对应密封，从而可以使六根压力管子同时进行抗拉、抗压强度及连接密封性试验，这不仅效率高，节省了试验时间，降低了劳动强度，还能使试验更加符合实际使用工况的需要，使得试验数据更加精准可靠。

具体的，如图3和图5所示，所述自由度调节系统还包括平衡杆3，所述封堵法兰5安装在平衡杆3的一端，所述平衡杆3与X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构相互联动配合。平衡杆3可以与封堵法兰5形成一个杠杆结构，这个结构的重心可以进行调节，X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构就可以通过杠杆结构来调节封堵法兰5位置，而这个杠杆结构的重心又能进行调节，使得重心能与上述调节机构配合，达到最佳的调节目的。所述自由度调节系统还包括平衡配重4，所述平衡配重4与封堵法兰5分别安装在平衡杆3的两端。利用平衡配重4就能够更好的调节整个杠杆结构的重心。

具体的，如图2所示，所述X轴旋转机构包括旋转套6和X轴旋转电机7，所述平衡杆3安装在旋转套6内并与旋转套6转动配合，所述X轴旋转电机7驱动平衡杆3转动。为达到最佳状态，调节平衡配重4的位置，使得平衡杆3、封堵法兰5和平衡配重4形成的杠杆结构的重心与旋转套6的中心重合。当需要调节封堵法兰5在X轴的旋转位置时，启动X轴旋转电机7，使得平衡杆3转动，从而使得封堵法兰5转动到合适的位置。当然，转动也可以不使用X轴旋转电机7，而采用手动转动也可。

具体的，如图2和图5所示，所述Z轴旋转机构包括俯仰铰8和俯仰驱动缸9，所述俯仰铰8设置在旋转套6的底部，所述俯仰铰8可相对于底座15沿Z轴转动，利用俯仰铰8的铰接点将平衡杆3分成两段，所述俯仰驱动缸9与平衡杆3相连以驱动俯仰铰8沿Z轴转动。俯仰铰8的铰接点与旋转套6的中心对应，以便使杠杆结构的重心与铰接点对应。当需要封堵法兰5在Z轴方向旋转时，启动俯仰驱动缸9，即可使平衡杆3旋转，从而使封堵法兰5转动到合适的位置。俯仰驱动缸9也可以省略，而采用手动进行旋转。

具体的，如图2和图5所示，Y轴旋转机构包括转动套10和垂直轴11，所述转动套10套设在垂直轴11上并且两者相互转动配合，所述转动套10与俯仰铰8相互铰接。转动转动套10，即可使俯仰铰8绕Y轴旋转，从而使封堵法兰5绕Y轴旋转。旋转可以采用电机进行带动。

具体的，如图2和图5所示，Y轴平移机构为垂直移动缸12，所述垂直移动缸12与垂直轴11相互连接。垂直移动缸12一般设置两个，启动垂直移动缸12即可顶起或落下垂直轴11，从而使封堵法兰5在Y轴平移。

具体的，如图2和图5所示，Z轴平移机构包括横移底座14和横向移动缸13，所述垂直移动缸12设置在横移底座14上，所述横移底座14安装在所述底座15并与底座15在Z轴方向动配合，所述横移底座14通过横向移动缸13驱动。横移底座14一般通过导轨安装在底座15上，利用横向移动缸13即可驱动横移底座14运动，使得横向移动缸13上的所有机构运动，即最终带动了封堵法兰5运动。

为了便于快速密封封堵法兰5和隔水管组件23法兰，如图3和图4所示，所述管道封堵装置还包括三个拉拔机构16和三个卡紧密封装置17，所述封堵法兰5上开设有六个独立的试压孔道18，所述拉拔机构16沿封堵法兰5的周向均匀分布并且拉拔方向与封堵法兰5的轴向平行；所述卡紧密封装置17沿封堵法兰5的轴向均匀分布，所述卡紧密封装置17由卡箍20和卡箍移动电机19，所述卡箍20安装在封堵法兰5外周并可沿封堵法兰5径向运动，所述卡箍移动电机19驱动卡箍20运动。封堵法兰5上的六个独立的试压孔道18与隔水管组件23相对应，用以对隔水管组件23的六根管线分别施压，实现对隔水管组件23的六根压力管线同时进行试验的功能。在封堵时还使用了五个辅管堵头25，使封堵法兰5本体上的五个辅管堵头25对正隔水管组件23上的五个相应的辅管管口。当封堵法兰5调节到位后，三个周向均布的拉拔机构16将拉动隔水管组件23法兰，使辅管堵头5插入相应的辅管管口，实现隔水管组件23的端面密封。封堵法兰5组件上的卡箍20可在卡箍移动电机19的带动下径向收拢，卡住隔水管组件23的法兰本体与封堵法兰5，锁紧并固定端面密封，把试压的液压力转变成隔水管组件23各管的轴向拉力。这样的密封方式就能实现全自动化，并且其可靠性高。

具体的，如图1所示，还包括轨道21和载管小车22，两台管道封堵装置分别为移动式管道封堵装置2和固定式管道封堵装置1，管道封堵装置和固定式管道封堵装置1相对设置在轨道21两侧，所述移动式管道封堵装置2和载管小车22均安装在轨道21上并可沿轨道21运动，所述载管小车22设置在移动式管道封堵装置2和固定式管道封堵装置1之间。移动式管道封堵装置2和固定式管道封堵装置1均具有自由度调节系统，其区别在于移动式管道封堵装置2的可沿轨道21运动，即移动式管道封堵装置2的底座15上安装滑轮24，使得其能够在轨道21上运动。而固定式管道封堵装置1的底座15则如图1所示，是固定在地面。

Claims (10)

1.海上钻井用隔水管试验装置，包括两台管道封堵装置，所述管道封堵装置包括底座（15）和封堵法兰（5），其特征在于：所述管道封堵装置还包括自由度调节系统，所述自由度调节系统安装在底座（15）上，所述封堵法兰（5）安装在自由度调节系统上并通过自由度调节系统调节空间位置，所述自由度调节系统至少由X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构组成。

2.如权利要求1所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：所述自由度调节系统还包括平衡杆（3），所述封堵法兰（5）安装在平衡杆（3）的一端，所述平衡杆（3）与X轴旋转机构、Y轴平移机构、Y轴旋转机构、Z轴平移机构以及Z轴旋转机构相互联动配合。

3.如权利要求2所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：所述自由度调节系统还包括平衡配重（4），所述平衡配重（4）与封堵法兰（5）分别安装在平衡杆（3）的两端。

4.如权利要求2所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：所述X轴旋转机构包括旋转套（6）和X轴旋转电机（7），所述平衡杆（3）安装在旋转套（6）内并与旋转套（6）转动配合，所述X轴旋转电机（7）驱动平衡杆（3）转动。

5.如权利要求4所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：所述Z轴旋转机构包括俯仰铰（8）和俯仰驱动缸（9），所述俯仰铰（8）设置在旋转套（6）的底部，所述俯仰铰（8）可相对于底座（15）沿Z轴转动，利用俯仰铰（8）的铰接点将平衡杆（3）分成两段，所述俯仰驱动缸（9）与平衡杆（3）相连以驱动俯仰铰（8）沿Z轴转动。

6.如权利要求5所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：Y轴旋转机构包括转动套（10）和垂直轴（11），所述转动套（10）套设在垂直轴（11）上并且两者相互转动配合，所述转动套（10）与俯仰铰（8）相互铰接。

7.如权利要求6所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：Y轴平移机构为垂直移动缸（12），所述垂直移动缸（12）与垂直轴（11）相互连接。

8.如权利要求7所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：Z轴平移机构包括横移底座（14）和横向移动缸（13），所述垂直移动缸（12）设置在横移底座（14）上，所述横移底座（14）安装在所述底座（15）并与底座（15）在Z轴方向动配合，所述横移底座（14）通过横向移动缸（13）驱动。

9.如权利要求1至8任一权利要求所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：所述管道封堵装置还包括三个拉拔机构（16）和三个卡紧密封装置（17），所述封堵法兰（5）上开设有六个独立的试压孔道（18），所述拉拔机构（16）沿封堵法兰（5）的周向均匀分布并且拉拔方向与封堵法兰（5）的轴向平行；所述卡紧密封装置（17）沿封堵法兰（5）的轴向均匀分布，所述卡紧密封装置（17）由卡箍（20）和卡箍移动电机（19），所述卡箍（20）安装在封堵法兰（5）外周并可沿封堵法兰（5）径向运动，所述卡箍移动电机（19）驱动卡箍（20）运动。

10.如权利要求1至8任一权利要求所述的海上钻井用隔水管试验装置，其特征在于：还包括轨道（21）和载管小车（22），两台管道封堵装置分别为移动式管道封堵装置（2）和固定式管道封堵装置（1），管道封堵装置和固定式管道封堵装置（1）相对设置在轨道（21）两侧，所述移动式管道封堵装置（2）和载管小车（22）均安装在轨道（21）上并可沿轨道（21）运动，所述载管小车（22）设置在移动式管道封堵装置（2）和固定式管道封堵装置（1）之间。

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