CN103439192A - 模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置 - Google Patents

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刘家泳
郝玉华
戈晓
张冬梅
张丽敏
汪尧
杨永昌
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Abstract

本发明提供一种模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置，该高压釜装置的高压釜体放置在固定框架上，在高压釜体的上部一端设有增压接口，高压釜体的上部另一端设有数据采集接口，高压釜体的下部一侧设有介质放泄阀，在高压釜体两侧分别对称安装有二个导向液压缸，在高压釜体下部中间位置安装有弯曲加载液压缸。外压密封装置通过紧固螺栓与高压釜体的两端连接，外压密封装置与堵头端部之间设有支撑环一密封圈，在堵头的外周设有支撑钢圈及第二密封圈。有益效果是该高压釜装置相对于现有技术已超出ISO13679标准范围，在国际上首次实现完成石油管材承受外压加弯曲的试验，可适应石油管材规格范围4.5in-13.375in，压力分10000psi、15000psi、20000psi不同等级。

Description

模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置
技术领域
本发明涉及一种石油管材服役环境模拟评价试验装置，特别是一种模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置，配合复合加载试验设备可完成石油管材在井下承受轴向载荷加外压加弯曲的评价试验。
背景技术
石油管材在井下的服役环境是非常复杂及恶劣的，承受多维地壳应力的作用，包括轴向拉压载荷、外挤力、内压力、弯曲载荷、扭转载荷以及环境的浸蚀和温度的影响等。为提高安全使用性能，降低井下失效事故发生的几率，石油管材产品在市场推广前必须进行服役环境模拟评价试验，主要依据现行的ISO13679标准进行，标准囊括了大部分的服役条件模拟评价方法。但是未包含石油管材承受轴向拉压载荷加外压加弯曲的模拟评价方法，国内外同行业中还没有进行石油管材承受轴向拉压载荷加外压加弯曲的模拟评价试验装置。
随着石油工业的深入发展，对石油管材产品的性能要求越来越高，对石油管材产品服役环境模拟评价试验的要求也越来越高，许多油田用户已提出了进行石油管材承受轴向载荷加外压加弯曲试验的要求。
发明内容
鉴于石油管材评价行业的现状，本发明的目的在于提供一种模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置，模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的评价试验装置，满足石油管材承受轴向载荷加外压加弯曲试验的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置，其中：该高压釜装置包括高压釜体、外压密封装置、弯曲加载液压缸、固定框架；
所述高压釜体放置在固定框架上，在高压釜体的上部一端设有增压接口，高压釜体的上部另一端设有数据采集接口，高压釜体的下部一侧设有介质放泄阀，在高压釜体两侧分别对称安装有二个导向液压缸，在高压釜体下部中间位置安装有弯曲加载液压缸。
所述外压密封装置通过紧固螺栓与高压釜体的两端连接，外压密封装置上设有进行吊装的吊装环，外压密封装置内通过压紧螺栓与堵头进行连接，外压密封装置与堵头端部之间设有支撑环一密封圈，在堵头的外周设有支撑钢圈及第二密封圈，并与高压釜体的内壁形成密封。
本发明的效果是该高压釜装置相对于现有技术已超出ISO13679标准范围，在国际上首次实现完成石油管材承受外压加弯曲的试验，填补了行业空白，为相关试验的开发、推广以至成熟创造了良好的开端，对石油管材实物性能进行了更全面的评价，为油田井深设计提供了更详细的数据支持，得到了用户的认可。
附图说明
图1为本发明模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置结构示意图；
图2为本发明的外压密封装置结构示意图。
图中：
1、高压釜体  2、增压接口  3、吊装环  4、外压密封装置
5、导向液压缸  6、紧固螺栓  7、固定框架  8、调整螺杆
9、弯曲加载液压缸  10、介质放泄阀  11、石油管材试样
12、数据采集接口  13、支撑环  14、第一密封圈  15、堵头
16、第二密封圈  17、支撑钢圈  18、压紧螺栓
具体实施方式
下面结合附图对本发明的模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置结构加以说明。
本发明的模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置，该高压釜装置包括高压釜体1、外压密封装置4、弯曲加载液压缸9、固定框架7；
所述高压釜体1放置在固定框架7上，在高压釜体1的上部一端设有增压接口2，高压釜体1的上部另一端设有数据采集接口12，高压釜体1的下部一侧设有介质放泄阀10，在高压釜体1两侧分别对称安装有二个导向液压缸5，在高压釜体1下部中间位置安装有弯曲加载液压缸9.
所述外压密封装置4通过紧固螺栓6与高压釜体1的两端连接，外压密封装置4上设有进行吊装的吊装环3，外压密封装置4内通过压紧螺栓18与堵头15进行连接，外压密封装置4与堵头15端部之间设有支撑环13及第一密封圈14，在堵头15的外周设有支撑钢圈17及第二密封圈16，并与高压釜体1的内壁形成密封。通过吊装环3进行吊装，并通过高压釜体1上的导向液压缸5进行安装、拆卸，堵头15通过压紧螺栓18与外压密封装置4进行连接，对支撑环13及第一密封圈14施加一个预紧力，实现与试样的密封，利用支撑钢圈17及第二密封圈16实现与高压釜体1内壁的密封，所述外压密封装置4可实现高水压及大狗腿度条件下的密封，它的端头密封比较复杂，不仅要和石油管材外壁密封，还要和高压釜体内壁密封。因此外压密封装置4配有小液压源，对密封圈施加一个预紧力，然后靠高压釜体1内压力对密封圈加载，使其变形，完成密封，压力越大，密封性能越好。
所述固定框架7的底部安装四个调整螺杆8，以保证高压釜体1的平衡、稳定。
本发明的模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置功能是这样实现的：
（1）高压釜体1材料选用合金钢42CrMo，其[σ]=205MPa，σb=740MPa，σs=510MPa。
（2）高压釜体（1）设计成大釜、中釜、小釜三个规格，以便满足不同大小的试样和相应的压力等级，如图1，具体规格见表1。
表1外压弯曲高压釜规格
（3）弯曲加载液压缸9以它在试样上的最大作用力作为选型的依据。通过计算，考虑一定的安全系数，弯曲加载液压缸9的最大推力设计为50吨。
（4）该发明可配合卧式联合力试验机进行石油管材的轴向载荷加外压加弯曲的模拟评价试验，进行评价试验时，将石油管材试样11安装在高压釜体1中，两端通过紧固螺栓6连接外压密封装置4，外压密封装置4通过紧固螺栓6与高压釜体1连接，通过吊装环3进行吊装，并通过高压釜体1上的导向液压缸5进行安装、拆卸，堵头15通过压紧螺栓18与外压密封装置4进行连接，对支撑环13及第一密封圈14施加一个预紧力，实现与试样的密封，利用支撑钢圈17及第二密封圈16实现与高压釜体1内壁的密封，然后靠高压釜体1内的压力对第一密封圈14及第二密封圈16进行加载，使其变形，压力越大，密封性能越好。
安装石油管材试样11后的高压釜体1放置在固定框架7上，通过调整螺杆8使试样的高度与卧式联合力试验机一致，石油管材试样11可通过特殊的连接端塞与卧式联合力试验机连接。
增压接口2与高压管连接通过增压泵进行增压，弯曲加载液压缸9实现弯曲加载，数据采集接口12通过数据线实现数据的采集，试验完成后通过介质放泄阀10进行压力介质的放泄。

Claims (2)

1.一种模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置，其特征是：该高压釜装置包括高压釜体（1）、外压密封装置（4）、弯曲加载液压缸（9）、固定框架（7）；
所述高压釜体（1）放置在固定框架（7）上，在高压釜体（1）的上部一端设有增压接口（2），高压釜体（1）的上部另一端设有数据采集接口（12），高压釜体（1）的下部一侧设有介质放泄阀（10），在高压釜体（1）两侧分别对称安装有二个导向液压缸（5），在高压釜体（1）下部中间位置安装有弯曲加载液压缸（9）；
所述外压密封装置（4）通过紧固螺栓（6）与高压釜体（1）的两端连接，外压密封装置（4）上设有进行吊装的吊装环（3），外压密封装置（4）内通过压紧螺栓（18）与堵头（15）进行连接，外压密封装置（4）与堵头（15）端部之间设有支撑环（13）及第一密封圈（14），在堵头（15）的外周设有支撑钢圈（17）及第二密封圈（16），并与高压釜体（1）的内壁形成密封。
2.根据权利要求1所述的模拟石油管材在井下承受外压加弯曲的高压釜装置，其特征是：所述固定框架（7）的底部安装四个调整螺杆（8）。
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