CN104180986B - 用于套管张紧器的负荷试验工装及含其的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于套管张紧器的负荷试验工装及含其的试验装置，该负荷试验工装包括连接板，连接板包括支撑部、过渡部和连接部；支撑部的顶部的前表面和后表面均向外延伸有第一圆柱形腹板，该些第一圆柱形腹板用于与顶驱相连接；该支撑部的底部的前表面和后表面均向外延伸有压设于该套管张紧器的顶面上的定位板；连接部的底部的前表面和后表面均向外延伸有第二圆柱形腹板，该些第二圆柱形腹板用于与驳船相连接。该试验装置包括如上所述的负荷试验工装。本发明保证了较高的安全性，操作简单，在狭小的套管张力平台内利用工装将试验载荷安全快速的作用在套管张紧器上，不仅保证了工装的强度，而且便于吊装操作，节约了试验成本。

Description

用于套管张紧器的负荷试验工装及含其的试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于套管张紧器的负荷试验工装及含其的试验装置。

背景技术

目前，在自升式平台海洋石油钻井的过程中，钻管深入到海水中并插入海底进行钻探。为了避免钻管在受海浪及海流的作用下产生一个较大的沿竖直方向向上的冲力，在套管张紧器的顶部设置有一防喷器，从而使得钻井载荷部分通过防喷器作用在套管张紧器上。同时，由于温度波动及浪流的作用引起钻管的横向运动导致的钻管在垂直于水面方向上的长度的变化，从而使得该钻管对套管张紧器产生一向下的拉力，为了抵消该钻管受到的应力，通过套管张紧器油缸的活塞杆伸缩运动来提供支撑力，很大程度上改善了钻管的受力情况，提高了钻管使用的安全性以及其使用寿命。因此，套管张紧器负荷试验的成功完成是确保整个自升式平台在海上作业安全的关键性因素。

为了保证套管张紧器负荷试验的成功，需要设计一具有足够强度的负荷试验装置，且该负荷试验装置需要保证能够安全的将载荷施加至套管张紧器上。然而，传统的套管张紧器的负荷试验装置的强度低、施加载荷的可操作性、安全性能较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的传统的套管张紧器的负荷试验装置的强度低、施加载荷的可操作性、安全性能较差等缺陷，提供一种用于套管张紧器的负荷试验工装及含其的试验装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种用于套管张紧器的负荷试验工装，其特点在于，该负荷试验工装包括一连接板，该连接板包括沿竖直方向从上往下依次设置的支撑部、过渡部和连接部，该支撑部、过渡部和连接部的中心线在同一直线上；

该支撑部的顶部的前表面和后表面均向外延伸有一第一圆柱形腹板，且该些第一圆柱形腹板的轴线均与该支撑部的中心线垂直相交，该些第一圆柱形腹板用于与一顶驱相连接；

该支撑部的底部的前表面和后表面均向外延伸有一定位板，该定位板压设于该套管张紧器的顶面上且用于将负荷传递于该套管张紧器上；

该连接部的底部的前表面和后表面均向外延伸有一第二圆柱形腹板，且该些第二圆柱形腹板的轴线均与该连接部的中心线垂直相交，该些第二圆柱形腹板用于与一驳船相连接。

在本方案中，采用上述结构形式的负荷试验工装能够安全可靠的放置在张紧器上，起到连接驳船传递载荷的作用，同时保证了较高的安全性，操作简单，使得在狭小的套管张力平台内能够将试验载荷能方便地、安全快速的作用在套管张紧器上，不仅保证了工装的强度，而且便于吊装操作，节约了试验成本。

较佳地，该连接板的高度为4000mm-5000mm。

在本方案中，连接板主要起到传递载荷的作用，采用上述高度范围值的连接板，不仅保证了该负荷试验工装足够的强度，并提高了负荷试验的安全性。

较佳地，该连接板的高度优选为4500mm。

在本方案中，采用上述高度值的连接板，使得在保证强度足够的前提下，节省了材料，降低了负荷试验工装的生产成本。

较佳地，该支撑部、过渡部和连接部的高度之比为21:53:16。

较佳地，各该定位板的上表面分别设有一第一加强筋，各该第一加强筋分别延伸至该支撑部上且位于相应的该第一圆柱形腹板的正下方。

在本方案中，第一加强筋进一步增加了负荷试验工装的强度，提高了负荷试验的安全性。

较佳地，各该定位板的上表面分别设有两个间隔设置的第二加强筋，该些第二加强筋均延伸至该支撑部上且关于该第一加强筋对称设置，各该第二加强筋的上表面均位于相应的该第一加强筋的上表面的上方。

较佳地，各该定位板的下表面分别设有一第三加强筋，各该第三加强筋分别延伸至该过渡部上且位于相应的该第二圆柱形腹板的正上方，且各该第三加强筋的下表面位于该过渡部的下表面的下方。

较佳地，该负荷试验工装还包括一圆柱形壳体，该过渡部的左侧面和右侧面均焊接于该圆柱形壳体的内壁上，各该第三加强筋的外表面均焊接于该圆柱形壳体的内壁上。

在本方案中，试验时套管张紧器的附加油缸顶在圆柱形壳体的外壁上，圆柱形壳体对附加油缸起到定位固定作用，防止油缸外伸时，负荷试验工装由于受力变差而发生倾斜。

本发明还提供了一种用于套管张紧器的试验装置，其特点在于，该试验装置包括如上所述的负荷试验工装、一顶驱和一驳船，该顶驱通过钢丝绳、卸扣与该负荷试验工装为可拆卸连接，该驳船通过钢丝绳、卸扣与该负荷试验工装为可拆卸连接。

在本方案中，采用驳船内注水的结构方式以达到试验载荷要求，试验进行时，该驳船移位、起吊方便，人员在其上面施工空间大，可操作性强。

较佳地，各该卸扣包括一开口部和一连接于该开口部的一端面的钩部，一测力计固定于一个该卸扣的开口部的两侧壁之间，且该测力计贯穿于该卸扣、第一圆柱形腹板和支撑部，该测力计与一压力显示器电连接，该顶驱通过钢丝绳连接于该卸扣的钩部上；

该些第二圆柱形腹板通过一螺栓固定于另外一个该卸扣的开口部的两侧壁之间，且该螺栓贯穿于该卸扣、第二圆柱形腹板和连接部，该驳船通过钢丝绳连接于该卸扣的钩部上。

在本方案中，利用带测力计卸扣，巧妙地解决了试验载荷的读取问题。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明保证了较高的安全性，操作简单，在狭小的套管张力平台内利用工装将试验载荷安全快速的作用在套管张紧器上，结构紧凑，不仅保证了工装的强度，而且便于吊装操作，节约了试验成本。

附图说明

图1为套管张紧器的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的用于套管张紧器的负荷试验工装的结构示意图。

图3为图2中沿A-A的剖视图。

图4为图2中B向视图。

图5为图2中C-C剖视图。

图6为本发明较佳实施例的用于套管张紧器的试验装置的结构示意图。

附图标记说明：

套管张紧器：1底座：11油缸：12

伸缩筒：13卡环：14附加油缸：15

滑动板：2

负荷试验工装：3连接板：31支撑部：311

过渡部：312连接部：313第一圆柱形腹板：32

第二圆柱形腹板：33定位板：34第一加强筋：35

第二加强筋：36第三加强筋：37圆柱形壳体：38

扇形肘板：39

驳船：4

顶驱：5

卸扣：6钩部：61开口部：62

钢丝绳：7

螺栓：8

测力计：9

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请根据图1予以理解，该套管张紧器1包括两个可拆卸式连接的底座11、至少四个以上偶数个油缸12、一伸缩筒13和设置于伸缩筒13顶面上的卡环14。其中，各底座11固定在一滑动板2上，滑动板2滑设于一套管张力平台上，该套管张力平台通过四个销轴可拆卸式连接于自升式平台的悬臂梁的侧壁上。且悬臂梁为一长方体结构。

同时，各底座11上底板上安装有相同数量的油缸12，且各油缸12的活塞杆均与伸缩筒13相连接，该些油缸12的进油口与蓄能器相连，该伸缩筒13与卡环14同心设置，且伸缩筒13与该卡环14均为分半式结构。

在实际的使用过程中，钻井平台在工作中钻头的外壁上套设有一套管(图中未示出)，且套管与钻头之间形成有一空腔。为了避免套管在横向方向上晃动，在各底座11上还设有若干附加油缸15，该些附加油缸15沿套管的圆周方向均匀间隔设置，且用于抵靠住该套管的外壁。

其中，套管张紧器1在工作时，套管通过伸缩筒13中心的通孔，其上部与卡环14固定连接，蓄能器通过液压管线与油缸12下端无杆腔相通，然后增加蓄能器的压力使油缸12的活塞杆伸出并达到套管设定的张力。当海浪或海流作用于套管，迫使套管弯曲变形，其纵向长度缩短，此时油缸12的活塞杆缩回，可补偿隔水套管纵向距离的变化，同时可持续提供套管设定的顶部张力，改善了套管的受力状况，提高了其使用寿命。深水作业时，套管张紧器1提供套管一向上的272吨的竖直方向张紧力。

为此，为了验证在套管张紧器1施加安全工作载荷272吨时，油缸12能够伸出600mm行程，并能提供稳定的支撑力，当关闭蓄能器时油缸12不会发生移动，本发明提供了一种用于套管张紧器1的负荷试验工装3及含其的试验装置。

请根据图2-4予以理解，该负荷试验工装3包括一连接板31，该连接板31包括沿竖直方向从上往下依次设置的支撑部311、过渡部312和连接部313，且该支撑部311、过渡部312和连接部313的中心线在同一直线上。

其中，该支撑部311的顶部的前表面和后表面均向外延伸有一第一圆柱形腹板32，且该些第一圆柱形腹板32的轴线均与支撑部311的中心线垂直相交，该些第一圆柱形腹板32用于与一顶驱5相连接。同时，该支撑部311的底部的前表面和后表面均向外延伸有一定位板34，该定位板34压设于套管张紧器的顶面上且用于将负荷传递于套管张紧器上。

在本实施例中，第一圆柱形腹板32与支撑部311之间为焊接连接，定位板34与支撑部311之间为焊接连接。且支撑部311的形状为正耳朵形，连接部313的形状为倒耳朵形，支撑部311的底面的长度大于过渡部312的顶面的长度，过渡部312的底面的长度等于连接部313的顶面的长度。

另外，请根据图2、3予以理解，该连接部313的底部的前表面和后表面均向外延伸有一第二圆柱形腹板33，且该些第二圆柱形腹板33的轴线均与该连接部313的中心线垂直相交，该些第二圆柱形腹板33用于与一驳船4相连接。在实际使用过程中，第二圆柱形腹板33与连接部313之间为焊接连接。

在本实施例中，采用上述结构形式的负荷试验工装3能够安全可靠的放置在张紧器上，起到连接驳船4传递载荷的作用，同时保证了较高的安全性，操作简单，使得在狭小的套管张力平台内能够将试验载荷能方便地、安全快速的作用在套管张紧器上，不仅保证了工装的强度，而且便于吊装操作，节约了试验成本。

进一步地，该连接板31的高度为4000mm-5000mm。这样不仅保证了该负荷试验工装足够的强度，并提高了负荷试验的安全性。且该连接板31的高度优选为4500mm。且该连接板31的高度优选为4500mm。这样使得在保证强度足够的前提下，节省了材料，降低了负荷试验工装的生产成本。在本实施例中，该连接板的材质为EH36钢。

更进一步地，该支撑部311、过渡部312和连接部313的高度之比为21:53:16。在本实施例中，支撑部的高度为1050mm，过渡部的高度为2650mm，连接部的高度为800mm。过渡部的高度能够保证负荷试验工装放置在套管张紧器上，油缸伸出到最外端时，连接部下端连接的卸扣能够露出悬臂梁底板下面200mm-300mm距离。

如图2-3所示，各该定位板34的上表面分别设有一第一加强筋35，各该第一加强筋35分别延伸至该支撑部311上且位于相应的该第一圆柱形腹板32的正下方。同时，各定位板34的上表面分别设有两个间隔设置的第二加强筋36，该些第二加强筋36均延伸至支撑部311上且关于第一加强筋35对称设置，各该第二加强筋36的上表面均位于相应的该第一加强筋35的上表面的上方。

另外，各该定位板34的下表面分别设有一第三加强筋37，各第三加强筋37分别延伸至该过渡部312上且位于相应的该第二圆柱形腹板33的正上方，且各第三加强筋37的下表面位于该过渡部312的下表面的下方。在本实施例中，第一加强筋、第二加强筋和第三加强筋的设置均进一步增加了负荷试验工装的强度，提高了负荷试验的安全性。

请参见图2、5予以理解，该负荷试验工装3还包括一圆柱形壳体38，该过渡部312的左侧面和右侧面均焊接于该圆柱形壳体38的内壁上，各第三加强筋37的外表面均焊接于该圆柱形壳体38的内壁上。同时，该圆柱形壳体38的内壁上还焊接有一四个扇形肘板39，且各扇形肘板39连接于相邻的第三加强筋37与过渡部312之间。在本实施例中，试验时套管张紧器的附加油缸顶在圆柱形壳体的外壁上，圆柱形壳体对附加油缸起到定位固定作用，防止油缸外伸时，负荷试验工装由于受力变差而发生倾斜。

请参见图6予以理解，本发明还提供了一种用于套管张紧器的试验装置，该试验装置包括如上所述的负荷试验工装3、一顶驱5和一驳船4。该顶驱5通过钢丝绳7、卸扣6与该负荷试验工装3为可拆卸连接，该驳船4通过钢丝绳7、卸扣6与该负荷试验工装3为可拆卸连接。其中，采用驳船4内注水的结构方式以达到试验载荷要求，试验进行时，该驳船4移位、起吊方便，人员在其上面施工空间大，可操作性强。

其中，各卸扣6包括一开口部62和一连接于开口部62的一端面的钩部61，一测力计9固定于一个卸扣6的开口部62的两侧壁之间，且测力计9贯穿于该卸扣6、第一圆柱形腹板32和支撑部311。该测力计9与一压力显示器电连接，该顶驱5通过钢丝绳7连接于该卸扣6的钩部61上。其中，在卸扣6上连接有测力计9，巧妙地解决了试验载荷的读取问题，能够方便准确的驳船4上加载的负荷为安全工作载荷。

另外，该些第二圆柱形腹板33通过一螺栓8固定于另外一个该卸扣6的开口部62的两侧壁之间，且该螺栓8贯穿于卸扣6、第二圆柱形腹板33和连接部313，驳船4通过钢丝绳7连接于卸扣6的钩部61上。

该负荷试验方法包括以下步骤。

步骤100，将该自升式平台的桩腿插入海底内，提升该主船体，并加载水至该主船体的各压载舱内。

在该步骤中，这样能够确保该负荷试验方法的试验环境与套管张紧器1在正常工作时的环境一致，提高了该套管张紧器1的负荷试验的准确性和稳定性。

步骤101，将该自升式平台的悬臂梁向左移动，使得悬臂梁的井心与主船体的尾端之间的距离为15mm-18mm，并将套管张力平台降低至工作位置。其中，悬臂梁的井心与套管张紧器的中心对齐，且套管张紧器的中心始终与钻台中心对齐。

在该步骤中，将该自升式平台的悬臂梁向左移动，使得悬臂梁的井心与主船体的尾端之间的距离优选为15mm。这样不仅避免了在负荷试验过程中驳船4撞击到自升式平台的桩腿，同时，还降低了移动的劳动强度。

步骤102，将两个底座11拆开，同时将伸缩筒13和卡环14分别拆成均匀的两部分，并将两个该底座分别向前侧、后侧移动1m-4.57m。这样能够使得套管张紧器1的中心始终与钻台中心对齐。

在该步骤中，将两个该底座11分别向前侧、后侧优选移动4.57m。这样避免了负荷试验工装3在吊运驳船4过程中产生晃动碰撞套管张紧器而损坏套管张紧器，提高了负荷试验的安全性。

步骤103，将一负荷试验工装3依次贯穿于该卡环14、伸缩筒13和套管张力平台，同时，负荷试验工装3的顶部抵靠于卡环14的上表面，将负荷试验工装3的底端和顶端通过钢丝绳7、卸扣6分别连接一驳船4和一顶驱5。

步骤104，将顶驱5起吊，使得该驳船4的底面距离水面0.5m-1m，然后将两个底座11、伸缩筒13和卡环14均合体并锁紧。

在步骤S4中，将顶驱5起吊，使得该驳船4的底面距离水面0.5m。这样不仅避免了因驳船4的底面距离水面过低导致波浪对驳船4的底部产生推力，同时还避免了驳船4的底面距离水面过高时钢丝绳7断裂时出现的安全隐患。

步骤105，在该驳船4内加载水至安全工作载荷，缓慢下降该顶驱5，使得负荷试验工装3完全压在该套管张紧器1的卡环14上。

步骤106，启动该蓄能器，油缸12的活塞杆伸出并达到最大行程，保持3min-5min，记录油缸12的活塞杆行程与压力。其中，蓄能器为相对位置的一对油缸12提供压力保证载荷的持续与平衡。在此，启动该蓄能器后，操作控制盘，使油缸12的活塞杆向上伸出600mm行程，保持3min-5min，观察油缸12的压力读数变化，读数不发生变化且油缸12行程不会下降就证明了套管张紧器1能提供稳定的支撑力。

在该步骤中，启动蓄能器，油缸12的活塞杆伸出并达到最大行程，保持5min，记录油缸12的活塞杆行程与压力。这样能够确保该油缸12的活塞杆的行程与压力值的稳定性，能够更加准确的验证套管张紧器1在安全工作载荷272吨下，油缸12能够伸出最大的行程，并能提供稳定的支撑力。

步骤107，关闭蓄能器，保持3min-5min，观察油缸12的压力是否下降，记录油缸12压力与行程。

在该步骤中，关闭该蓄能器，保持5min，观察油缸12的压力是否下降，记录油缸12压力与行程。这样能够更加准确的验证套管张紧器1在安全工作载荷272吨下，当关闭蓄能器时油缸12的活塞杆不会发生移动，并能保持持续的张紧力。

步骤108，启动该蓄能器，油缸12的活塞杆缩回，顶驱5起吊该负荷试验工装3和驳船4，将两个底座11、伸缩筒13和卡环14均打开，并将驳船4下放至水面。

步骤109，拆除顶驱5、负荷试验工装3、钢丝绳7、卸扣6和驳船4，将驳船4移走。

步骤110，将套管张力平台复位，悬臂梁复位。

综上所述，本发明保证了较高的安全性，操作简单，在狭小的套管张力平台内利用负荷试验工装将试验载荷安全快速的作用在套管张紧器上，结构紧凑，不仅保证了负荷试验工装的强度，而且便于吊装操作，节约了试验成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于套管张紧器的负荷试验工装，其特征在于，该负荷试验工装包括一连接板，该连接板包括沿竖直方向从上往下依次设置的支撑部、过渡部和连接部，该支撑部、过渡部和连接部的中心线在同一直线上；

该支撑部的顶部的前表面和后表面均向外延伸有一第一圆柱形腹板，且该些第一圆柱形腹板的轴线均与该支撑部的中心线垂直相交，该些第一圆柱形腹板用于与一顶驱相连接；

该支撑部的底部的前表面和后表面均向外延伸有一定位板，该定位板压设于该套管张紧器的顶面上且用于将负荷传递于该套管张紧器上；

该连接部的底部的前表面和后表面均向外延伸有一第二圆柱形腹板，且该些第二圆柱形腹板的轴线均与该连接部的中心线垂直相交，该些第二圆柱形腹板用于与一驳船相连接。

2.如权利要求1所述的负荷试验工装，其特征在于，该连接板的高度为4000mm-5000mm。

3.如权利要求2所述的负荷试验工装，其特征在于，该连接板的高度为4500mm。

4.如权利要求2所述的负荷试验工装，其特征在于，该支撑部、过渡部和连接部的高度之比为21:53:16。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的负荷试验工装，其特征在于，各该定位板的上表面分别设有一第一加强筋，各该第一加强筋分别延伸至该支撑部上且位于相应的该第一圆柱形腹板的正下方。

6.如权利要求5所述的负荷试验工装，其特征在于，各该定位板的上表面分别设有两个间隔设置的第二加强筋，该些第二加强筋均延伸至该支撑部上且关于该第一加强筋对称设置，各该第二加强筋的上表面均位于相应的该第一加强筋的上表面的上方。

7.如权利要求5所述的负荷试验工装，其特征在于，各该定位板的下表面分别设有一第三加强筋，各该第三加强筋分别延伸至该过渡部上且位于相应的该第二圆柱形腹板的正上方，且各该第三加强筋的下表面位于该过渡部的下表面的下方。

8.如权利要求7所述的负荷试验工装，其特征在于，该负荷试验工装还包括一圆柱形壳体，该过渡部的左侧面和右侧面均焊接于该圆柱形壳体的内壁上，各该第三加强筋的外表面均焊接于该圆柱形壳体的内壁上。

9.一种用于套管张紧器的试验装置，其特征在于，该试验装置包括如权利要求1所述的负荷试验工装、一顶驱和一驳船，该顶驱通过钢丝绳、卸扣与该负荷试验工装为可拆卸连接，该驳船通过钢丝绳、卸扣与该负荷试验工装为可拆卸连接。

10.如权利要求9所述的试验装置，其特征在于，各该卸扣包括一开口部和一连接于该开口部的一端面的钩部，一测力计固定于一个该卸扣的开口部的两侧壁之间，且该测力计贯穿于该卸扣、第一圆柱形腹板和支撑部，该测力计与一压力显示器电连接，该顶驱通过钢丝绳连接于该卸扣的钩部上；

该些第二圆柱形腹板通过一螺栓固定于另外一个该卸扣的开口部的两侧壁之间，且该螺栓贯穿于该卸扣、第二圆柱形腹板和连接部，该驳船通过钢丝绳连接于该卸扣的钩部上。