CN107478391A - 一种水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，包括三种方式：1)当试验产品为水下井口头时，将试验接头、液压连接器和水下井口头依次连接牢靠，试验接头与左侧的F试验接管套接，水下井口头与右侧的F试验接管套接，每侧的F试验接管通过铰接环箍及加载环箍固定，通过液控机构控制液压连接器锁紧水下井口头，将加载环箍与加载液缸活塞杆连接，用液控机构控制加载液缸顶升或下拉加载环箍，通过数据采集及控制机构进行处理；2)当试件为水下采油树本体时，将水下采油树本体连接牢靠，按照方式1)试验；3)当试件为液压连接器时，按照方式1)试验。本发明方法结构简单、可试验产品范围广，加载能力强。

Description

一种水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法

技术领域

本发明属于设备试验技术领域，涉及一种水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法。

背景技术

在水下工作的井口装置、采油树及液压连接器等设备在波浪、海流的横向载荷作用下，对其产生一个弯曲载荷，当产生的弯曲载荷超过产品的最大许用弯矩值，就可能发生井口装置密封失效，进而导致原油泄露的灾难性事故，因此开展水下井口设备弯曲载荷试验技术研究，验证产品在弯曲载荷下的密封可靠性，是保证水下安全生产的必要措施。

国内对水下井口设备的开发刚刚起步，对水下井口设备的弯曲载荷试验处于探索阶段，至今没有完善的水下井口设备弯曲载荷试验手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，能够为产品施加弯曲载荷的同时进行内部静水压测试，对试件在弯曲载荷作用下的密封可靠性进行检测。

本发明所采用的技术方案是，一种水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，利用一套试验台主体，包括以下试验方式：

方式1)当试验产品为水下井口头时，将试验接头、液压连接器和水下井口头依次连接牢靠，试验接头左端与左侧的F试验接管套接，水下井口头右端与右侧的F试验接管套接，整体安装到试验台托架上，每侧的F试验接管通过铰接环箍及加载环箍固定，调整左右两侧铰接环箍与加载环箍的距离相等，通过液控机构控制液压连接器锁紧水下井口头，将加载环箍与加载液缸活塞杆连接，用液控机构控制加载液缸顶升或下拉加载环箍，为水下井口头施加弯曲载荷，再通过数据采集及控制机构进行处理；

方式2)当试件为水下采油树本体时，将水下采油树本体与液压连接器左端用大直径重载螺纹连接，液压连接器右端采用H4型面的锁块与水下井口头连接，然后按照上述方式1)的过程进行试验；

方式3)当试件为液压连接器时，将液压连接器左端与试验接头用螺纹连接，将液压连接器右端采用H4型面的锁块与水下井口头连接，然后按照上述方式1)的过程进行试验。

本发明的有益效果是，试验装置采用简支梁四点弯曲原理设计，将试件与F试验接管联接组成的刚性杆件固定在试验台托架上，两端采用铰接固定，通过试验台中部的加载液缸施加弯曲载荷，届时须保证两加载液缸到铰接端的距离相等、加载液缸输出的载荷相同就能确保两加载液缸之间的弯矩值等大，具体包括：

1)加载液缸底部的加载地梁可沿试验台托架左右移动，能满足不同长度产品的弯曲载荷试验要求。

2)试验台铰接端和加载液缸底部均采用耳座连接，试验过程中可绕销轴转动，改善了加载液缸受力工况，同时避免试件上施加附加载荷。

3)采用加载液缸活塞杆的伸、缩，可实现对产品横截面方向90度方位和270°方位竖直方向的加载。

4)在产品横截面90°方位和270°方位表面粘贴应变片的方法，检测为产品施加的弯曲载荷，以此与试验台实际测得的弯矩值进行互相验证，可最大限度保证施加弯矩的准确性。

5)铰接端采用双耳座与三耳座配合连接，配对耳座上设计有防转销轴，加载液缸与其底部双耳座之间配有防转销轴，在试验过程中不安装防转销轴，试验完成后插入防转销轴，可保证试验完成后加载液缸及铰接端耳座均保持直立状态，有利于产品的安装。

6)采用加载地梁和固定地梁的特殊结构，将弯曲载荷转化为试验台与试件自身内力，大幅降低了试验台基础建设成本。

附图说明：

图1为本发明方法的试验原理示意图；

图2为本发明方法使用的试验台主体结构示意图；

图3为液压连接器与试件(采油树、水下井口头)连接示意图；

图4为加载液缸安装示意图；

图5为铰接端耳座连接示意图；

图6为图5的侧视图。

图中，1.增压机构，2.试验台主体，3.数据采集及控制机构，4.液控机构，5.铰接环箍，6.F试验接管，7.试验台托架，8.加载环箍，9.传感器组，10.加载液缸，11.试验接头，12.液压连接器，13.水下井口头，14.双耳座，15.加载地梁，16.三耳座，17.固定地梁，18.防转销轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2、图3、图4，本发明方法利用一套试验台主体2，该试验台主体2的结构是，包括一个试验台托架7，试验台托架7的下端面通过两组固定地梁17固定在基座上，试验台托架7的下端面另外设置有两个加载地梁15，每个加载地梁15上表面设置有两个双耳座14，每个双耳座14向上与一对加载液缸10的缸体底座铰接(总共设置有四个加载液缸10)，该对加载液缸10活塞杆顶端向上与一个加载环箍8铰接，每个加载液缸10活塞杆顶端与加载环箍8连接处设置有传感器组9；试验台托架7的上端面通过两组三耳座16与铰接环箍5铰接，每边的一个铰接环箍5和加载环箍8中安装有一个F试验接管6，两个F试验接管6的前端锥孔向内分别与试验接头11及水下井口头13对接，试验接头11及水下井口头13之间连接有液压连接器12；该结构与常规的螺栓连接相比具有联接速度快，试验弯矩值大的优点；

上述试验台主体2中的四个加载液缸10及试验产品加压腔(例如液压连接器12)均与液控机构4连接，试验台主体2中的两个F试验接管6的增压室均与增压机构1连接，液控机构4、增压机构1和传感器组9均与数据采集及控制机构3连接。

参照图5、图6，每组三耳座16与铰接环箍5的铰接部位采用双销轴铰接，每个双耳座14与加载液缸10的铰接部位也采用双销轴铰接，双销轴即一根承载销轴和一根防转销轴18；相比单纯的承载销轴，防转销轴18与销孔之间的间隙更大，这种设计保证了试验完成后加载液缸10和铰接端耳座保持直立状态，而在试验时仅依靠承载销轴受力。

加载液缸10下方的加载地梁15的离地高度可调，两个加载地梁15之间的间距可调，加载地梁15与试验台托架7之间采用螺栓连接，如图2中加载地梁15下端面高于固定地梁17的地基面，通过调节加载地梁15与试验台托架7的轴向相对位置，满足不同试验对象的加载弯矩值和试件长度。

采用试验台托架7下方安装固定地梁17和加载地梁15的方式，可以将弯曲载荷转化为试验台的内力，从而大幅减少试验台基础土建建设费用。

加载液缸10与加载地梁15之间以及加载环箍8与试验台托架7之间均采用铰接，能够最大限度避免在试验过程中在试件上施加附加载荷。

F试验接管6是一个加长的杆件，其前端为锥孔结构，与被测试件套接组成杆件固定在试验台托架7上进行弯曲载荷试验，其中F为femail的缩写，即母接头的意思。

本发明方法的试验原理是，

将试验产品两端与F试验接管6连接组成刚性杆件安装在试验台托架7上，杆件两端采用加载环箍8及铰接环箍5与试验台托架7连接，两边的铰接环箍5抱紧F试验接管6固定不动，两个加载环箍8抱紧F试验接管6后分别与两对加载液缸10连接，通过两对加载液缸10活塞杆的伸、缩动作，为试验产品施加向上或向下的弯曲载荷，再通过数据采集及控制机构3进行处理。数据采集及控制机构3中集成了简支梁四点弯曲力学模型，能够根据输入的参数和采集到的加载液缸10载荷自动计算弯矩值，同时将试验产品本身及工装自重产生的弯矩值进行叠加处理，提高了弯矩值的准确性。同时，在试验产品截面形状变化较小部位(90°和270°方位)粘贴应变片，通过各个应变片检测的弯曲应力计算的弯矩值与控制系统界面显示的弯矩值互相验证，进一步提高了加载弯矩的准确性。试验时加载至预定弯矩值后通过增压机构1向试件内注入规定压力的试验介质，通过远程观察试件密封部位是否泄露或根据增压机构1压力下降情况，对试件在弯曲载荷作用下的密封可靠性进行测试。

本发明方法的具体试验方式为：

方式1)参照图2、图3，当试验产品为水下井口头13时，将图2中的试验接头11、液压连接器12和水下井口头13依次连接牢靠，试验接头11左端与左侧的F试验接管6套接，水下井口头13右端与右侧的F试验接管6套接，整体安装到试验台托架7上，每侧的F试验接管6通过铰接环箍5及加载环箍8固定，调整左右两侧铰接环箍5与加载环箍8的距离相等，通过液控机构4控制液压连接器12锁紧水下井口头13，将加载环箍8与加载液缸10活塞杆连接，用液控机构4控制加载液缸10顶升或下拉加载环箍8，为水下井口头13施加弯曲载荷，再通过数据采集及控制机构3进行处理。

方式2)当试件为水下采油树本体时，将图2中的试验接头11替换为水下采油树本体，与液压连接器12用螺纹连接，进行试验。液压连接器12和水下井口头13不用去掉，液压连接器12作为水下井口设备中实现快速连接的装置，其左端用大直径重载螺纹与采油树本体连接，右端采用H4型面的锁块与水下井口头13连接，所以进行水下采油树本体和水下井口头13的弯曲载荷试验就需要液压连接器12进行配合安装，实现水下采油树的连接和水下井口头13的锁紧。

然后按照上述方式1)的过程进行试验。

方式3)当试件为液压连接器12时，将液压连接器12左端与试验接头11用螺纹连接，将液压连接器12右端采用H4型面的锁块与水下井口头13连接，按照图2所示状态组装，然后按照上述方式1)的过程进行试验。

本发明上述的三种方式，针对试验产品的不同设置，在联接形式上有所区别，试验程序都一样。

Claims (5)

1.一种水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，利用一套试验台主体(2)，其特征在于，包括以下试验方式：

方式1)当试验产品为水下井口头(13)时，将试验接头(11)、液压连接器(12)和水下井口头(13)依次连接牢靠，试验接头(11)左端与左侧的F试验接管(6)套接，水下井口头(13)右端与右侧的F试验接管(6)套接，整体安装到试验台托架(7)上，每侧的F试验接管(6)通过铰接环箍(5)及加载环箍(8)固定，调整左右两侧铰接环箍(5)与加载环箍(8)的距离相等，通过液控机构(4)控制液压连接器(12)锁紧水下井口头(13)，将加载环箍(8)与加载液缸(10)活塞杆连接，用液控机构(4)控制加载液缸(10)顶升或下拉加载环箍(8)，为水下井口头(13)施加弯曲载荷，再通过数据采集及控制机构(3)进行处理；

方式2)当试件为水下采油树本体时，将水下采油树本体与液压连接器(12)左端用大直径重载螺纹连接，液压连接器(12)右端采用H4型面的锁块与水下井口头(13)连接，然后按照上述方式1)的过程进行试验；

方式3)当试件为液压连接器(12)时，将液压连接器(12)左端与试验接头(11)用螺纹连接，将液压连接器(12)右端采用H4型面的锁块与水下井口头(13)连接，然后按照上述方式1)的过程进行试验。

2.根据权利要求1所述的水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，其特征在于：所述的试验台主体(2)的结构是，包括一个试验台托架(7)，试验台托架(7)的下端面通过两组固定地梁(17)固定在基座上，试验台托架(7)的下端面另外设置有两个加载地梁(15)，每个加载地梁(15)上表面设置有两个双耳座(14)，每个双耳座(14)向上与一对加载液缸(10)的缸体底座铰接，该对加载液缸(10)活塞杆顶端向上与一个加载环箍(8)铰接，每个加载液缸(10)活塞杆顶端与加载环箍(8)连接处设置有传感器组(9)；试验台托架(7)的上端面通过两组三耳座(16)与铰接环箍(5)铰接，每边的一个铰接环箍(5)和加载环箍(8)中安装有一个F试验接管(6)，两个F试验接管(6)的前端锥孔向内分别与试验接头(11)及水下井口头(13)对接，试验接头(11)及水下井口头(13)之间连接有液压连接器(12)。

3.根据权利要求书2所述的水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，其特征在于：所述的试验台主体(2)中的四个加载液缸(10)及试验产品加压腔均与液控机构(4)连接，试验台主体(2)中的两个F试验接管(6)的增压室均与增压机构(1)连接，液控机构(4)、增压机构(1)和传感器组(9)均与数据采集及控制机构(3)连接。

4.根据权利要求书2所述的水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，其特征在于：所述的每组三耳座(16)与铰接环箍(5)的铰接部位采用双销轴铰接，每个双耳座(14)与加载液缸(10)的铰接部位也采用双销轴铰接，双销轴即一根承载销轴和一根防转销轴(18)。

5.根据权利要求书2所述的水下井口设备弯曲内压复合加载试验方法，其特征在于：所述的加载液缸(10)下方的加载地梁(15)的离地高度可调，两个加载地梁(15)之间的间距可调。