CN110440999B - 一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置 - Google Patents

一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110440999B
CN110440999B CN201910724806.8A CN201910724806A CN110440999B CN 110440999 B CN110440999 B CN 110440999B CN 201910724806 A CN201910724806 A CN 201910724806A CN 110440999 B CN110440999 B CN 110440999B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydraulic
oil pipe
oil
pipe sample
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910724806.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110440999A (zh
Inventor
刘书杰
樊建春
文敏
张兴全
任美鹏
曹砚锋
杨向前
韩婷
刘向华
邱浩
王彬
田春萌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Research Center of CNOOC China Ltd
CNOOC China Ltd
Original Assignee
Beijing Research Center of CNOOC China Ltd
CNOOC China Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Research Center of CNOOC China Ltd, CNOOC China Ltd filed Critical Beijing Research Center of CNOOC China Ltd
Priority to CN201910724806.8A priority Critical patent/CN110440999B/zh
Publication of CN110440999A publication Critical patent/CN110440999A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110440999B publication Critical patent/CN110440999B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/22—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators
    • G01M3/222—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves; for welds; for containers, e.g. radiators for tubes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations
    • G01M3/243—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations for pipes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
    • G01M3/2815—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes using pressure measurements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，该试验装置包括支架；支架包括底座、液压端支架座、固定端支架座和固定支架座，底座顶部两侧分别设置有液压端支架座和固定端支架座；液压端支架座上设置有液压拉伸装置，固定端支架座上设置有气源接口，气源接口连接气源加压设备；液压拉伸装置固定连接待测油管试样一端，待测油管试样另一端固定连接气源接口；底座上还设置有振动加载装置；控制系统分别电连接液压拉伸装置、振动加载装置、第一压力传感器、第二压力传感器、频率传感器、位移传感器、温度传感器和加热器，本发明可以广泛应用于高温高压油气井油套管气密封检测领域中。

Description

一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置
技术领域
本发明是关于一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，属于高温高压油气井油套管气密封检测领域。
背景技术
近年来，随着技术的进步及发展，海上高温高压油气井实现勘探、开发及投产。高温高压油气井多采用连接强度及密封性能较好的特殊螺纹油套管，尽管如此，由于高温高压油气井条件极为苛刻复杂，特殊螺纹油套管接头往往承受多种载荷，直接影响其连接及密封性能。特殊螺纹油套管接头采用金属面与面的接触密封方式，保证面与面之间足够的接触应力是实现密封的关键。油套管下井后，由于自身重量等原因，受到较大得轴向力。轴向拉力过大，螺纹会发生脱扣，密封面处间隙增大，接触应力减小，导致密封失效；轴向压力增大，油套管发生屈曲变形，变形段产生弯曲载荷，影响油套管接头连接及密封性能；油套管柱承受管道内液、气体所产生的压力，压力大于密封面接触应力，导致密封失效；此外，高温环境影响油套管接头使用强度，油套管接头密封面及台肩面接触应力随温度变化有所改变，影响密封可靠性。
油套管螺纹连接部位是最为脆弱的部分，其可靠性对油套管的完整性影响较大，因此，对于油套管连接密封可靠性的研究是极为重要的。目前，针对油套管连接密封性的理论研究包括解析法和有限元法。研究学者利用有限元法模拟井下复杂工况，探究不同工况下油套管接头连接及密封性能，为特殊螺纹油套管接头的选择及使用提供参考，但是缺乏有效的试验论证；针对油套管连接密封性的试验研究主要为全尺寸试验法，是评价油套管接头性能的主要方法，包括气密封和水密封测试，主要是在接头部位粘贴应变片，探究不同载荷工况下接头应力场分布等；油套管密封可靠性除受到井下复杂载荷工况及环境的影响，油套管加工质量、运输、上扣质量、螺纹脂的使用也是主要影响因素，因此油套管上扣后下井前对其进行密封性检测可以有效排除这些因素的影响，常用于油套管井口气密封检测的装置为氦气密封检测装置，通过在管内侧使用封隔器形成密闭空间充入足够压力的氦气，于外侧检测氦气泄漏，该方法能够有效检测密封性能，但是依然无法避免油套管下井后仍发生泄漏的情况，无法检测出螺纹及密封接触面处接触应力的变化，无法判断上扣是否合格，不能保证油套管密封面接触应力在井下承受复杂载荷时仍能达到密封效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时监测不同载荷工况下油套管螺纹及及密封接触面处接触应力变化的动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，该试验装置包括支架、液压拉伸装置、气源加压设备、振动加载装置、频率传感器、位移传感器、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和控制系统；所述支架包括底座、液压端支架座、固定端支架座和固定支架座，所述底座的顶部两侧分别设置有所述液压端支架座和固定端支架座；所述液压端支架座上设置有液压拉伸装置，所述固定端支架座上设置有气源接口，所述气源接口连接所述气源加压设备；所述液压拉伸装置固定连接待测油管试样的一端，所述待测油管试样的另一端固定连接所述气源接口；位于所述液压端支架座与所述固定端支架座之间，所述底座的顶部还设置有两用于支撑所述待测油管试样的所述固定支架座；所述底座上还设置有所述振动加载装置，所述振动加载装置的输出轴固定连接调节板，所述调节板夹设固定所述待测油管试样的连接部位；所述液压拉伸装置的出油口处设置有用于采集所述液压拉伸装置输出压力的所述第一压力传感器，所述气源接口处设置有用于采集所述气源加压设备气源输出压力的所述第二压力传感器；所述待测油管试样上设置有所述频率传感器、位移传感器、温度传感器和加热器，所述频率传感器用于采集所述待测油管试样的振动频率，所述位移传感器用于采集所述待测油管试样的振动位移量，所述温度传感器用于采集所述待测油管试样连接部位的表面温度，所述加热器用于为所述待测油管试样进行加热；所述控制系统分别电连接所述液压拉伸装置、振动加载装置、第一压力传感器、第二压力传感器、频率传感器、位移传感器、温度传感器和加热器。
进一步，所述液压拉伸装置包括试样连接头和液压拉伸器，其中，所述试样连接头包括连接螺杆、连接法兰、套筒法兰和螺纹堵头，所述液压拉伸器包括液压锁紧螺母、快速接头、液压油管和液压泵；所述连接螺杆插设固定在所述液压端支架座上，所述连接螺杆的一端固定连接所述连接法兰，所述连接法兰固定连接所述套筒法兰，所述套筒法兰内设置有用于连接所述待测油管试样的所述螺纹堵头；所述连接螺杆的另一端固定连接所述液压锁紧螺母，所述液压锁紧螺母通过快速接头连接所述液压油管，所述液压油管连接所述液压泵；所述液压泵还电连接所述控制系统。
进一步，所述振动加载装置包括变频电机、减速箱、单拐曲轴连杆装置、曲轴箱和活动支座，其中，所述变频电机、减速箱和曲轴箱均固定设置在所述底座上；所述变频电机的主轴连接所述减速箱的输入轴，所述减速箱的输出轴连接所述单拐曲轴连杆装置的输入轴，所述单拐曲轴连杆装置设置在所述曲轴箱内；所述调节板上设置有两试样夹装装置；两所述活动支座固定设置在所述调节板上，用于连接所述试样夹装装置；所述单拐曲轴连杆装置的输出轴分别连接两所述试样夹装装置；所述变频电机还电连接所述控制系统。
进一步，所述单拐曲轴连杆装置包括机架、曲拐轴、曲拐轴固定组件、连杆、十字头装置、过渡杆和伸缩杆，其中，所述曲拐轴固定组件包括挡板、轴承套、圆锥滚子轴承和轴承密封垫圈；所述机架的底部与所述底座固定连接，所述机架的顶部中心设置有所述曲拐轴，所述机架的顶部两侧分别设置有所述挡板，两所述挡板的内侧分别设置有所述轴承套，两所述轴承套内分别设置有所述圆锥滚子轴承，所述曲拐轴的两端分别活动插设一所述圆锥滚子轴承内，两所述圆锥滚子轴承与所述曲拐轴之间分别设置有所述轴承密封垫圈；所述连杆的一端固定连接所述曲拐轴的中部，所述连杆的另一端固定连接所述十字头装置的一端，所述十字头装置的另一端通过所述过渡杆连接所述伸缩杆的一端，所述伸缩杆的另一端固定连接所述调节板。
进一步，所述曲拐轴包括主轴、橡胶密封圈、偏心轮和偏心轮轴套；所述主轴上从左向右依次套设固定所述橡胶密封圈、偏心轮和偏心轮轴套，所述偏心轮和偏心轮轴套与所述主轴之间设置有键；所述偏心轮固定连接所述连杆的一端。
进一步，所述振动加载装置的一侧设置有用于为所述振动加载装置润滑的润滑油泵。
进一步，所述控制系统内设置有参数设定模块、变频控制器、润滑控制模块、液压伺服控制器、温度控制器和压力控制器；所述参数设定模块用于预先设定所述变频电机的频率参数、所述液压拉伸装置的输出压力、所述加热器的加热温度和所述气源加压设备的输出压力；所述变频控制器用于根据预先设定的频率参数，通过所述变频电机控制所述单拐曲轴连杆装置的转速，进而控制所述待测油管试样振动的频率和幅度；所述润滑控制模块用于控制所述润滑油泵的开启或关闭；所述液压伺服控制器用于根据所述第一压力传感器采集的输出压力和预先设定的输出压力，控制所述液压拉伸装置的输出压力，进而控制施加于所述待测油管试样的拉力；所述温度控制器用于根据所述温度传感器采集的温度和预先设定的温度，控制所述加热器的加热温度，进而控制所述待测油管试样连接部位的温度；所述压力控制器用于根据所述第二压力传感器采集的输出压力和预先设定的输出压力，控制所述气源加压设备的输出压力，进而控制所述待测油管试样内的气体压力。
进一步，所述待测油管试样的连接部位设置有氮气泄漏检测器，用于实时监测所述待测油管试样连接部位的气体泄漏情况。
进一步，所述待测油管试样的连接部位设置有磁声复合检测装置，用于检测所述待测油管试样连接部位螺纹及密封面的接触应力变化。
进一步，该试验装置设置在一水泥基座上；该试验装置的外侧套设有双层钢板防爆罩，所述双层钢板防爆罩内设置有防爆灯和防爆摄像头。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有液压拉伸装置、气源加压设备、振动加载装置和各类传感器，能够满足常用油管的动载密封性能检测，可以根据实际工况模拟振动、弯曲、拉伸、温度、压力等多种载荷工况，通过控制系统定量控制施加载荷参数，可以模拟单一载荷工况或多种载荷共同作用下，油套管接头密封性能的测试。2本发明由于设置有氮气泄漏检测器和磁声复合检测装置，能够评定待测油管试样连接部位的密封性能及连接性能，可以模拟油套管应力应变测试及磁声复合密封性测试等，其中，磁声复合密封性测试为磁记忆检测技术和超声检测技术的组合，可用于对油套管密封性的检测，在此应用以判断其检测实用性，因此，本发明能够实现振动、拉伸、高温、高压多种载荷条件下油套管密封性能测试评定，为管柱设计选型及完整性管理提供基础依据，可以广泛应用于高温高压油气井油套管气密封检测领域中。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明中底座的结构示意图；
图4是本发明中液压拉伸装置的结构示意图；
图5是本发明中单拐曲轴连杆装置的结构示意图；
图6是本发明中曲拐轴的结构示意图；
图7是本发明中试样夹装装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1、图2所示，本发明提供的动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置包括支架1、液压拉伸装置2、第一试样夹装装置3、第二试样夹装装置4、振动加载装置5、调节板6、第一压力传感器、第二压力传感器、频率传感器、位移传感器、温度传感器和控制系统，其中，支架1包括底座1-1、液压端支架座1-2、固定端支架座1-3和固定支架座1-4。
底座1-1的顶部一侧设置有液压端支架座1-2，液压端支架座1-2上设置有液压拉伸装置2，底座1-1的顶部另一侧设置有固定端支架座1-3，固定端支架座1-3上设置有气源接口。液压拉伸装置2固定连接待测油管试样7的一端，待测油管试样7的另一端固定连接气源接口，待测油管试样7是由第一油管试样7-1和第二油管试样7-2通过接箍7-3固定连接而成，液压拉伸装置2用于对待测油管试样7施加拉力，气源接口用于通过气源加压设备向待测油管试样7内通入氮气等气体。
位于液压端支架座1-2与固定端支架座1-3之间，底座1-1的顶部还设置有两固定支架座1-4，每一固定支架座1-4上均设置有第一试样夹装装置3，试样夹装装置套设并支撑待测油管试样7。底座1-1上还设置有振动加载装置5，振动加载装置5的输出轴固定连接调节板6，调节板6上设置有两第二试样夹装装置4，两第二试样夹装装置4夹设固定待测油管试样7接箍7-3的两侧，振动加载装置5用于控制待测油管试样7的振动频率和幅度，两个第一试样夹装装置3和两个第二试样夹装装置4设置在待测油管试样7的四个位置，以形成四点弯曲振动。
液压拉伸装置2的出油口处设置有第一压力传感器，用于采集液压拉伸装置2的输出压力。气源接口处设置有第二压力传感器，用于采集气源加压设备的输出压力。待测油管试样7上设置有频率传感器、位移传感器、温度传感器和陶瓷电加热器，位移传感器与接箍7-3的轴向中面对齐，频率传感器用于采集待测油管试样7的振动频率，位移传感器用于采集待测油管试样7的振动位移量，温度传感器用于采集待测油管试样7连接部位的表面温度，陶瓷电加热器用于为待测油管试样7进行加热。
液压拉伸装置2、振动加载装置5、第一压力传感器、第二压力传感器、频率传感器、位移传感器、温度传感器和陶瓷电加热器还分别电连接控制系统。
在一个优选的实施例中，如图3所示，底座1-1是由纵梁1-1-1、横梁1-1-2、支撑梁1-1-3、筋板1-1-4和底板1-1-5固定而成的箱体支撑结构。底座1-1的顶部两侧分别固定连接一垫板1-5，两垫板1-5的顶部分别固定连接液压端支架座1-2和固定端支架座1-3。两固定支架座1-4的底板分别与一筋板1-1-4固定连接。
在一个优选的实施例中，如图2所示，液压拉伸装置2包括试样连接头2-1和液压拉伸器2-2，其中，如图4所示，试样连接头2-1包括连接螺杆2-1-1、连接法兰2-1-2、套筒法兰2-1-3和螺纹堵头2-1-4，液压拉伸器2-2包括液压锁紧螺母、快速接头、液压油管和液压泵。连接螺杆插设固定在液压端支架座1-2上，连接螺杆2-1-1的一端设置有连接法兰2-1-2，连接法兰2-1-2通过若干双头螺栓2-1-5连接套筒法兰2-1-3，套筒法兰2-1-3内设置有螺纹堵头2-1-4，螺纹堵头2-1-4用于连接待测油管试样7。连接螺杆2-1-1的另一端固定连接液压锁紧螺母，液压锁紧螺母通过快速接头连接液压油管，液压油管连接液压泵，液压泵通过液压油管对连接螺杆施加拉力，液压锁紧螺母紧固，试样连接头2-1承受拉力，从而实现对待测油管试样7的拉伸。液压泵还电连接控制系统。
在一个优选的实施例中，如图2、图5所示，振动加载装置5包括变频电机5-1、减速箱5-2、单拐曲轴连杆装置5-3、曲轴箱5-4和活动支座5-5，其中，变频电机5-1、减速箱5-2和曲轴箱5-4均焊接固定在底座1-1上。变频电机5-1的主轴通过联轴器连接减速箱5-2的输入轴，减速箱5-2的输出轴通过联轴器连接单拐曲轴连杆装置5-3的输入轴，单拐曲轴连杆装置5-3设置在曲轴箱5-4内。两活动支座5-5通过螺栓设置在调节板6上，用于连接第二试样夹装装置4。单拐曲轴连杆装置5-3的输出轴分别连接调节板6上的两第二试样夹装装置4(如图5所示，单拐曲轴连杆装置5-3的输出轴端部为伸缩杆5-3-7，环向设置6组通孔，与调节板6的中部环向6组通孔对应，通过6组螺栓5-3-10连接)，变频电机5-1电连接控制系统，变频电机5-1用于控制单拐曲轴连杆装置5-3中曲拐轴5-3-2的转动速度，进而通过第二试样夹装装置4控制待测油管试样7的振动频率。
在一个优选的实施例中，如图5所示，单拐曲轴连杆装置5-3包括机架5-3-1、曲拐轴5-3-2、曲拐轴固定组件5-3-3、连杆5-3-4、十字头装置5-3-5、过渡杆5-3-6和伸缩杆5-3-7，其中，机架5-3-1的底部与底座1-1焊接固定，曲拐轴固定组件5-3-3包括挡板、轴承套5-3-8、圆锥滚子轴承5-3-9和轴承密封垫圈。机架5-3-1的顶部中心设置有曲拐轴5-3-2，机架5-3-1的顶部两侧分别设置有一挡板，两挡板的内侧分别设置有轴承套5-3-8，两轴承套5-3-8内分别设置有圆锥滚子轴承5-3-9，曲拐轴5-3-2的两端分别活动插设一圆锥滚子轴承5-3-9内，两圆锥滚子轴承5-3-9与曲拐轴5-3-2之间分别设置有轴承密封垫圈。连杆5-3-4的一端固定连接曲拐轴5-3-2的中部，连杆5-3-4的另一端固定连接十字头装置5-3-5的一端，十字头装置5-3-5的另一端通过过渡杆5-3-6连接伸缩杆5-3-7的一端，伸缩杆5-3-7的另一端固定连接调节板6，过渡杆5-3-6与伸缩杆5-3-7之间采用卡箍连接，伸缩杆5-3-7与调节板6之间采用螺栓5-3-10连接。
在一个优选的实施例中，如图6所示，曲拐轴5-3-2包括主轴5-3-11、液压气动用O型橡胶密封圈5-3-12、偏心轮5-3-13和偏心轮轴套5-3-14，单拐曲轴连杆装置5-3通过更换不同偏心距的偏心轮5-3-13，可以改变振动幅度。主轴5-3-11上从左向右依次套设固定液压气动用O型橡胶密封圈5-3-12、偏心轮5-3-13和偏心轮轴套5-3-14，偏心轮5-3-13和偏心轮轴套5-3-14与主轴5-3-11之间设置有键5-3-15。偏心轮5-3-13通过紧定螺栓5-3-16连接连杆5-3-4的一端。变频电机5-1控制主轴5-3-11转动，偏心轮5-3-13跟随转动，使得连杆5-3-4相对地面前后运动，并带动调节板6相对地面前后运动。其中，根据需求，可更换不同偏心距的偏心轮5-3-13改变振幅，本发明实施例设置有10mm、8mm和5mm三种偏心距的偏心轮5-3-13。
在一个优选的实施例中，如图7所示，第一试样夹装装置3和第二试样夹装装置4均包括下夹头3-1和上夹头3-2，其中，下夹头3-1的底部两侧通过螺栓与活动支座5-5或固定支架座1-4连接，下夹头3-1的顶部两侧和上夹头3-2的顶部两侧分别设置有通孔，下夹头3-1上的通孔与对应上夹头3-2上的通孔通过螺栓固定连接，待测油管试样7夹设固定在下夹头3-1与上夹头3-2之间。
在一个优选的实施例中，如图2所示，振动加载装置5一侧还设置有润滑油泵8，用于为振动加载装置5润滑。单拐曲轴连杆装置5-3的曲轴箱5-4内充满润滑油，润滑油泵8的进油管连接曲轴箱5-4侧板的出油口过滤器上，润滑油泵8的出油管连接分流器，分流器管线连接振动加载装置5的各润滑处，通过运行润滑油泵8，实现单拐曲轴连杆5-3-4结构各轴承轴瓦的循环润滑。
在一个优选的实施例中，待测油管试样7的接箍7-3处设置有氮气泄漏检测器，用于实时监测待测油管试样7连接部位的氮气泄漏情况，以作为密封性实验中密封失效的依据。
在一个优选的实施例中，待测油管试样7的接箍7-3处还设置有磁声复合检测装置，用于检测待测油管试样7连接部位螺纹及密封面的接触应力变化，以实现待测油管试样7接箍7-3处的金属磁记忆检测及超声检测。
在一个优选的实施例中，控制系统内设置有参数设定模块、变频控制器、润滑控制模块、液压伺服控制器、温度控制器和压力控制器。参数设定模块用于预先设定变频电机5-1的频率参数、液压拉伸装置2的输出压力、陶瓷电加热器的加热温度和气源加压设备的输出压力等工作参数。变频控制器用于根据预先设定的频率参数，通过变频电机5-1控制单拐曲轴连杆装置5-3的转速，进一步控制调节板6横向振动的频率、调整两活动支座5-5的距离，进而控制待测油管试样7振动的频率和幅度。润滑控制模块用于控制润滑油泵8的开启或关闭。液压伺服控制器用于根据第一压力传感器采集的输出压力和预先设定的输出压力，控制液压拉伸装置2的输出压力，进而控制施加于待测油管试样7的拉力。温度控制器用于根据温度传感器采集的温度和预先设定的温度，控制陶瓷电加热器的加热温度，进而控制待测油管试样7连接部位的温度，温度控制器还为陶瓷电加热器和温度传感器提供电源。压力控制器用于根据第二压力传感器采集的输出压力和预先设定的输出压力，控制气源加压设备的输出压力，进而控制待测油管试样7内的气体压力。
在一个优选的实施例中，本发明的试验装置设置在一水泥基座上，水泥基座的顶部通过多组地脚螺栓分别固定连接底座1-1。
在一个优选的实施例中，本发明试验装置的外侧套设有双层钢板防爆罩，双层钢板防爆罩内设置有防爆灯和防爆摄像头，使得试验人员能够远程操作，保障试验过程中试验人员的安全。
下面通过具体实施例详细说明本发明动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置的使用过程：
1)通过接箍7-3将第一油管试样7-1和第二油管试样7-2连接成一体的待测油管试样7，待测油管试样7的总长度满足试验装置的设置长度，将待测油管试样7的两端分别固定连接液压端支架座1-2和固定端支架座1-3，两固定支架座1-4上的试样夹装装置分别支撑并夹设待测油管试样7。
2)通过待测油管试样7确定单拐曲轴连杆装置5-3的纵向安装位置，再通过定位后的单拐曲轴连杆装置5-3反向安装减速箱5-2后，安装变频电机5-1。
3)本发明的试验装置能够实现拉伸、振动、温度、压力的单一或多种载荷下油管密封性能的测试，将磁声复合检测装置固定设置在待测油管试样7的接箍7-3处，实时监测待测油管试样7连接部位螺纹及密封面的应力变化，测试程序分为：
3.1)根据第二压力传感器采集的气源输出压力，通过气源加压设备经气源接口向待测油管试样7内通入气体直至气体压力达到预定值(70MPa)；通过氮气泄漏探测器监测待测油管试样7接箍7-3处的气体泄漏情况；若未泄漏，则通过磁声复合装置检测接箍7-3处螺纹及密封面的应力分布后，泄压。
3.2)根据第一压力传感器采集的液压拉伸装置2输出压力，控制系统控制液压拉伸装置2的输出压力，进一步控制施加于待测油管试样7的拉力达到预定值(600KN)；位移传感器获取待测油管试样7的振动位移量；氮气泄漏探测器监测接箍7-3处的气体泄漏情况；若未泄漏，则通过磁声复合装置检测接箍7-3处螺纹及密封面的应力分布后，泄压。
3.3)根据温度传感器获取的表面温度，控制系统通过温度控制器控制陶瓷电加热器的加热温度达到预定值(150℃)；气源加压设备经气源接口向待测油管试样7内通入气体达到不同的气体压力值(0-70MPa)后；氮气泄漏探测器监测接箍7-3处的气体泄漏情况；若未泄漏，泄压，关闭陶瓷电加热器；磁声复合装置检测接箍7-3处螺纹及密封面的应力分布。
3.4)根据第一压力传感器采集的液压拉伸装置2输出压力，控制系统控制液压拉伸装置2的输出压力，进一步控制施加于待测油管试样7的拉力达到预设的不同大小的拉力；氮气泄漏探测器监测接箍7-3处的气体泄漏情况；若未泄漏，磁声复合装置检测接箍7-3处螺纹及密封面的应力分布后，泄压。
3.5)控制系统根据预先设定的频率参数，通过变频控制器控制变频电机5-1启动，使得振动加载装置5设置待测油管试样7承受不同频率的振动(可以根据情况在试验开始前设置不同偏心距的偏心轮5-3-13，以达到所需振幅要求)；氮气泄漏探测器监测接箍7-3处的气体泄漏情况；若未泄漏，磁声复合装置检测接箍7-3处螺纹及密封面的应力分布后，控制变频电机5-1关闭，振动停止。
3.6)控制系统控制液压拉伸装置2的输出压力，进一步控制施加于待测油管试样7的拉力达到预设的不同大小的拉力；控制系统根据预先设定的频率参数，通过变频控制器控制变频电机5-1启动，使得振动加载装置5设置待测油管试样7承受不同频率的振动；氮气泄漏探测器监测接箍7-3处的气体泄漏情况；若未泄漏，磁声复合装置检测接箍7-3处螺纹及密封面的应力分布后，泄压。
以上为基本测试程序，程序中3.1)和3.2)为必要环节，若在预设气体压力及拉力载荷下待测油管试样7的密封失效，则认为是待测油管试样7的上扣不达要求或油管材料强度不达要求；程序3.1)和3.2)下由氦气泄漏探测器监测连接部位气体泄漏情况，并未泄漏，进行程序3.3)、3.4)和3.5)，程序3.4)和3.5)分别为拉伸载荷、振动载荷下油管试样密封性测试，此时气源压力预定值70MPa，温度预定值150℃，此时气体载荷与温度载荷可同时施加，即在程序中，根据气压+拉伸、气压+振动、气压+温度+振动、气压+温度+拉伸的载荷组合进行安排，也可单一施加，有温度载荷时，测量须在泄压，关闭陶瓷电加热器后进行，程序3.6)将根据程序3.4)和3.5)的测试结果设置具体载荷参数。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，该试验装置包括支架、液压拉伸装置、气源加压设备、振动加载装置、频率传感器、位移传感器、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器和控制系统；
所述支架包括底座、液压端支架座、固定端支架座和固定支架座，所述底座的顶部两侧分别设置有所述液压端支架座和固定端支架座；所述液压端支架座上设置有液压拉伸装置，所述固定端支架座上设置有气源接口，所述气源接口连接所述气源加压设备；所述液压拉伸装置固定连接待测油管试样的一端，所述待测油管试样的另一端固定连接所述气源接口；位于所述液压端支架座与所述固定端支架座之间，所述底座的顶部还设置有两用于支撑所述待测油管试样的所述固定支架座；所述底座上还设置有所述振动加载装置，所述振动加载装置的输出轴固定连接调节板，所述调节板夹设固定所述待测油管试样的连接部位；
所述振动加载装置包括变频电机、减速箱、单拐曲轴连杆装置、曲轴箱和活动支座，其中，所述变频电机、减速箱和曲轴箱均固定设置在所述底座上；
所述变频电机的主轴连接所述减速箱的输入轴，所述减速箱的输出轴连接所述单拐曲轴连杆装置的输入轴，所述单拐曲轴连杆装置设置在所述曲轴箱内；所述调节板上设置有两试样夹装装置；两所述活动支座固定设置在所述调节板上，用于连接所述试样夹装装置；所述单拐曲轴连杆装置的输出轴分别连接两所述试样夹装装置；
所述液压拉伸装置的出油口处设置有用于采集所述液压拉伸装置输出压力的所述第一压力传感器，所述气源接口处设置有用于采集所述气源加压设备气源输出压力的所述第二压力传感器；所述待测油管试样上设置有所述频率传感器、位移传感器、温度传感器和加热器，所述频率传感器用于采集所述待测油管试样的振动频率，所述位移传感器用于采集所述待测油管试样的振动位移量，所述温度传感器用于采集所述待测油管试样连接部位的表面温度，所述加热器用于为所述待测油管试样进行加热；
所述控制系统分别电连接所述液压拉伸装置、变频电机、第一压力传感器、第二压力传感器、频率传感器、位移传感器、温度传感器和加热器。
2.如权利要求1所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，所述液压拉伸装置包括试样连接头和液压拉伸器，其中，所述试样连接头包括连接螺杆、连接法兰、套筒法兰和螺纹堵头，所述液压拉伸器包括液压锁紧螺母、快速接头、液压油管和液压泵；
所述连接螺杆插设固定在所述液压端支架座上，所述连接螺杆的一端固定连接所述连接法兰，所述连接法兰固定连接所述套筒法兰，所述套筒法兰内设置有用于连接所述待测油管试样的所述螺纹堵头；所述连接螺杆的另一端固定连接所述液压锁紧螺母，所述液压锁紧螺母通过快速接头连接所述液压油管，所述液压油管连接所述液压泵；
所述液压泵还电连接所述控制系统。
3.如权利要求1所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，所述单拐曲轴连杆装置包括机架、曲拐轴、曲拐轴固定组件、连杆、十字头装置、过渡杆和伸缩杆，其中，所述曲拐轴固定组件包括挡板、轴承套、圆锥滚子轴承和轴承密封垫圈；
所述机架的底部与所述底座固定连接，所述机架的顶部中心设置有所述曲拐轴，所述机架的顶部两侧分别设置有所述挡板，两所述挡板的内侧分别设置有所述轴承套，两所述轴承套内分别设置有所述圆锥滚子轴承，所述曲拐轴的两端分别活动插设一所述圆锥滚子轴承内，两所述圆锥滚子轴承与所述曲拐轴之间分别设置有所述轴承密封垫圈；
所述连杆的一端固定连接所述曲拐轴的中部，所述连杆的另一端固定连接所述十字头装置的一端，所述十字头装置的另一端通过所述过渡杆连接所述伸缩杆的一端，所述伸缩杆的另一端固定连接所述调节板。
4.如权利要求3所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，所述曲拐轴包括主轴、橡胶密封圈、偏心轮和偏心轮轴套；
所述主轴上从左向右依次套设固定所述橡胶密封圈、偏心轮和偏心轮轴套，所述偏心轮和偏心轮轴套与所述主轴之间设置有键；所述偏心轮固定连接所述连杆的一端。
5.如权利要求1所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，所述振动加载装置的一侧设置有用于为所述振动加载装置润滑的润滑油泵。
6.如权利要求3所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，所述控制系统内设置有参数设定模块、变频控制器、润滑控制模块、液压伺服控制器、温度控制器和压力控制器；
所述参数设定模块用于预先设定所述变频电机的频率参数、所述液压拉伸装置的输出压力、所述加热器的加热温度和所述气源加压设备的输出压力；
所述变频控制器用于根据预先设定的频率参数，通过所述变频电机控制所述单拐曲轴连杆装置的转速，进而控制所述待测油管试样振动的频率和幅度；
所述润滑控制模块用于控制所述润滑油泵的开启或关闭；
所述液压伺服控制器用于根据所述第一压力传感器采集的输出压力和预先设定的输出压力，控制所述液压拉伸装置的输出压力，进而控制施加于所述待测油管试样的拉力；
所述温度控制器用于根据所述温度传感器采集的温度和预先设定的温度，控制所述加热器的加热温度，进而控制所述待测油管试样连接部位的温度；
所述压力控制器用于根据所述第二压力传感器采集的输出压力和预先设定的输出压力，控制所述气源加压设备的输出压力，进而控制所述待测油管试样内的气体压力。
7.如权利要求1至6任一项所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，所述待测油管试样的连接部位设置有氮气泄漏检测器，用于实时监测所述待测油管试样连接部位的气体泄漏情况。
8.如权利要求1至6任一项所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，所述待测油管试样的连接部位设置有磁声复合检测装置，用于检测所述待测油管试样连接部位螺纹及密封面的接触应力变化。
9.如权利要求1至6任一项所述的一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置，其特征在于，该试验装置设置在一水泥基座上；该试验装置的外侧套设有双层钢板防爆罩，所述双层钢板防爆罩内设置有防爆灯和防爆摄像头。
CN201910724806.8A 2019-08-07 2019-08-07 一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置 Active CN110440999B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910724806.8A CN110440999B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910724806.8A CN110440999B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110440999A CN110440999A (zh) 2019-11-12
CN110440999B true CN110440999B (zh) 2020-11-10

Family

ID=68433687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910724806.8A Active CN110440999B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110440999B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111238741A (zh) * 2020-03-25 2020-06-05 九江心连心化肥有限公司 一种机械密封检测装置以及冲洗检测工艺
CN111737905B (zh) * 2020-07-06 2021-02-09 重庆科技学院 一种预测油井管特殊螺纹泄漏速率的方法
CN112525429A (zh) * 2020-11-10 2021-03-19 东风汽车集团有限公司 一种密封测试装置及密封测试方法
CN112393853A (zh) * 2020-11-23 2021-02-23 西北工业大学 一种液压管路质量检测方法及系统
CN113358290B (zh) * 2021-06-16 2022-05-31 马鞍山市奈特仪表科技有限公司 一种基于氦质谱检漏仪的不锈钢密封检测方法
CN113551930B (zh) * 2021-09-03 2022-08-02 贵州黔新哲米科技有限公司 一种机电设备故障检测仪
CN114459687B (zh) * 2021-12-29 2023-10-03 合肥通用机械研究院有限公司 一种油气混输多相介质泵用机械密封试验装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2304904A (en) * 1995-09-02 1997-03-26 Weatherford Oil Tool Testing threaded joints and threaded members for leaks
US6063001A (en) * 1997-04-12 2000-05-16 Franz Morat Kg (Gmbh & Co.) Gearbox assembly for deep oil well pumps
WO2015076850A1 (en) * 2013-11-25 2015-05-28 Halliburton Energy Services, Inc. Rotary steerable drilling system
CN104697713A (zh) * 2015-02-15 2015-06-10 宝鸡石油钢管有限责任公司 一种测试特殊螺纹接头密封性的试验装置及试验方法
CN106092533A (zh) * 2016-06-08 2016-11-09 西南石油大学 一种平衡式单金属密封试验装置
CN106796854A (zh) * 2014-10-16 2017-05-31 兴国英特克株式会社 流体检测装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3503379A1 (de) * 1985-02-01 1986-08-07 Moller, Falk von, Dipl.-Ing. (FH), 3100 Celle Teststopfen zur dichtigkeitspruefung der verbindungsstellen von rohren
RU2192627C1 (ru) * 2001-11-27 2002-11-10 Научно-производственное предприятие "Техмашконструкция" Способ гидравлического испытания насосно-компрессорных труб и устройство для его осуществления
AR048444A1 (es) * 2004-03-24 2006-04-26 Key Energy Services Inc Aparato y metodo para realizar pruebas hidrostaticas en lineas de produccion y de entubacion de yacimientos petroliferos
CN102455244B (zh) * 2010-11-01 2014-04-02 中国石油天然气集团公司 一种油套管接头密封检测装置
CN202158937U (zh) * 2011-06-30 2012-03-07 中国石油天然气集团公司 一种油管柱接头金属-金属密封面超声扫查装置
CN103994863A (zh) * 2013-02-20 2014-08-20 中国石油天然气集团公司 一种油套管螺纹连接气密封检测方法
CN105241612B (zh) * 2015-10-19 2017-08-15 西南石油大学 一种油管接头螺纹密封性能动态测试装置及方法
CN207081523U (zh) * 2016-12-16 2018-03-09 天津欧菲德石油管材有限公司 一种用于油套管气密封螺纹气密性检测的氮氦混气装置
CN108106847B (zh) * 2018-02-28 2024-04-30 西安科技大学 水润滑橡胶轴承性能测试试验台及其测试方法
CN109358113B (zh) * 2018-10-26 2021-07-27 中海石油(中国)有限公司 一种油管密封性井口快速检测装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2304904A (en) * 1995-09-02 1997-03-26 Weatherford Oil Tool Testing threaded joints and threaded members for leaks
US6063001A (en) * 1997-04-12 2000-05-16 Franz Morat Kg (Gmbh & Co.) Gearbox assembly for deep oil well pumps
WO2015076850A1 (en) * 2013-11-25 2015-05-28 Halliburton Energy Services, Inc. Rotary steerable drilling system
CN106796854A (zh) * 2014-10-16 2017-05-31 兴国英特克株式会社 流体检测装置
CN104697713A (zh) * 2015-02-15 2015-06-10 宝鸡石油钢管有限责任公司 一种测试特殊螺纹接头密封性的试验装置及试验方法
CN106092533A (zh) * 2016-06-08 2016-11-09 西南石油大学 一种平衡式单金属密封试验装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110440999A (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110440999B (zh) 一种动载工况下特殊螺纹油套管密封性监测的试验装置
CN107515150B (zh) 一种海洋管线力学性能综合测试实验装置
CN105241612B (zh) 一种油管接头螺纹密封性能动态测试装置及方法
US20170334048A1 (en) Bolt tensioning system
KR20150136535A (ko) 탱크, 파이프 또는 탱크 및 파이프의 세트 분리용 파이프 밀폐 장치
CN104007058A (zh) 一种便携式金属线材拉伸应力腐蚀试验装置
CN108845038B (zh) 一种阀门水压试验装置及试验方法
CN109243639B (zh) 核反应堆蒸汽发生器传热管微裂纹泄露量实验装置及方法
CN108931437A (zh) 一种压力容器管道的水压和气压检测装置
CN108181037A (zh) 一种用于油管接头螺纹紧固件的预紧力测量装置
JPS63246629A (ja) 管の継手の気密性試験装置
CN108776069A (zh) 一种压力容器的管道强度检测装置
CN105865785A (zh) 一种可施加轴向力和弯矩的回转支承疲劳试验机
CN109570984B (zh) 液压螺栓拉伸器校准仪
CN107957310B (zh) 一种用于油管接头螺纹紧固件的测量装置
NO172995B (no) Apparat til proeving av gasstettheten av roerforbindelser
CN113776948A (zh) 一种模拟内衬管均布外压屈曲失效的试验装置及方法
Urse et al. Some research results on the tightness and strength of flange joints
KR20160095350A (ko) 고무확장조인트에 대한 무브먼트 성능검사용 장치
CN107560795B (zh) 筒体密封性能检测装置
JPS6093937A (ja) 管継手用の漏れ検出装置
CN113916685B (zh) 一种管道修复效果评价系统及方法
CN207317713U (zh) 一种随动活塞拉、压偏转角度检查装置
RU216232U1 (ru) Устройство для проверки герметичности автомобильных радиаторов
CN106501073B (zh) 一种带有外部引压式压力平衡结构的加载装置及加载方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant