CN112924309B - 一种连续油管疲劳试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连续油管疲劳试验装置及方法，试验装置包括机架、驱动机构、校直模块、第一弯曲模具、第二弯曲模具、数据采集系统以及保压装置；第一弯曲模具和第二弯曲模具与机架连接，其中，驱动机构用于使连续管样品弯曲和校直；第一弯曲模具和第二弯曲模具上均设置有一弧形面，连续管样品能分别沿着第一弯曲模具和第二弯曲模具的弧面弯曲，第一弯曲模具的弯曲半径大于第二弯曲模具的弯曲半径；本发明能有效对连续管样品进行不同弯曲半径的弯曲疲劳试验，模拟真实的弯曲工况，更加贴近实际工程需要，预测连续管的低周疲劳可能的失效情况，为连续石油管的生产和使用提供具体的依据，提高钻井、修井和采油作业的安全性和效率。

Description

一种连续油管疲劳试验装置及方法

技术领域

本发明属于管道检测试验设备领域，具体涉及一种连续油管疲劳试验装置及方法。

背景技术

连续管工作条件比较恶劣，受力状态比较复杂，在作业过程中，受到内压；连续管在起下钻过程中要经历6次弯曲-拉直过程，分别通过滚筒、鹅颈管，导致连续管作业过程中的循环弯曲疲劳作用导致失效；深入认识和预测连续管的低周疲劳失效情况，是连续管安全、高效地完成钻井、修井和采油等作业的基础前提。对提高连续管的使用寿命，指导连续管的选择和应用管理，以及连续管作业技术的推广应用都具有重要意义。

通常连续管滚筒直径和鹅颈管直径是不同的，所以在起下钻过程中，连续管受到的弯曲载荷是不同的，现有疲劳试验装置只针对单一弯曲直径，显然不能准确反映连续管的性能。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种连续管试验装置及方法，可实现连续管在工作内压下，在通过滚筒、鹅颈管时发生的低周疲劳模拟，并针对现有连续管疲劳试验针对单一弯曲直径的弊端。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种连续油管疲劳试验装置，包括机架、驱动机构、校直模块、第一弯曲模具、第二弯曲模具、压力传感器、拉力传感器以及保压装置；第一弯曲模具和第二弯曲模具设置在机架上，机架上设置有固定连续管样品的紧固装置，其中，驱动机构的输出端作用于连续管样品的自由端；第一弯曲模具和第二弯曲模具上均设置有一弧形面，连续管样品能分别沿着第一弯曲模具和第二弯曲模具的弧面弯曲，第一弯曲模具的弯曲半径大于第二弯曲模具的弯曲半径；校直模块紧贴紧固装置竖直设置，校直模块用于对连续管样品校直；保压装置用于对连续管样品保持设定压力，压力传感器和拉力传感器设置在驱动机构输出部上，压力传感器和拉力传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接驱动机构的控制信号输入端。

所述紧固装置包括套管，套管的管壁上沿径向设置紧固螺栓，套管与机架连接，紧固螺栓用于将连续管样品与套管紧固。

第一弯曲模具和第二弯曲模具与机架可滑动连接。

所述校直模块、紧固装置和驱动机构设置在一个转盘上，所述转盘与机架转动连接。

驱动机构输出部连接有滚轮组件，滚轮组件包括两个滚轮，滚轮中部为弧形面，两个滚轮之间设置有连续管样品穿过的通道。

驱动机构包括液压油缸，液压油缸的输出端与滚轮组件连接，第一弯曲模具以及第二弯曲模具的上方设置有导轨，导轨上设置滑块，滚轮组件设置在滑块上；导轨与水平面之间设有一夹角。

保压装置采用增压泵，增压泵通过液压管连通连续管样品的固定端，增压泵入口连通水源。

采用本发明所述连续油管疲劳试验装置的试验方法，

连续管样品与机架连接后，使用保压装置向连续管样品施加内压，开启驱动机构，驱动机构的输出端带动连续管样品上端的滚轮，对连续管样品施加拉力或推力使其沿着第一弯曲模具弯曲或第二弯曲模具弯曲，完成一次弯曲之后再经过校直模块回复至校直状态；连续管样品在驱动机构的驱动下在第一弯曲模具弯曲或/和第二弯曲模具弯曲与校直模块之间往复动作。

向连续管样品注入清水，达到设定压力后通过增压泵保持压力，整个试验过程中采集弯曲次数、连续管样品受到的应力。

移动第一弯曲模具和第二弯曲模具或转动驱动机构和紧固装置，反复对连续管样品进行弯曲。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明能有效对连续管样品进行不同弯曲半径的弯曲疲劳试验，模拟真实的弯曲工况，更加贴近实际工程需要，预测连续管的低周疲劳可能的失效情况，为连续石油管的生产和使用提供具体的依据，提高钻井、修井和采油作业的安全性和效率。

进一步的，驱动机构输出部设置有滚轮组件，滚轮中部为弧形面，滚轮之间设置有连续管样品穿过的通道，降低连续管样品在弯曲过程中驱动机构输出部的摩擦力，使驱动过程更容易。

进一步的，第一弯曲模具和第二弯曲模具与机架可滑动连接，能使得第一弯曲模具和第二弯曲模具能够对连续管样品的同一弯曲接触区域，提高测试试验的准确性。

进一步的，所述紧固装置和驱动机构设置在一个转盘上，所述转盘与机架转动连接；能使连续管样品的同一弯曲接触区域分别沿着第一弯曲模具和第二弯曲模具弯曲，提高测试试验的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明一种可实施的结构示意图。

图3为本发明另一种可实施的结构示意图。

图4为本发明在图2所示实施结构基础上的优化结构示意图。

图5为本发明出示第二弯曲模块实施的结构示意图。

图6为本发明所述滚轮结构示意图。

附图中，1-连续管样品，2-机架，3-校直模块，4-第一弯曲模具，5-第二弯曲模具，6-增压泵，7-液压管，8-滚轮，9-驱动机构输出部，10-导轨，11-液压油缸，12-套管。

具体实施方式

下面结合附图以及具体的实施方式对本发明进行详细阐述。

图1和图2所示，连续管疲劳试验装置，包括机架2、驱动机构、校直模块3、第一弯曲模具4、第二弯曲模具5、压力传感器、拉力传感器以及保压装置；第一弯曲模具4和第二弯曲模具5设置在机架2上，机架2上设置有固定连续管样品的紧固装置，其中，驱动机构的输出端作用于连续管样品1的自由端；第一弯曲模具4和第二弯曲模具5上均设置有一弧形面，连续管样品1能分别沿着第一弯曲模具4和第二弯曲模具5的弧面弯曲，第一弯曲模具4的弯曲半径大于第二弯曲模具5的弯曲半径；校直模块3紧贴紧固装置竖直设置，校直模块3用于对连续管样品1校直；保压装置用于对连续管样品保持设定压力，压力传感器和拉力传感器设置在驱动机构输出部9上，压力传感器和拉力传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接驱动机构的控制信号输入端。

校直模块3、第一弯曲模具4和第二弯曲模具5均为实心的钢制模具，校直模块3竖直设置，校直模块用于对连续管样品1校直，校直模块的校直面沿竖直方向，校直模块上开设竖直方向的凹槽。

所述紧固装置包括套管，套管12的管壁上沿径向设置紧固螺栓，套管12与机架2连接，紧固螺栓用于将连续管样品1与套管12紧固。

还包括控制系统和数据采集系统，数据采集系统连接控制系统；控制系统用于控制驱动机构动作、控制保压装置的开启和关停以及接收和存储数据采集系统的数据，数据采集系统包括设置在驱动机构输出端处的压力和拉力传感器，所述传感器连接控制系统。

第一弯曲模具4和第二弯曲模具5与机架2可滑动连接；作为可选的实施例，第一弯曲模具4和第二弯曲模具5的底部与机架可滑动连接，具体的，机架2上设置弧形移动轨迹的T型槽，所述T性槽上设置有紧固螺栓，第一弯曲模具4和第二弯曲模具5的底端设置有T型滑块，所述T型滑块可滑动得设置在T型滑槽中，在需要固定时，采用紧固螺栓紧固；使得第一弯曲模具4和第二弯曲模具5能够对连续管样品的同一弯曲接触区域，提高测试试验的准确性；参考图5和图4。

所述紧固装置和驱动机构设置在一个转盘上，所述转盘与机架2转动连接，机架2上设置有转盘，转盘底部设置回转支承，驱动机构的底部与转盘采用连接螺栓连接紧固，固定装置可以与转盘固定连接，使得驱动机构整体能够转动，能使连续管样品的同一弯曲接触区域分别沿着第一弯曲模具4和第二弯曲模具5弯曲，提高测试试验的准确性。

机架2上设置有固定连续管样品的固定装置，所述固定装置包括套管，套管的圆周方向上设置紧固螺栓，套管与机架2固定连接，紧固螺栓用于将连续管样品1与套管紧固。

第一弯曲模具4和第二弯曲模具5的弧面上设置有凹槽，连续管样品1沿着所述凹槽弯曲。

连续管样品1的上部两侧设置有一组滚轮，驱动机构的输出端与滚轮轴固定连接。

驱动机构为包括传动力臂、驱动电机、减速机、主动齿轮以及从动齿轮，驱动电机的输出端连接减速机，减速机的输出端连接主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮相互啮合，从动齿轮与传动力臂的下端固定连接；传动力臂与机架2铰接。

参考图3和图6驱动机构包括液压油缸11，液压油缸11的输出端与滑块铰接，第一弯曲模具4以及第二弯曲模具5的上方设置有导轨10，导轨10上设置滑块，两个滚轮轴与滑块连接，滚轮轴上设置滚轮8；导轨10与水平面之间有一夹角。

保压装置采用增压泵6，增压泵6通过液压管7连接连续管样品1的一端，连续管样品1另一端密封。

作为可选的实施例，液压油缸11的输出端与液压油缸11的输出端与滑块铰接，滑块上设置滚轮轴，两个滚轮轴与滑块连接，滚轮轴上设置滚轮8，连续管样品1的上端穿过滚轮8之间的通道。

驱动机构、校直模块、第一弯曲模具4以及第二弯曲模具5均与机架2连接，机架2上还设置有导轨10，导轨10上设置有导轨滑块，所述导轨滑块与驱动机构的输出端连接，导轨滑块上设置滚轮轴。

工作过程简述：连续管样品1通过固定装置固定在机架2上，连续管样品1的上端焊接带螺纹堵头用于注水加压，连续管样品1的下端焊接螺纹堵头，并通过丝扣与压力管线连接增压泵6，手动向连续管样品1中注入清水，达到设定压力后通过增压泵6保持压力，连续管样品1上端放入驱动机构输出部9前的圆形导向装置，对驱动机构输出部9施加水平的位移或载荷，第一弯曲模具4和第二弯曲模具5以连续管试样直立位置为中心小角度错开布置，通过计算机及电控装置控制作动筒9牵动连续管样品1沿第一弯曲模具4…校直模块…第二弯曲模具5…校直模块之间来回摆动，同时自定义弯曲-校直的加载顺序，测量连续管样品1单独通过滚筒或鹅颈管时的低周疲劳，也可实现对连续管起下钻过程依次通过滚筒、鹅颈管的低周疲劳模拟。

第一弯曲模具4外径Φ1219mm、第二弯曲模具外径Φ1828mm，增压泵6最大压力80Mpa、作动筒最大载荷±50KN、堵头M6、增压泵油管20米。

Claims (6)

1.一种连续油管疲劳试验装置，其特征在于，包括机架（2）、驱动机构、校直模块（3）、第一弯曲模具（4）、第二弯曲模具（5）、压力传感器、拉力传感器以及保压装置；第一弯曲模具（4）和第二弯曲模具（5）设置在机架（2）上，机架（2）上设置有固定连续管样品的紧固装置，其中，驱动机构的输出端作用于连续管样品（1）的自由端；第一弯曲模具（4）和第二弯曲模具（5）上均设置有一弧形面，连续管样品（1）能分别沿着第一弯曲模具（4）和第二弯曲模具（5）的弧面弯曲，第一弯曲模具（4）的弯曲半径大于第二弯曲模具（5）的弯曲半径；校直模块（3）紧贴紧固装置竖直设置，校直模块（3）用于对连续管样品（1）校直；保压装置用于对连续管样品保持设定压力，压力传感器和拉力传感器设置在驱动机构输出部（9）上，压力传感器和拉力传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接驱动机构的控制信号输入端；所述紧固装置包括套管，套管（12）的管壁上沿径向设置紧固螺栓，套管（12）与机架（2）连接，紧固螺栓用于将连续管样品（1）与套管（12）紧固；所述校直模块（3）、紧固装置和驱动机构设置在一个转盘上，所述转盘与机架（2）转动连接；第一弯曲模具（4）和第二弯曲模具（5）与机架（2）可滑动连接；机架（2）上设置弧形移动轨迹的T型槽，所述T型 槽上设置有紧固螺栓，第一弯曲模具（4）和第二弯曲模具（5）的底端设置有T型滑块，所述T型滑块可滑动得设置在T型滑槽中。

2.根据权利要求1所述的连续油管疲劳试验装置，其特征在于，驱动机构输出部（9）连接有滚轮组件，滚轮组件包括两个滚轮（8），滚轮（8）中部为弧形面，两个滚轮（8）之间设置有连续管样品（1）穿过的通道。

3.根据权利要求2所述的连续油管疲劳试验装置，其特征在于，驱动机构包括液压油缸（11），液压油缸（11）的输出端与滚轮组件连接，第一弯曲模具（4）以及第二弯曲模具（5）的上方设置有导轨（10），导轨（10）上设置滑块，滚轮组件设置在滑块上；导轨（10）与水平面之间设有一夹角。

4.根据权利要求1所述的连续油管疲劳试验装置，其特征在于，保压装置采用增压泵（6），增压泵（6）通过液压管（7）连通连续管样品（1）的固定端，增压泵（6）入口连通水源。

5.采用权利要求1~4中任一项所述的连续油管疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，

连续管样品（1）与机架（2）连接后，使用保压装置向连续管样品施加内压，开启驱动机构，驱动机构的输出端带动连续管样品（1）上端的滚轮（8），对连续管样品（1）施加拉力或推力使其沿着第一弯曲模具（4）弯曲或第二弯曲模具（5）弯曲，完成一次弯曲之后再经过校直模块回复至校直状态；连续管样品（1）在驱动机构的驱动下在第一弯曲模具（4）弯曲或/和第二弯曲模具（5）弯曲与校直模块之间往复动作；移动第一弯曲模具（4）和第二弯曲模具（5）或转动驱动机构和紧固装置，反复对连续管样品（1）进行弯曲。

6.根据权利要求5所述的连续油管疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，向连续管样品（1）注入清水，达到设定压力后通过增压泵保持压力，整个试验过程中采集弯曲次数、连续管样品（1）受到的应力。

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