CN116086990A - 一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统 - Google Patents

一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统 Download PDF

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肖枭
赵金海
王国荣
魏剑飞
肖文凯
袁光杰
刘奕杉
周明海
王杰
李光耀
何玉发
谭振兴
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Abstract

本发明涉及了一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，该测试系统包括试验台架模块、简易闸板防喷器模块、钻杆夹持模块、自动悬挂模块、液压控制模块、数据采集模块、钻杆试件模块、操控交互显示模块，本发明集闸板关闭过程显示时间、关闭实时画面、油压大小为一体，具有自动吊装、夹持、剪切钻杆的功能，实现了闸板总成的剪切性能和密封性能的全面智能化测试；液压控制模块可增加钻杆内部压力、检查闸板总成关闭后的密封性，实现了闸板防喷器实际作业及部分环境工况的模拟，可较好消除外部因素带来的测试误差；简易闸板防喷器模块可安装不同型号的闸板总成、钻杆夹持模块可夹持不同尺寸的钻杆，实现不同型号的闸板总成和不同尺寸钻杆自由组合。

Description

一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统
技术领域
本发明涉及油气开采井控装备领域，具体涉及一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统。
背景技术
在钻井和测试等作业中，井控系统是及时发现和控制溢流、防止井喷、避免油气资源浪费、保护设备及人员安全的关键设备。闸板防喷器作为应对危急情况最为关键的井控设备之一，其作用是切断作业管柱并实现封井，以保证地面设备和人员安全，如“深水地平线”事故由于闸板总成密封失效,最终导致了史上最严重的井喷漏油事故。因此开展闸板总成性能测试的试验，测试半封闸板和全封闸板的密封性能、闸板总成的剪切性能和密封性能以及评价钻杆可剪性，对降低井喷事故风险具有重要的工程意义。
当前有可应用于闸板防喷器闸板总成性能测试的测试系统，但其在功能、效率等方面尚存在诸多问题，主要包括如下几方面：
(1)现有闸板防喷器闸板总成性能测试系统集成性不高，检测项目少，一次试验得到的数据有限，同一尺寸的钻杆需要多次试验才能得到较全面的数据，造成了资源的浪费和试验过程漫长；
(2)现有闸板防喷器闸板总成性能测试系统很少在模拟实际工况的条件下来剪切钻杆，没有井涌、井喷发生时钻杆内部有较大压力的情况下的剪切，没有在闸板总成关闭封井以后有压力的情况下测试闸板总成的密封性能；
(3)现有闸板防喷器闸板总成性能测试系统适配性不强，不能实现不同型号的闸板总成和不同尺寸钻杆的组合形式；
为了有效测试半封闸板和全封闸板的密封性能、闸板总成的剪切性能和密封性能以及评价钻杆可剪性，亟需发明一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，满足对于不同厂家、不同型号、不同结构、不同规格的安装，以实现对闸板防喷器闸板总成工作性能的全面、准确、高效和智能化测试与评价。
发明内容
为了满足上述要求，本发明提供了一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，本发明集成了数据采集模块和操作交互显示模块，在闸板测试的过程中能采集时间、图像、压力等信号，一次试验过程能收集比较全面的数据；本发明设置有液压控制模块，可以在为钻杆内部增压至实际工况下的压力和闸板总成关闭之后打压测试封井后的密封性能，模拟了部分实际工况下闸板防喷器闸板关闭的情形，为闸板总成、钻杆的研制提供了理论依据；本发明设置有简易闸板防喷器模块可以适配不同公司的多种型号的闸板总成，钻杆夹持模块可以夹持固定常见尺寸的钻杆，实现了不同型号的闸板总成与不同尺寸钻杆的多种试验组合。
本发明专利解决其技术问题所采用以下技术方案是：本发明涉及一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，该系统包括：试验台架模块、简易闸板防喷器模块、钻杆夹持模块、自动悬挂模块、液压控制模块、数据采集模块、钻杆试件模块、操控交互显示模块，简易闸板防喷器模块通过40颗相同的螺栓Ⅰ安装在试验台架模块的第Ⅱ层，钻杆夹持模块通过8颗相同的螺栓Ⅱ安装在简易闸板防喷器模块上部的支撑台上，自动悬挂模块安装在试验台架模块中的地面轨道上，液压控制模块安装在试验台架模块的第Ⅰ层，数据采集模块中的各类传感器安装在相应的模块上，操控交互显示模块安装在试验台架模块的第Ⅰ层，钻杆试件模块通过自动悬挂模块吊装、运移到钻杆夹持模块内，转动两个摇柄使得两个柔性夹口将钻杆试件夹持住，再将钻杆母扣堵头连接在钻杆的母扣端；试验台架模块包括地下固定锚、地面轨道、楼梯，试验台架模块分为Ⅰ、Ⅱ层，试验台架模块通过地下固定锚固定在地面保证试验台架的稳定，地面轨道供自动悬挂模块移动，楼梯连接试验台架Ⅰ、Ⅱ层；简易闸板防喷器模块包括稳定台、小型液压机、可移动夹持台、垫板、工装夹具、闸板总成、支撑台、稳定台、螺栓Ⅰ，稳定台包括套管、双头螺栓、盖板、液压管线接口Ⅰ，小型液压机包括液压管线接口Ⅱ、液压管线接口Ⅲ、活塞杆，简易闸板防喷器用于安装闸板总成，闸板总成通过自动悬挂模块吊装、运移到可移动夹持台上，安装好定制尺寸的垫板和工装夹具将闸板总成用螺栓Ⅲ固定在可移动夹持台上；钻杆夹持模块包括8颗相同的螺栓Ⅱ、两根相同的丝杆、两个相同的柔性夹口、两个相同的摇柄；自动悬挂模块包括门架、滚轮、电动葫芦、钢索挂钩、遥控器、滚轮电机，自动悬挂模块用于吊装钻杆试件、闸板总成、垫板、夹具工装等，滚轮安装在门架底部通过滚轮电机的驱动可以在地面轨道上滚动，电机葫芦安装在门架上并可以在门梁上横向移动，钢索挂钩安装在电动葫芦上，通过遥控器来控制滚轮电机来移动门架，通过遥控器控制电动葫芦的横向移动和上下移动钢索挂钩；液压控制模块包括液压泵Ⅰ、液压泵Ⅱ、液压泵Ⅲ、液压管线Ⅰ、液压管线Ⅱ、液压管线Ⅲ、液压管线Ⅳ，液压控制系统用于给钻杆内部增压、检查闸板关闭后的密封性，液压管线Ⅰ一端与液压接口Ⅰ相连，另一端与液压泵Ⅰ相连，液压管线Ⅱ一端与液压管线接口Ⅲ相连，另一端与液压泵Ⅱ相连，液压管线Ⅲ一端与液压管线接口Ⅱ相连，另一端与液压泵Ⅱ相连，液压管线Ⅳ一端与液压泵Ⅲ相连，另一端与液压管线Ⅴ相连，液压管线Ⅴ与钻杆母扣堵头相连；数据采集模块包括液压传感器Ⅰ、液压传感器Ⅱ、液压传感器Ⅲ、微型摄像头，数据采集模块用于采集闸板总成在关闭过程中的各类数据，液压传感器Ⅰ安装在液压泵Ⅰ上并用于采集液压泵Ⅰ的压力，液压传感器Ⅱ安装在液压泵Ⅱ上并用于采集液压泵Ⅱ的压力，液压传感器Ⅲ安装在液压泵Ⅲ上并用于采集液压泵Ⅲ的压力，微型摄像头安装在支撑台的底部并用于记录闸板总成关闭的整个过程；钻杆试件模块包括钻杆、液压管线Ⅴ、钻杆公扣堵头和钻杆母扣堵头，钻杆试件模块用于剪切和密封试验，钻杆公扣堵头与钻杆公扣端相连接，钻杆母扣端与钻杆母扣堵头连接，液压管线Ⅴ的一端与钻杆母扣堵头相连接，液压管线Ⅴ的另一端与液压管线Ⅳ相连接；操控交互显示模块包括数据显示屏、压力表Ⅰ、压力表Ⅱ、压力表Ⅲ、液压泵Ⅰ开关、液压泵Ⅱ开关、液压泵Ⅲ开关、电源总开关、紧急制动按钮，操控交互显示模块用于开启或关闭各类机器，数据显示屏用于显示闸板总成关闭过程时长和关闭实时画面，压力表Ⅰ用于显示液压泵Ⅰ的压力，压力表Ⅱ用于显示液压泵Ⅱ的压力，压力表Ⅲ用于显示液压泵Ⅲ的压力，液压泵Ⅰ开关用于控制液压泵Ⅰ的启停、液压泵Ⅱ开关用于控制液压泵Ⅱ的启停，液压泵Ⅲ开关用于控制液压泵Ⅲ的启停，电源总开关用于整个系统的电源启闭，紧急制动按钮用于紧急情况下对整个系统进行紧急停车。
所述的试验台架是用钢材、钢板焊接而成，拥有足够的强度和稳定性，楼梯用于连接Ⅰ、Ⅱ层便于工人上下操作，地面轨道的右端设有限位块，能够限制自动悬挂模块的最大位移。
所述的简易闸板防喷器模块中的垫板和工装夹具的尺寸需要根据被检测的闸板总成尺寸来定制相应的尺寸。
所述的两个柔性夹口用于夹持钻杆尾部的变径处，保持钻杆在试验过程中的稳定性。
所述的钻杆公扣堵头、钻杆母扣堵头需要根据不同钻杆尺寸来配备和更换。
所述的钻杆试件可以更换为同尺寸的剪切短节来进行试验。
所述的液压传感器收集压力信号并传输给压力表显示实时压力。
所述的微型摄像头可以收集闸板总成关闭过程中的图像信号并传输给数据显示器显示图像画面。
所述的可移动夹持台的底部和侧面设置有密封胶条。
所述的密封胶条能够密封两块可移动夹持台之间的缝隙、可移动夹持台与稳定台之间的缝隙、闸板总成和可移动夹持台之间的缝隙。
所述的闸板总成包括全封闸板总成、半封闸板总成、剪切闸板总成。
所述步骤是：
当需要测试某一套闸板总成(2-6)的剪切性能或密封性能；
方案A：选择闸板总成(2-6)为剪切闸板总成时；
A-S1：选择对应尺寸的钻杆(7-1)，测量剪切闸板总成相应的尺寸参数，要求两块剪切闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台(2-3)也能闭合，然后根据剪切闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板(2-4)和两个工装夹具(2-5)；
A-S2：由工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将剪切闸板、垫板(2-4)和工装夹具(2-5)吊装至试验台架模块(1)，依次安装垫板(2-4)、剪切闸板和工装夹(2-5)具到可移动夹持台(2-3)上并用螺栓Ⅲ(2-5-1)连接固定，然后遥控自动悬挂模块(4)返回原位；
A-S3：先将对应尺寸的钻杆公扣堵头(7-3)安装在钻杆(7-1)的公扣端，然后工人将钻杆(7-1)试件捆绑至钢索挂钩(4-4)上，工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将钻杆(7-1)试件从地面吊装运移至简易闸板防喷器模块(2)的上方，再操作遥控器(4-5)将钻杆(7-10试件下放至简易闸板防喷器模块(2)内，同时另一工人转动两个摇柄(3-4)将钻杆(7-1)试件的末端变径处夹紧并将钻杆母扣堵头(7-4)与钻杆(7-1)的母扣端连接，然后取下钢索挂钩(4-4)并将自动悬挂模块(4)返回原位；
A-S4：检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关(8-8)，打开液压泵Ⅲ开关(8-7)对钻杆(7-1)内部增压(模拟井喷时钻杆内部受压的情况)，增压至设定值后进行保压，随后打开液压泵Ⅱ开关(8-6)推动活塞杆(2-2-3)进而使两块剪切闸板开始相向移动剪切钻杆(7-1)，直至完全剪断钻杆(7-1)并及时关闭液压泵Ⅱ(5-2)和液压泵Ⅲ(5-3)，松开柔性夹口(3-3)并由自动悬挂模块(4)将剪断后的上半部分钻杆(7-1)运移至空旷地带，便于后续断口分析；
A-S5：打开液压泵Ⅰ开关(8-5)对套管(2-1-1)内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查剪切闸板剪切完钻杆(7-1)后的密封性，微型摄像头(6-4)监控记录图像并传输至显示屏(8-1)上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关(8-5)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)使得剪切闸板分开，松开双头螺栓螺母(2-1-2)并打开盖板(2-1-3)取出钻杆(7-1)试件剪断后的下半部分，至此一个试验流程全部完成。
方案B：选择闸板总成(2-6)为全封闸板总成时；
B-S1：测量全封闸板总成相应的尺寸参数，要求两块全封闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台(2-3)也能闭合，然后根据全封闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板(2-4)和两个工装夹具(2-5)；
B-S2：由工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将全封闸板、垫板(2-4)和工装夹具(2-5)吊装至试验台架模块(2)处，依次安装垫板(2-4)、全封闸板和工装夹具(2-5)到可移动夹持台(2-3)上并用螺栓Ⅲ(2-5-1)连接固定，然后遥控自动悬挂模块(4)返回原位；
B-S3：检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关(8-8)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)推动活塞杆(2-2-3)进而使两块全封闸板开始相向移动闭合，直至完全闭合后并及时关闭液压泵Ⅱ(5-2)；
B-S4：打开液压泵Ⅰ开关(8-5)对套管(2-1-1)内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查全封闸板闭合后的密封性，微型摄像头(6-4)监控记录图像并传输至显示屏(8-1)上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关(8-5)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)使得全封闸板分开，至此一个试验流程全部完成。
方案C：选择闸板总成(2-6)为半封闸板总成时；
C-S1：选择对应尺寸的钻杆(7-1)，测量半封闸板总成相应的尺寸参数，要求两块剪切闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台(2-3)也能闭合，然后根据剪切闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板(2-4)和两个工装夹具(2-5)；
C-S2：由工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将半封闸板、垫板(2-4)和工装夹具(2-5)吊装至试验台架模块(1)，依次安装垫板(2-4)、半封闸板和工装夹(2-5)具到可移动夹持台(2-3)上并用螺栓Ⅲ(2-5-1)连接固定，然后遥控自动悬挂模块(4)返回原位；
C-S3：先将对应尺寸的钻杆公扣堵头(7-3)安装在钻杆(7-1)的公扣端，然后工人将钻杆(7-1)试件捆绑至钢索挂钩(4-4)上，工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将钻杆(7-1)试件从地面吊装运移至简易闸板防喷器模块(2)的上方，再操作遥控器(4-5)将钻杆(7-10试件下放至简易闸板防喷器模块(2)内，同时另一工人转动两个摇柄(3-4)将钻杆(7-1)试件的末端变径处夹紧并将钻杆母扣堵头(7-4)与钻杆(7-1)的母扣端连接，然后取下钢索挂钩(4-4)并将自动悬挂模块(4)返回原位；
C-S4：检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关(8-8)，打开液压泵Ⅲ开关(8-7)对钻杆(7-1)内部增压(模拟井喷时钻杆内部受压的情况)，增压至设定值后进行保压，随后打开液压泵Ⅱ开关(8-6)推动活塞杆(2-2-3)进而使两块半封闸板开始相向移动环抱钻杆(7-1)，直至完全环抱钻杆(7-1)并及时关闭液压泵Ⅱ(5-2)和液压泵Ⅲ(5-3)；
C-S5：打开液压泵Ⅰ开关(8-5)对套管(2-1-1)内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查半封闸板环抱完钻杆(7-1)后的密封性，微型摄像头(6-4)监控记录图像并传输至显示屏(8-1)上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关(8-5)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)使得半封闸板分开，工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将钻杆(7-1)试件运移，至此一个试验流程全部完成。
在整个测试过程中，数据采集模块(6)会采集图像、压力、时间等信号传输至数据交互模块(8)并显示在相应的仪表上。根据需要可以更换不同公司的不同型号的闸板总成(2-6)和不同尺寸的钻杆(7-1)，以验证不同闸板总成(2-6)剪切不同钻杆的剪切性能以及闸板总成闭合后的密封性能。
本发明具有的有益效果
(1)闸板防喷器闸板总成性能测试系统具有自动吊装、夹持、剪切的功能，集成化程度高，一次试验收集的数据全面，方便开展闸板总成的智能化测试；
(2)闸板防喷器闸板总成性能测试系统能够模拟部分实际工况进行试验，即在钻杆内部受压时的剪切情况、检查闸板总成闭合后的密封性能如何；
(3)简易闸板防喷器模块具有较强的适配性，能适配不同公司的不同型号的闸板总成以及各种常见尺寸的钻杆，以实现各类闸板总成的性能测试评价。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的简易防喷器模块的结构示意图；
图3为本发明的稳定台的结构示意图；
图4为本发明的可移动夹持台的结构示意图；
图5为本发明的步骤流程图。
在各附图中，相同的附图标记指相同部件。具体地，各附图中涉及的附图标记含义如下：
图中1-试验台架模块，2-简易闸板防喷器模块，3-钻杆夹持模块，4-自动悬挂模块，5-液压控制模块，6-数据采集模块，7-钻杆试件模块，8-操控交互显示模块，1-1-地下固定锚，1-2-地面轨道，1-3-楼梯，2-1-稳定台，2-101-滑槽，2-102螺纹孔Ⅰ，2-103-螺纹孔Ⅱ，2-104-螺纹孔Ⅲ，2-2-小型液压机，2-3-可移动夹持台，2-301-螺纹孔Ⅳ，2-302-滑道，2-303-密封槽，2-4-垫板，2-5-工装夹具，2-5-1-螺栓Ⅲ，2-6-闸板总成，2-7-支撑台，2-8-螺栓Ⅰ，2-701-螺纹孔Ⅴ，2-1-1-套管，2-1-2-双头螺栓，2-1-3-盖板，2-1-4-液压管线接口Ⅰ，2-2-1-液压管线接口Ⅱ，2-2-2-液压管线接口Ⅲ，2-2-3-活塞杆，2-2-4-螺栓Ⅳ，3-1-螺栓Ⅱ，3-2-丝杆，3-3-柔性夹口，3-4-摇柄，4-1-门架，4-2-滚轮，4-3-电动葫芦，4-4-钢索挂钩，4-5-遥控器，4-6-滚轮电机，5-1-液压泵Ⅰ，5-2-液压泵Ⅱ，5-3-液压泵Ⅲ，5-1-1-液压管线Ⅰ，5-2-1-液压管线Ⅱ，5-2-2-液压管线Ⅲ，5-3-1-液压管线Ⅳ，6-1-液压传感器Ⅰ，6-2-液压传感器Ⅱ，6-3-液压传感器Ⅲ，6-4-微型摄像头，7-1-钻杆，7-2-液压管线Ⅴ，7-3-钻杆公扣堵头，7-4-钻杆母扣堵头，8-1-数据显示屏，8-2-压力表Ⅰ，8-3-压力表Ⅱ，8-4-压力表Ⅲ，8-5-液压泵Ⅰ开关，8-6-液压泵Ⅱ开关，8-7-液压泵Ⅲ开关，8-8-电源总开关，8-9-紧急制动按钮。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，该系统包括：试验台架模块、简易闸板防喷器模块、钻杆夹持模块、自动悬挂模块、液压控制模块、数据采集模块、钻杆试件模块、操控交互显示模块，简易闸板防喷器模块通过40颗相同的螺栓Ⅰ安装在试验台架模块的第Ⅱ层，钻杆夹持模块通过8颗相同的螺栓Ⅱ安装在简易闸板防喷器模块上部的支撑台上，自动悬挂模块安装在试验台架模块中的地面轨道上，液压控制模块安装在试验台架模块的第Ⅰ层，数据采集模块中的各类传感器安装在相应的模块上，操控交互显示模块安装在试验台架模块的第Ⅰ层，钻杆试件模块通过自动悬挂模块吊装、运移到钻杆夹持模块内，转动两个摇柄使得两个柔性夹口将钻杆试件夹持住，再将钻杆母扣堵头连接在钻杆的母扣端；试验台架模块包括地下固定锚、地面轨道、楼梯，试验台架模块分为Ⅰ、Ⅱ层，试验台架模块通过地下固定锚固定在地面保证试验台架的稳定，地面轨道供自动悬挂模块移动，楼梯连接试验台架Ⅰ、Ⅱ层；简易闸板防喷器模块包括稳定台、小型液压机、可移动夹持台、垫板、工装夹具、闸板总成、支撑台、稳定台、螺栓Ⅰ，稳定台包括套管、双头螺栓、盖板、液压管线接口Ⅰ，小型液压机包括液压管线接口Ⅱ、液压管线接口Ⅲ、活塞杆，简易闸板防喷器用于剪切钻杆试件，闸板总成通过自动悬挂模块吊装、运移到可移动夹持台上，安装好定制尺寸的垫板和工装夹具将闸板总成固定在可移动夹持台上；钻杆夹持模块包括8颗相同的螺栓Ⅱ、两根相同的丝杆、两个相同的柔性夹口、两个相同的摇柄；自动悬挂模块包括门架、滚轮、电动葫芦、钢索挂钩、遥控器、滚轮电机，自动悬挂模块用于吊装钻杆试件、闸板总成，滚轮安装在门架底部通过滚轮电机的驱动可以在地面轨道上滚动，电机葫芦安装在门架上并可以在门梁上横向移动，钢索挂钩安装在电动葫芦上，通过遥控器来控制滚轮电机来移动门架，通过遥控器控制电动葫芦的横向移动和上下移动钢索挂钩；液压控制模块包括液压泵Ⅰ、液压泵Ⅱ、液压泵Ⅲ、液压管线Ⅰ、液压管线Ⅱ、液压管线Ⅲ、液压管线Ⅳ，液压控制系统用于给钻杆内部增压、检查闸板总成在剪切完钻杆后内部的密封性，液压管线Ⅰ的一端与液压接口Ⅰ相连，液压管线Ⅰ的另一端与液压泵Ⅰ相连，液压管线Ⅱ的一端与液压管线接口Ⅲ相连，液压管线Ⅱ的另一端与液压泵Ⅱ相连，液压管线Ⅲ的一端与液压管线接口Ⅱ相连，液压管线Ⅲ的另一端与液压泵Ⅱ相连，液压管线Ⅳ的一端与液压泵Ⅲ相连，液压管线Ⅳ的另一端与液压管线Ⅴ相连，液压管线Ⅴ的另一端与钻杆母扣堵头相连；数据采集模块包括液压传感器Ⅰ、液压传感器Ⅱ、液压传感器Ⅲ、微型摄像头，数据采集模块用于采集闸板总成在剪切钻杆试件过程中的各类数据，液压传感器Ⅰ安装在液压泵Ⅰ上并用于采集液压泵Ⅰ的压力，液压传感器Ⅱ安装在液压泵Ⅱ上并用于采集液压泵Ⅱ的压力，液压传感器Ⅲ安装在液压泵Ⅲ上并用于采集液压泵Ⅲ的压力，微型摄像头安装在支撑台的底部并用于记录钻杆试件被剪断的过程；钻杆试件模块包括钻杆、液压管线Ⅴ、钻杆公扣堵头和钻杆母扣堵头，钻杆试件模块用于剪切试验，钻杆公扣堵头与钻杆公扣端相连接，钻杆母扣端与钻杆母扣堵头连接，液压管线Ⅴ的一端与钻杆母扣堵头相连接，液压管线Ⅴ的另一端与液压管线Ⅳ相连接；操控交互显示模块包括数据显示屏、压力表Ⅰ、压力表Ⅱ、压力表Ⅲ、液压泵Ⅰ开关、液压泵Ⅱ开关、液压泵Ⅲ开关、电源总开关、紧急制动按钮，操控交互显示模块用于开启或关闭各类机器，数据显示屏用于显示剪切过程时长和实时画面，压力表Ⅰ用于显示液压泵Ⅰ的压力，压力表Ⅱ用于显示液压泵Ⅱ的压力，压力表Ⅲ用于显示液压泵Ⅲ的压力，液压泵Ⅰ开关用于控制液压泵Ⅰ的启停、液压泵Ⅱ开关用于控制液压泵Ⅱ的启停，液压泵Ⅲ开关用于控制液压泵Ⅲ的启停，电源总开关用于整个系统的电源启闭，紧急制动按钮用于紧急情况下对整个系统进行紧急停车。
本发明工作流程如下：
当选择闸板总成为剪切闸板总成时；
首先，选择对应尺寸的钻杆，测量剪切闸板总成相应的尺寸参数，要求两块剪切闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台也能闭合，然后根据剪切闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板和两个工装夹具；然后由工人操作遥控器遥控自动悬挂模块将剪切闸板、垫板和工装夹具吊装至试验台架模块，依次安装垫板、剪切闸板和工装夹具到可移动夹持台上并用螺栓Ⅲ连接固定，然后遥控自动悬挂模块返回原位；接下来将对应尺寸的钻杆公扣堵头安装在钻杆的公扣端，然后工人将钻杆试件捆绑至钢索挂钩上，工人操作遥控器遥控自动悬挂模块将钻杆试件从地面吊装运移至简易闸板防喷器模块的上方，再操作遥控器将钻杆试件下放至简易闸板防喷器模块内，同时另一工人转动两个摇柄将钻杆试件的末端变径处夹紧并将钻杆母扣堵头与钻杆的母扣端连接，然后取下钢索挂钩并将自动悬挂模块返回原位；然后检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关，打开液压泵Ⅲ开关对钻杆内部增压(模拟井喷时钻杆内部受压的情况)，增压至设定值后进行保压，随后打开液压泵Ⅱ开关推动活塞杆进而使两块剪切闸板开始相向移动剪切钻杆，直至完全剪断钻杆并及时关闭液压泵Ⅱ和液压泵Ⅲ，松开柔性夹口并由自动悬挂模块将剪断后的上半部分钻杆运移至空旷地带，便于后续断口分析；最后打开液压泵Ⅰ开关对套管内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查剪切闸板剪切完钻杆后的密封性，微型摄像头监控记录图像并传输至显示屏上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关，打开液压泵Ⅱ开关使得剪切闸板分开，松开双头螺栓螺母并打开盖板取出钻杆试件剪断后的下半部分，至此一个试验流程全部完成。
当选择闸板总成为全封闸板总成时；
首先测量全封闸板总成相应的尺寸参数，要求两块全封闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台也能闭合，然后根据全封闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板和两个工装夹具；然后由工人操作遥控器遥控自动悬挂模块将全封闸板、垫板和工装夹具吊装至试验台架模块处，依次安装垫板、全封闸板和工装夹具到可移动夹持台上并用螺栓Ⅲ连接固定，然后遥控自动悬挂模块返回原位；接下来检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关，打开液压泵Ⅱ开关推动活塞杆进而使两块全封闸板开始相向移动闭合，直至完全闭合后并及时关闭液压泵Ⅱ；最后打开液压泵Ⅰ开关对套管内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查全封闸板闭合后的密封性，微型摄像头监控记录图像并传输至显示屏上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关，打开液压泵Ⅱ开关使得全封闸板分开，至此一个试验流程全部完成。
当选择闸板总成为半封闸板总成时；
首先选择对应尺寸的钻杆，测量半封闸板总成相应的尺寸参数，要求两块剪切闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台也能闭合，然后根据剪切闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板和两个工装夹具；然后由工人操作遥控器遥控自动悬挂模块将半封闸板、垫板和工装夹具吊装至试验台架模块，依次安装垫板、半封闸板和工装夹具到可移动夹持台上并用螺栓Ⅲ连接固定，然后遥控自动悬挂模块返回原位；接下来将对应尺寸的钻杆公扣堵头安装在钻杆的公扣端，然后工人将钻杆试件捆绑至钢索挂钩上，工人操作遥控器遥控自动悬挂模块将钻杆试件从地面吊装运移至简易闸板防喷器模块的上方，再操作遥控器将钻杆试件下放至简易闸板防喷器模块内，同时另一工人转动两个摇柄将钻杆试件的末端变径处夹紧并将钻杆母扣堵头与钻杆的母扣端连接，然后取下钢索挂钩并将自动悬挂模块返回原位；然后检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关，打开液压泵Ⅲ开关对钻杆内部增压(模拟井喷时钻杆内部受压的情况)，增压至设定值后进行保压，随后打开液压泵Ⅱ开关推动活塞杆进而使两块半封闸板开始相向移动环抱钻杆，直至完全环抱钻杆并及时关闭液压泵Ⅱ和液压泵Ⅲ；最后打开液压泵Ⅰ开关对套管内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查半封闸板环抱完钻杆后的密封性，微型摄像头监控记录图像并传输至显示屏上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关，打开液压泵Ⅱ开关使得半封闸板分开，工人操作遥控器遥控自动悬挂模块将钻杆试件运移，至此一个试验流程全部完成。
在整个测试过程中，数据采集模块会采集图像、压力、时间等信号传输至数据交互模块并显示在相应的仪表上。根据需要可以更换不同公司的不同型号的闸板总成和不同尺寸的钻杆，以验证不同闸板总成剪切不同钻杆的剪切性能以及闸板总成闭合后的密封性能。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本专利进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，包括：试验台架模块(1)、简易闸板防喷器模块(2)、钻杆夹持模块(3)、自动悬挂模块(4)、液压控制模块(5)、数据采集模块(6)、钻杆试件模块(7)、操控交互显示模块(8)，所述试验台架模块(1)包括地下固定锚(1-1)、地面轨道(1-2)、楼梯(1-3)；所述简易闸板防喷器模块(2)包括稳定台(2-1)、小型液压机(2-2)、可移动夹持台(2-3)、垫板(2-4)、工装夹具(2-5)、闸板总成(2-6)、支撑台(2-7)、螺栓Ⅰ(2-8)，稳定台(2-1)包括套管(2-1-1)、双头螺栓(2-1-2)、盖板(2-1-3)、液压管线接口Ⅰ(2-1-4)，小型液压机(2-2)包括液压管线接口Ⅱ(2-2-1)、液压管线接口Ⅲ(2-2-2)、活塞杆(2-2-3)、螺栓Ⅲ(2-2-4)，可移动夹持台(2-3)上安装有密封胶条(2-3-1)，闸板总成(2-6)包括全封闸板总成、半封闸板总成、剪切闸板总成；所述钻杆夹持模块(3)包括螺栓Ⅱ(3-1)、丝杆(3-2)、柔性夹口(3-3)、摇柄(3-4)；所述自动悬挂模块(4)包括门架(4-1)、滚轮(4-2)、电动葫芦(4-3)、钢索挂钩(4-4)、遥控器(4-5)、滚轮电机(4-6)；所述液压控制模块(5)包括液压泵Ⅰ(5-1)、液压泵Ⅱ(5-2)、液压泵Ⅲ(5-3)、液压管线Ⅰ(5-1-1)、液压管线Ⅱ(5-2-1)、液压管线Ⅲ(5-2-2)、液压管线Ⅳ(5-3-1)；所述数据采集模块(6)包括液压传感器Ⅰ(6-1)、液压传感器Ⅱ(6-2)、液压传感器Ⅲ(6-3)、微型摄像头(6-4)；所述钻杆试件模块(7)包括钻杆(7-1)、液压管线Ⅴ(7-2)、钻杆公扣堵头(7-3)、钻杆母扣堵头(7-4)；所述操控交互显示模块(8)包括数据显示屏(8-1)、压力表Ⅰ(8-2)、压力表Ⅱ(8-3)、压力表Ⅲ(8-4)、液压泵Ⅰ开关(8-5)、液压泵Ⅱ开关(8-6)、液压泵Ⅲ开关(8-7)、电源总开关(8-8)、紧急制动按钮(8-9)。
2.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述试验台架模块(1)分为Ⅰ、Ⅱ层，试验台架模块(1)通过多个相同的地下固定锚(1-1)固定在地面保证试验台架稳定，两条地面轨道(1-2)对称分布供自动悬挂模块(4)移动，楼梯(1-3)连接试验台架Ⅰ、Ⅱ层。
3.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述稳定台(2-1)通过螺栓Ⅰ(2-8)安装在试验台架模块(1)的Ⅱ层，可移动夹持台(2-3)通过底部的滑道(2-302)安装在稳定台(2-1)上的滑槽(2-101)内并可以左右滑动，小型液压机(2-2)通过螺栓Ⅲ(2-2-4)连接安装在稳定台(2-1)上，闸板总成(2-6)安装在可移动夹持台(2-3)上并用定制尺寸的工装夹具(2-5)夹持住，工装夹具(2-5)通过螺栓Ⅲ(2-5-1)固定在可移动夹持台(2-3)上，根据不同尺寸的闸板总成(2-6)适配安装不同厚度的垫片(2-4)和定制不同尺寸的工装夹具(2-5)，小型液压机(2-2)、可移动夹持台(2-3)、垫片(2-4)、工装夹具(2-5)、闸板总成(2-6)的数量均为两个并对称安装在稳定台(2-1)上，稳定台(2-1)上设有螺纹孔Ⅰ(2-102)、螺纹孔Ⅱ(2-103)、螺纹孔Ⅲ(2-104)，可移动夹持台(2-3)上设有螺纹孔Ⅳ(2-301)、密封槽(2-303)，密封槽(2-303)内安装有密封胶条(2-3-1)，可移动夹持台(2-3)与小型液压机(2-2)上的活塞杆(2-2-3)相连，通过控制液压泵Ⅱ(5-2)的开启使得两台对称安装的小型液压机(2-2)相向推动活塞杆(2-2-3)进而使得安装在可移动夹持台(2-3)的闸板总成(2-6)相向移动剪切钻杆试件，当两块闸板总成(2-6)闭合时，两块可移动夹持台(2-3)也闭合，密封胶条(2-3-1)将两块可移动夹持台(2-3)之间的缝隙、可移动夹持台(2-3)与稳定台(2-1)之间的缝隙、闸板总成(2-6)和可移动夹持台(2-3)之间的缝隙全部密封住，以便于后面开展密封测试试验。
4.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述钻杆夹持模块(3)用于夹持钻杆(7-1)试件，钻杆夹持模块(3)通过螺栓Ⅱ(3-1)安装在支撑台(2-7)上，转动摇柄(3-4)带动丝杆(3-2)的旋转可以轴向向左移动柔性夹口(3-3)，转动与摇柄(3-4)相同的摇柄带动与丝杆(3-2)相同的丝杆的旋转可以轴向向右移动与柔性夹口(3-3)相同的柔性夹口，两个柔性夹口(3-3)相向移动将钻杆试件模块(7)夹持固定住。
5.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述自动悬挂模块(4)用于吊装并运送钻杆(7-1)和需要做测试的闸板总成(2-6)到试验平台上，滚轮(4-2)安装在门架(4-1)底部，滚轮电机(4-6)驱动滚轮(4-2)在地面轨道(1-2)上滚动，电动葫芦(4-3)安装在门架(4-1)上并可以在门梁上横向移动，钢索挂钩(4-4)安装在电动葫芦(4-3)上，通过遥控器(4-5)来控制滚轮电机(4-6)来移动门架(4-1)，通过遥控器(4-5)控制电动葫芦(4-3)的横向移动和上下移动钢索挂钩(4-4)。
6.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述液压控制系统(5)用于钻杆(7-1)内部增压、闸板总成(2-6)剪断钻杆(7-1)后给套管(2-1-1)内部增压来检查剪切完钻杆(7-1)后闸板总成(2-6)内部的密封性，液压管线Ⅰ(5-1-1)一端与液压接口Ⅰ(2-1-4)相连，另一端与液压泵Ⅰ(5-1)相连，液压管线Ⅱ(5-2-1)一端与液压管线接口Ⅲ(2-2-2)相连，另一端与液压泵Ⅱ(5-2)相连，液压管线Ⅲ(5-2-2)一端与液压管线接口Ⅱ(2-2-1)相连，另一端与液压泵Ⅱ(5-2)相连，液压管线Ⅳ(5-3-1)一端与液压泵Ⅲ(5-3)相连，另一端与液压管线Ⅴ(7-2)相连，液压管线Ⅴ(7-2)与钻杆母扣堵头(7-4)相连。
7.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述数据采集模块(6)用于采集简易闸板防喷器模块(2)在剪切钻杆(7-1)试件或闸板总成(2-6)关闭过程中的压力、时间、图像等数据，液压传感器Ⅰ(6-1)安装在液压泵Ⅰ(5-1)上并用于采集液压泵Ⅰ(5-1)的压力、液压传感器Ⅱ(6-2)安装在液压泵Ⅱ(5-2)上并用于采集液压泵Ⅱ(5-2)的压力、液压传感器Ⅲ(6-3)安装在液压泵Ⅲ(5-3)上并用于采集液压泵Ⅲ(5-3)的压力、微型摄像头(6-5)安装在支撑台(2-7)的底部用于记录钻杆(7-1)试件被剪切或闸板总成(2-6)关闭的整个过程以及监测检查密封性时是否有泄露。
8.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述钻杆试件模块(7)用于剪切试验，钻杆公扣堵头(7-3)与钻杆(7-1)公扣端相连接，钻杆母扣堵头(7-4)与钻杆(7-1)母扣端相连接，液压管线Ⅴ(7-2)的一端与钻杆母扣堵头(7-4)连接，液压管线Ⅴ(7-2)的另一端与液压管线Ⅳ(5-3-1)相连接。
9.根据权利要求1所述的一种闸板防喷器闸板总成性能测试系统，其特征在于，所述操控交互显示模块(8)用于控制各类机器的启停和显示闸板总成(2-6)关闭过程的各类数据信息，数据显示屏(8-1)用于显示剪切过程时长和实时画面，压力表Ⅰ(8-2)用于显示液压泵Ⅰ(5-1)的压力，压力表Ⅱ(8-3)用于显示液压泵Ⅱ(5-2)的压力，压力表Ⅲ(8-4)用于显示液压泵Ⅲ(5-3)的压力，液压泵Ⅰ开关(8-5)用于控制液压泵Ⅰ(5-1)的启停、液压泵Ⅱ开关(8-6)用于控制液压泵Ⅱ(5-2)的启停，液压泵Ⅲ开关(8-7)用于控制液压泵Ⅲ(5-3)的启停，电源总开关(8-8)用于整个系统的电源启闭，紧急制动按钮(8-9)用于紧急情况下对整个系统进行停车。
10.一种基于权力要求9所述的闸板防喷器闸板总成性能测试系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
需要测试某一套闸板总成(2-6)的剪切性能或密封性能时；
方案A：选择闸板总成(2-6)为剪切闸板总成时；
A-S1：选择对应尺寸的钻杆(7-1)，测量剪切闸板总成相应的尺寸参数，要求两块剪切闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台(2-3)也能闭合，然后根据剪切闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板(2-4)和两个工装夹具(2-5)；
A-S2：由工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将剪切闸板、垫板(2-4)和工装夹具(2-5)吊装至试验台架模块(1)，依次安装垫板(2-4)、剪切闸板和工装夹(2-5)具到可移动夹持台(2-3)上并用螺栓Ⅲ(2-5-1)连接固定，然后遥控自动悬挂模块(4)返回原位；
A-S3：先将对应尺寸的钻杆公扣堵头(7-3)安装在钻杆(7-1)的公扣端，然后工人将钻杆(7-1)试件捆绑至钢索挂钩(4-4)上，工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将钻杆(7-1)试件从地面吊装运移至简易闸板防喷器模块(2)的上方，再操作遥控器(4-5)将钻杆(7-10)试件下放至简易闸板防喷器模块(2)内，同时另一工人转动两个摇柄(3-4)将钻杆(7-1)试件的末端变径处夹紧并将钻杆母扣堵头(7-4)与钻杆(7-1)的母扣端连接，然后取下钢索挂钩(4-4)并将自动悬挂模块(4)返回原位；
A-S4：检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关(8-8)，打开液压泵Ⅲ开关(8-7)对钻杆(7-1)内部增压(模拟井喷时钻杆内部受压的情况)，增压至设定值后进行保压，随后打开液压泵Ⅱ开关(8-6)推动活塞杆(2-2-3)进而使两块剪切闸板开始相向移动剪切钻杆(7-1)，直至完全剪断钻杆(7-1)并及时关闭液压泵Ⅱ(5-2)和液压泵Ⅲ(5-3)，松开柔性夹口(3-3)并由自动悬挂模块(4)将剪断后的上半部分钻杆(7-1)运移至空旷地带，便于后续断口分析；
A-S5：打开液压泵Ⅰ开关(8-5)对套管(2-1-1)内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查剪切闸板剪切完钻杆(7-1)后的密封性，微型摄像头(6-4)监控记录图像并传输至显示屏(8-1)上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关(8-5)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)使得剪切闸板分开，松开双头螺栓螺母(2-1-2)并打开盖板(2-1-3)取出钻杆(7-1)试件剪断后的下半部分，至此一个试验流程全部完成。
方案B：选择闸板总成(2-6)为全封闸板总成时；
B-S1：测量全封闸板总成相应的尺寸参数，要求两块全封闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台(2-3)也能闭合，然后根据全封闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板(2-4)和两个工装夹具(2-5)；
B-S2：由工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将全封闸板、垫板(2-4)和工装夹具(2-5)吊装至试验台架模块(2)处，依次安装垫板(2-4)、全封闸板和工装夹具(2-5)到可移动夹持台(2-3)上并用螺栓Ⅲ(2-5-1)连接固定，然后遥控自动悬挂模块(4)返回原位；
B-S3：检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关(8-8)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)推动活塞杆(2-2-3)进而使两块全封闸板开始相向移动闭合，直至完全闭合后并及时关闭液压泵Ⅱ(5-2)；
B-S4：打开液压泵Ⅰ开关(8-5)对套管(2-1-1)内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查全封闸板闭合后的密封性，微型摄像头(6-4)监控记录图像并传输至显示屏(8-1)上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关(8-5)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)使得全封闸板分开，至此一个试验流程全部完成。
方案C：选择闸板总成(2-6)为半封闸板总成时；
C-S1：选择对应尺寸的钻杆(7-1)，测量半封闸板总成相应的尺寸参数，要求两块剪切闸板闭合时其底部对应的两块可移动夹持台(2-3)也能闭合，然后根据剪切闸板的尺寸来制作对应尺寸的两块垫板(2-4)和两个工装夹具(2-5)；
C-S2：由工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将半封闸板、垫板(2-4)和工装夹具(2-5)吊装至试验台架模块(1)，依次安装垫板(2-4)、半封闸板和工装夹(2-5)具到可移动夹持台(2-3)上并用螺栓Ⅲ(2-5-1)连接固定，然后遥控自动悬挂模块(4)返回原位；
C-S3：先将对应尺寸的钻杆公扣堵头(7-3)安装在钻杆(7-1)的公扣端，然后工人将钻杆(7-1)试件捆绑至钢索挂钩(4-4)上，工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将钻杆(7-1)试件从地面吊装运移至简易闸板防喷器模块(2)的上方，再操作遥控器(4-5)将钻杆(7-10)试件下放至简易闸板防喷器模块(2)内，同时另一工人转动两个摇柄(3-4)将钻杆(7-1)试件的末端变径处夹紧并将钻杆母扣堵头(7-4)与钻杆(7-1)的母扣端连接，然后取下钢索挂钩(4-4)并将自动悬挂模块(4)返回原位；
C-S4：检查各模块是否存在安全隐患并及时排除，然后打开电源总开关(8-8)，打开液压泵Ⅲ开关(8-7)对钻杆(7-1)内部增压(模拟井喷时钻杆内部受压的情况)，增压至设定值后进行保压，随后打开液压泵Ⅱ开关(8-6)推动活塞杆(2-2-3)进而使两块半封闸板开始相向移动环抱钻杆(7-1)，直至完全环抱钻杆(7-1)并及时关闭液压泵Ⅱ(5-2)和液压泵Ⅲ(5-3)；
C-S5：打开液压泵Ⅰ开关(8-5)对套管(2-1-1)内部进行增压至设定压力值并保压一定时间以检查半封闸板环抱完钻杆(7-1)后的密封性，微型摄像头(6-4)监控记录图像并传输至显示屏(8-1)上显示观察过程，随后关闭液压泵Ⅰ开关(8-5)，打开液压泵Ⅱ开关(8-6)使得半封闸板分开，工人操作遥控器(4-5)遥控自动悬挂模块(4)将钻杆(7-1)试件运移，至此一个试验流程全部完成。
在整个测试过程中，数据采集模块(6)会采集图像、压力、时间等信号传输至数据交互模块(8)并显示在相应的仪表上。根据需要可以更换不同公司的不同型号的闸板总成(2-6)和不同尺寸的钻杆(7-1)，以验证不同闸板总成(2-6)剪切不同钻杆的剪切性能以及闸板总成闭合后的密封性能。
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