一種油管接頭螺紋密封性能動態(tài)測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油管技術(shù)領(lǐng)域的一種油管接頭螺紋密封性能動態(tài)測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油與天然氣開采過程中，油、套管柱的服役環(huán)境惡劣，受力工況復(fù)雜，油套管失效事故頻發(fā)，其中，油管接頭螺紋的氣密封失效是最主要的失效形式。密封失效，可能導(dǎo)致環(huán)空帶壓，引發(fā)嚴(yán)重的生產(chǎn)安全風(fēng)險。當(dāng)前，隨著深井、斜井、高溫高壓井增多，愈加惡劣的服役工況對油管接頭螺紋的密封性能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，油管接頭螺紋密封性能評估一直是影響油氣井安全和壽命的重點研究問題?，F(xiàn)有主要的有效評價手段是依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IS013679室內(nèi)密封試驗法，但通常僅考慮了拉伸、彎曲等靜載荷因素，還未將生產(chǎn)過程中普遍存在的振動載荷這一重要因素考慮在內(nèi)，油管接頭螺紋密封失效的實質(zhì)是靜載和動載因素共同作用的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對上述問題，提出一種油管接頭螺紋密封性能動態(tài)測試裝置及方法，該裝置在測試時可以同時對油管接箍處提供內(nèi)壓載荷、拉伸載荷、彎矩載荷和振動載荷，更趨近于油管服役真實工況，其測試結(jié)果更具實際指導(dǎo)意義。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種油管接頭螺紋密封性能動態(tài)測試裝置，包括滑軌、墊臺、油管夾持器、油管試件、接箍、芯桿、密封組件、激振器、彎矩加載模塊、靜載拉伸模塊、增壓模塊、頂板、檢漏儀等部件。所述的油管試件用接箍連接，中間放入芯桿，芯桿與油管試件之間構(gòu)成環(huán)形空腔，油管試件夾持于油管夾持器中，兩端通過密封組件密封，油管夾持器對稱地安裝在墊臺上，墊臺置于滑軌上且可在滑軌上平移并固定；油管試件右端與激振器接觸，用以施加振動載荷；油管試件左端連接靜載拉伸模塊，用以施加拉伸載荷；接箍處設(shè)置彎矩加載模塊，結(jié)合油管夾持器實現(xiàn)三點彎加載彎矩載荷；增壓模塊連接密封組件中的通孔，用以對油管試件施加內(nèi)壓；檢漏儀安裝于接箍上方的頂板上，用于檢測油管試件在內(nèi)壓載荷、拉伸載荷、彎矩載荷和振動載荷復(fù)合作用下的密封性能。
[0006]所述的油管試件兩端外壁加工有螺紋；所述的芯桿比油管試件稍長，直徑比油管試件內(nèi)徑小，芯桿的兩端有凸臺，凸臺的直徑與油管試件的內(nèi)徑基本一致，芯桿放入油管試件內(nèi)部后，芯桿與油管試件之間構(gòu)成環(huán)形空腔，從芯桿左端面中心起始，加工有L型連通內(nèi)孔道，連通至環(huán)形空腔。
[0007]所述的密封組件包括0型密封圈、V形密封圈組合、金屬墊圈和左端蓋、右端蓋。所述的左端蓋、右端蓋內(nèi)部呈臺階構(gòu)造，分別與油管試件兩端螺紋連接后，左、右端蓋內(nèi)壁面與芯桿的兩端面分別形成左、右空腔；在油管試件內(nèi)，芯桿兩端的凸臺分別與左、右端蓋臺階面A、A’形成的環(huán)形空間依次設(shè)有V形密封圈組合及金屬墊圈，所述的金屬墊圈通過左端蓋、右端蓋的臺階面A、A’壓緊V形密封圈組合，實現(xiàn)油管試件內(nèi)壁與芯桿外壁接觸面的密封。特別地，所述的左端蓋側(cè)壁開有通孔，與左空腔連通；與芯桿延伸段壁面接觸的左端蓋內(nèi)壁面上設(shè)有密封凹槽，密封凹槽內(nèi)安有0型密封圈，實現(xiàn)左端蓋內(nèi)壁與芯桿延伸段外壁接觸面的密封。
[0008]所述的激振器固定于支撐座上，支撐座置于滑軌上且可在滑軌上平移并固定，激振器的頂桿與右端蓋端面接觸，可以向油管試樣施加動態(tài)激勵，右空腔避免了激振時芯桿右端面與右端蓋內(nèi)壁的接觸碰撞。
[0009]所述的彎矩加載模塊包括設(shè)于接箍下方的支撐滾輪、托杯、千斤頂和設(shè)于接箍中部的擾度測量儀。接箍由支撐滾輪支撐，支撐滾輪置于托杯上，托杯置于千斤頂之上。下壓千斤頂手柄，帶動托杯上升，使支撐滾輪上升，將作用力傳遞給油管試件，結(jié)合油管夾持器的固定支撐作用，實現(xiàn)對接箍三點彎加載彎矩載荷的目的；所述的擾度測量儀用以檢測油管試件受彎矩后的擾度。
[0010]所述的靜載拉伸模塊包括設(shè)于靠近右端蓋的右擋板、設(shè)于右擋板與右端蓋之間的彈簧、設(shè)于右擋板上的游標(biāo)卡尺、設(shè)于左端蓋左側(cè)的左擋板、設(shè)于左擋板中心的滑動軸承、穿過滑動軸承的拉伸螺桿、設(shè)于左擋板右側(cè)的拉伸螺母、連接左擋板和右擋板的頂板。所述的左擋板、右擋板固定于滑軌上，通過頂板連接，油管試件穿過右擋板；所述的彈簧套于油管試件上，彈簧左端與右擋板通過螺栓固定，彈簧右端與右端蓋通過螺栓固定，便于拆卸維修；所述的游標(biāo)卡尺與右擋板焊接連接，通過游標(biāo)在卡尺上移動，實現(xiàn)對彈簧形變的精確測量；所述的拉伸螺桿與左端蓋焊接連接，通過手動調(diào)節(jié)拉伸螺桿上的拉伸螺母，使得彈簧處于壓縮狀態(tài)，實現(xiàn)對油管試件施加靜態(tài)的拉伸載荷。
[0011]所述的增壓模塊包括進(jìn)氣管、設(shè)于進(jìn)氣管上的壓力表、接入進(jìn)氣管的增壓管和泄壓管、設(shè)于泄壓管上的泄壓閥、設(shè)于增壓管上的進(jìn)氣閥和增壓栗、連接增壓栗的氣瓶。所述的進(jìn)氣管為高壓軟管，通過錐密封管接頭與左端蓋的通孔連接。增壓時，氣瓶中的氣體依次通過增壓管、進(jìn)氣管、通孔、左空腔、芯桿的L型連通內(nèi)孔道進(jìn)入環(huán)形空腔，實現(xiàn)對油管試件施加內(nèi)壓；泄壓時，氣體以相反的方向通過泄壓管排出泄壓。為便于檢漏，采用氦氣作為增壓氣體。
[0012]利用本發(fā)明裝置進(jìn)行試驗的方法包括如下步驟:
[0013]A、兩根油管試件用接箍連接后，中間放入芯桿，松開油管夾持器，調(diào)節(jié)墊臺在滑軌上的距離，放入油管試件，使得油管夾持器對稱地位于接箍兩邊，再調(diào)節(jié)油管夾持器固定油管試件；
[0014]B、將彈簧套于油管試件上，再進(jìn)行油管兩端密封組件的安裝，用螺栓將彈簧兩端分別固緊于右擋板、右端蓋；
[0015]C、通過錐密封管接頭連接進(jìn)氣管與左端蓋的通孔；
[0016]D、試壓:關(guān)閉泄壓閥，打開增壓閥，然后開啟增壓栗，向油管試件內(nèi)部環(huán)形空腔施加一定內(nèi)壓后，停止增壓，觀察檢漏儀，若一段時間內(nèi)檢測到泄露氣體，則裝置各部件的安裝環(huán)節(jié)可能存在問題，導(dǎo)致了密封泄露，需找出泄露源并泄壓后重新裝配，再重復(fù)進(jìn)行試壓，直至不存在氣體泄露；
[0017]E、待完成上一步試壓過程后，開始進(jìn)行增壓，同時觀測壓力表，當(dāng)達(dá)到試驗預(yù)定內(nèi)壓值時，停止增壓，關(guān)閉增壓栗、增壓閥；
[0018]F、測量并記錄彈簧在空載條件下游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，并計算達(dá)到實驗要求拉伸載荷所需的彈簧的形變量；
[0019]G、調(diào)節(jié)拉伸螺母，同時觀察游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，當(dāng)游標(biāo)卡尺的前后讀數(shù)差達(dá)到所需彈簧的形變量時，停止加載；
[0020]H、調(diào)節(jié)擾度測量儀到達(dá)預(yù)定位置，下摁千斤頂手柄，帶動托杯上升，使支撐滾輪上升，為接箍提供彎矩，同時觀察擾度測量儀讀數(shù)，當(dāng)達(dá)到試驗預(yù)定彎矩值時，停止加載；
[0021]1、調(diào)節(jié)支撐座并固定，使激振器的頂桿與右端蓋外表面接觸，設(shè)定激振器輸出實驗要求的激振頻率和激振力，驅(qū)動頂桿向油管試件施加動態(tài)激勵；
[0022]J、觀察檢漏儀，如果檢漏儀檢測到泄露氣體，再采用肥皂水進(jìn)一步確認(rèn)是否是接箍處發(fā)生了氣體泄露；
[0023]K、若接箍處發(fā)生了密封失效，停止測試，取下油管試件。
[0024]本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點:
[0025](1)采用彈簧機構(gòu)，在實現(xiàn)對測試油管試件靜態(tài)拉伸的同時，不影響激振器將激振力傳遞至油管試件，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；
[0026](2)采用V形密封圈組合內(nèi)密封的方式，結(jié)構(gòu)簡單，且能保證裝置在較大試驗內(nèi)壓條件下的整體密封性能；
[0027](3)本裝置可以同時提供油管接箍處內(nèi)壓載荷、拉伸載荷、彎矩載荷和振動載荷，更接近于