一種新型套管頭試壓裝置設計

趙元秀，曾慶林，鄧晶晶，趙淑霞，楊華慶，王義昆

（1.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州 730070；2.青海油田機械廠，甘肅嘉峪關 736202）

一種新型套管頭試壓裝置設計

趙元秀1，曾慶林2，鄧晶晶2，趙淑霞1，楊華慶2，王義昆2

（1.甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州 730070；2.青海油田機械廠，甘肅嘉峪關 736202）

現(xiàn)有的套管頭試壓裝置是通過鋼制螺紋連接并密封的，會造成套管頭本體螺紋拉傷、拉毛等現(xiàn)象發(fā)生，直接影響了套管頭的質量，嚴重時會造成螺紋粘扣，直接導致套管頭本體和試壓堵頭的報廢。為了避免上述情況的出現(xiàn)，設計了一種新型的套管頭試壓裝置，將套管頭置于兩塊用螺栓連接的頂板和底板之間進行試壓，保護了本體螺紋，保證了管接頭的質量，同時提高了試壓效率和安全保障。

套管頭；試壓裝置；設計

在鉆井作業(yè)和油氣測試過程中，必須安裝一套安全可靠的井口裝置，套管頭屬于井口裝置的基礎部分，安裝在套管管柱上端，用來懸掛各層套管管柱，密封各層套管之間的環(huán)形空間并能為防噴器組、采氣樹等其他井控設備提供標準連接，為各種特殊作業(yè)提供套管環(huán)空出入接口的一種永久性石油、天然氣井口裝置[1-6]，使用可靠性的好壞直接影響到鉆井速度和操作者的人身安全，因此都必須對關鍵部件進行強度試驗。

現(xiàn)通常采用的套管頭在試壓過程中的試壓堵頭采用的是φ224.475mm（95/8英寸）N80 套管加工而成，而 N80 堵頭和套管頭本體在試壓過程中采用螺紋連接，是鋼材直接接觸，會造成套管頭本體螺紋拉傷，拉毛等情況，直接影響了套管頭的質量，嚴重時會造成螺紋粘扣，直接導致套管頭本體和試壓堵頭的報廢。同時在試壓準備和結束時都會對堵頭進行旋緊和卸載，并清洗和修復試壓后套管頭螺紋的缺陷，費時費力。為了有效保護螺紋，試驗了磷化過的試壓堵頭，雖然降低螺紋的拉傷和粘扣，但是螺紋的密封性也降低了。設計了一種新型試壓裝置，通過使用螺栓把頂板和底板連接起來，單級套管頭放在兩塊板中間進行試壓，因此也就不會對本體螺紋造成傷害，保證了套管頭的質量。

1 裝置組成

試壓裝置主要由頂板、堵頭、底板、螺栓、螺母組成，如圖1所示。通過螺栓把頂板和底板連接起來，起到固定作用，單級套管頭放在頂板和底板之間。堵頭采用尼龍材料，加工對應的公螺紋，在安裝頂板之前擰入套管頭。

圖1 裝置組成

2 關鍵部件的設計

2.1 頂板

頂板主要承受向上的壓力，板的厚度是關鍵參數(shù)，由公式（1）計算得：

式中 ：δp為板的厚度，mm ；Dc為套管頭下部內徑，取248 mm ；K 為結構特性系數(shù)，取 1.686 ；pc為最高試驗壓力，取 35MPa ；[σ]t為設計溫度下材料許用應力，材料為35CrMo，取290MPa，φ 為焊縫系數(shù)，取0.8。

考慮到平蓋上面要加工10mm 深的槽，再考慮腐蝕余量，因此厚度 δp為140mm。

2.2 底板

頂板主要承受向下的壓力，計算和式（1）一致。

式中 ：Dc為管接頭上部內徑，取220mm ；K 為結構特性系數(shù)，取 2.01，[σ]t為設計溫度下材料許用應力，材料為35CrMo，取290MPa，φ 為焊縫系數(shù)，取 0.8。

因為在底部平蓋上要加工密封槽，密封槽深14.30mm，再考慮腐蝕余量，因此取140mm。

2.3 連接螺栓的設計

試壓中受到的最大壓力為：

F2=2p×A=2×35×（248/2）2×π=3 381 356N式中：p 為試驗壓力，取35MPa，A 為所受力的截面面積。設計由10組螺栓連接，由于是雙面受力，則每組螺栓受到的壓力為：

式中 ：d2為螺栓直徑，F(xiàn)3為所受到的最大軸向載荷，[σ]為螺栓的許用拉應力，材料為35CrMo，取290MPa。

圓整，取螺紋規(guī)格為 M52×3。

2.4 堵頭設計

堵頭采用尼龍1010，擰入套管頭，在承受試壓壓力時，主要由其上面的頂板承壓，因此螺紋基本不受力，有效地保護了套管頭螺紋。

3 試壓

3.1 準備

（1）套管頭的生產、制造、檢驗和驗收按照 API6A—2010《井口裝置和采油樹》執(zhí)行[7]。

（2）清除棱邊和毛刺，將所有的零部件清洗干凈，不得有雜質和油污。

（3）裝配密封件時不得損傷或弄臟密封面，同時防止異物進入。

（4）安裝配合件時，嚴禁使用鐵錘，只能用木柄或紫銅榜敲擊。

（5）裝配前閥門應進行密封試驗，試驗壓力為35MPa。裝配完畢后進行整體水壓密封試驗（試驗壓力為35MPa）。

（6）壓力表組裝前應進行校驗，方可進行組裝。

3.2 要求

試壓分整體試壓和環(huán)形試壓兩部分，采用設計和 API6A規(guī)范要求進行兩種壓力下系統(tǒng)水壓試驗[7]。

整體試壓（本體試壓）：把腔內水加壓到25MPa，保持1min 時間，要求 1min 內壓降不超過 0.4MPa。再把腔內水加壓到 35MPa，保持 5min 時間，要求 5min 內壓降不超過 0.7MPa，即為合格。

環(huán)形試壓（加裝環(huán)形分隔試壓）：把腔內水加壓到15MPa，保持 1min 時間，要求 1min 內壓降不超過 0.4MPa。再把腔內水加壓到 25MPa，保持 5min 時間，要求 5min 內壓降不超過0.7MPa，即為合格。

3.3 實施

首先把套管頭吊起放在試壓平臺上用四個螺栓固定，注入水不要沒過螺紋底部，然后用手觸摸套管頭及堵頭螺紋處，檢查有沒有拉傷或凸點，如果有拉傷或凸點用磨石小心將其磨去，用面團黏去修復過后留下的鐵屑，保證所有組裝配件沒有鐵屑和雜物，用刷子給套管頭內壁螺紋和堵頭外壁螺紋均勻涂抹一層鉛油，再在堵頭外壁涂抹的鉛油層均勻纏緊3～4層生膠帶，把堵頭均勻上緊在套管頭上，沒有堵頭的閘門關死，有堵頭閘門開啟。放置頂板，與有堵頭一側相接觸，沒有堵頭的一側與底板相接觸，在底板的密封槽中放至密封圈，把剩余的螺栓擰入底板，然后擰緊所有螺栓，用試壓機進行試壓。如果不合格，卸去壓力后找原因，解決后，反復試壓直到合格為止。

4 結論

1）套管頭試壓裝置能夠有效地保證套管頭試壓后的質量，避免試壓造成的缺陷，提高套管頭客戶對產品的滿意度和認可度。

2）套管頭試壓裝置在一定程度上提高了試壓的效率且降低了崗位工人的勞動強度。大大降低了對試壓堵頭、螺紋密封脂、密封薄膜的依賴，節(jié)約了試壓時的物質消耗，減少了試壓成本。

[1] 吳奇 .井下作業(yè)工程師手冊 [M].北京 ：石油工業(yè)出版社，2002.

[2] 劉文章，萬仁薄，羅英俊 .采油技術手冊 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[3] 劉文東，周學文，馬占鋒 .采油樹試壓裝置的改進 [J].國外油田工程，2004，（07）：34-35.

[4] 徐振東，宋文禮，馬成曄，等 .同井抽注采油樹配套技術 [J].石油鉆采工藝，2009，（02）：86-90.

[5] 白文劍，鹿成亮，高秀君，等 .全井口密封性能檢驗裝置應用研究[J].油氣井測試，2014，（3）：40-45.

[6] 金弢， 王定亞 .井口裝置技 術研 究及發(fā)展建 議 [J].石油礦場機械，2014，43（1）：14-16.

[7] API Spec 6A—2010，井口裝置和采用樹設備規(guī)范 [S].

Design of A New Type of Casing Head Pressure Test Device

Zhao Yuan-xiu，Zeng Qing-lin，Deng Jing-jing，Zhao Shu-xia，Yang Qing-hua，Wang Yi-kun

The existing casing head pressure test device is connected and sealed by steel thread，which will cause the threading of the casing head body，such as thread tension，nap and so on，which directly affects the quality of the casing head and will cause the thread Gluing，a direct result of the casing head and the pressure test plug of the scrapped.In order to avoid the above situation，the design of a new type of casing head pressure test device，the casing head placed in two bolts connected between the roof and the fl oor between the pressure test to protect the body thread to ensure that the pipe joints Of the quality，while improving the pressure test eff i ciency and security.

casing head ；pressure test device ；design

TE931.1

：B

：1003–6490（2017）07–0133–02

2017–02–11

趙元秀（1982—），女，甘肅蘭州人，工程師，從事石油化工設備軟件研發(fā)工作。