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    新型井口井控產(chǎn)品試驗裝置

    2019-01-30 05:56:40任明杰鄧康一
    中國重型裝備 2019年1期
    關鍵詞:噴器閘板試驗機

    任明杰 鄧康一

    (1. 金屬材料擠壓/鍛造國家重點實驗室 陜西710032;2. 陜西工商職業(yè)學院 陜西700068)

    井口井控產(chǎn)品試驗裝置是石油鉆井防噴器、井口裝置和采油樹等井口井控產(chǎn)品性能鑒定試驗所必備的大型成套設備。傳統(tǒng)的實驗裝置為單一平臺模式,一個平臺只能做一個單項實驗,新型井口井控產(chǎn)品試驗裝置將傳統(tǒng)的多個實驗平臺集中到一臺試驗機上,這樣,一臺試驗機不僅能做多個單項實驗,也可以兩個平臺組合做復合實驗,通過計算機控制,更加逼真地模擬防噴器、懸掛器、閥門等在井場上的各種工作狀態(tài),驗證其在高低溫環(huán)境下的強度和性能是否滿足設計要求,并且能夠?qū)υ囼灲Y(jié)果進行科學分析,為產(chǎn)品改進及新產(chǎn)品研發(fā)奠定了理論基礎。

    1 試驗產(chǎn)品的最大規(guī)格

    套管頭:TGT18 3/4×13 5/8-105,直徑?1360 mm,高1200 mm。

    閘閥:PFF130-105,端距889 mm,高1860 mm。

    閘板防噴器和環(huán)形防噴器的最大尺寸見圖1和圖2。

    2 試驗裝置的組成及其功能

    新型井口井控產(chǎn)品試驗裝置主要由防噴器試驗機主機、防噴器試驗機液壓系統(tǒng)和高低溫液壓系統(tǒng)三大部分組成。

    圖1 閘板防噴器Figure 1 Ram blowout preventer

    圖2 環(huán)形防噴器Figure 2 Annular blowout preventer

    2.1 防噴器試驗機

    該試驗機是防噴器操作性能試驗的主要設備。在該設備上可以完成防噴器在室溫下的全部試驗,包括閘板防噴器和環(huán)形防噴器的15個試驗,旋轉(zhuǎn)防噴器的9個試驗。其中閘板防噴器的懸掛試驗、旋轉(zhuǎn)防噴器的動壓試驗和全部防噴器的強行起下鉆壽命試驗,是這臺設備的主要功能。

    2.1.1 防噴器試驗機的結(jié)構(gòu)

    試驗機總共分為4層,如圖3所示,每一層是一個實驗平臺,設有梯子圍欄,從地坑或車間地面都可以上下試驗機的每一層。底層為安裝平臺,用以安裝各種實驗產(chǎn)品,是一個靜止平臺。上面三層實驗平臺為可移動平臺,每個平臺上都安裝有4個車輪,在平臺移動缸的驅(qū)動下,可以在機架的導軌上前后移動。平臺做實驗時,平臺移動缸將平臺推到工作位(圖示位),平臺上的插銷缸將4個插銷推到機架的插銷孔中,插銷不僅起定位作用,主要是承受實驗時移動平臺和機架之間的載荷,實驗完畢后,插銷缸將插銷拔出,平臺移動缸8將平臺拉回待機位。

    1—安裝平臺 2—防噴器 3—機架 4—蓄能器 5—懸掛實驗平臺 6—旋轉(zhuǎn)實驗平臺 7—強起下鉆實驗平臺 8—平臺移動缸 9—梯子圍欄

    試驗機的機架采用組合式框架,拉桿、螺母、壓套采用預應力連接方式,將兩側(cè)機架和安裝平臺固定成一體,安裝平臺與機架之間裝有十字鍵,以承受上下左右方向的載荷。

    2.1.2 防噴器試驗機的功能

    第一層為安裝平臺,平臺內(nèi)裝有模擬井口,井口與防噴器高低溫試驗用液壓站連接,模擬現(xiàn)場井口的各種工況,實驗產(chǎn)品安裝在井口上。為平衡通過鉆桿的井壓變化,有一組蓄能器與模擬井口相連接。

    第二層為懸掛實驗平臺,安裝主油缸,做閘板防噴器的懸掛試驗。最大實驗載荷為3000 kN,最大行程為600 mm。根據(jù)實驗要求,可通過調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力值來調(diào)整實驗載荷值。油缸內(nèi)裝有磁質(zhì)伸縮式位移傳感器,油缸活塞桿端部安裝有壓力傳感器,在上位機上可以實時顯示實驗的位移和載荷值。對于不同高度的防噴器,可用鉆桿短接調(diào)節(jié)。在這個平臺上也可以做套管頭懸掛器的載荷試驗。

    第三層為旋轉(zhuǎn)實驗平臺,安裝了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置,做旋轉(zhuǎn)防噴器的動壓試驗。旋轉(zhuǎn)動力來自一臺大扭矩的液壓馬達,馬達驅(qū)動轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動最大轉(zhuǎn)速為320 r/min,最大扭矩為3000 N·m,可通過調(diào)整液壓系統(tǒng)的流量來調(diào)整轉(zhuǎn)速,馬達輸出端裝有一個扭矩轉(zhuǎn)速傳感器,在試驗過程中,可以將實時扭矩和轉(zhuǎn)速傳到上位機。

    第四層為強起下鉆實驗平臺,做強行起下鉆壽命試驗。強行起下鉆最大載荷為500 kN,強行起下鉆最大速度為600 mm/s,根據(jù)實驗要求,可通過液壓系統(tǒng)調(diào)整壓力和速度值,強行起下鉆有效行程為1500 mm,導向桿上安裝有位移傳感器,將實時的位移和速度傳到上位機。

    2.1.3 防噴器試驗機的實驗工位

    待機狀態(tài)時,三個實驗平臺都后退到待機位置,可進行防噴器的吊裝作業(yè)。開始試驗時,根據(jù)需要把某一個實驗平臺推到工作位置,插銷定位后就可進行試驗。其中比較典型的實驗有:

    (1)第二層懸掛實驗平臺移動到工作位,其余平臺均在待機位,可做閘板防噴器的懸掛試驗。

    (2)第三層旋轉(zhuǎn)實驗平臺和第四層強起下鉆實驗平臺移動到工作位,第二層懸掛實驗平臺在待機位,可做鉆桿動壓試驗,鉆桿在旋轉(zhuǎn)的同時,做小幅度的往復運動。

    (3)第四層強起下鉆實驗平臺移動到工作位,其余平臺在待機位,可以做強起下鉆實驗。

    2.2 防噴器試驗機液壓系統(tǒng)

    該系統(tǒng)為試驗機設備的動作和實驗產(chǎn)品提供油源,最高壓力為31.5 MPa。

    系統(tǒng)的液壓泵站由油箱、液壓泵、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、循環(huán)過濾系統(tǒng)及相關閥件和管道組成。每一回路都配備壓力表和壓力傳感器,壓力值實時傳到上位機上,每一個回路上裝有保壓閥,主泵泄壓后,回路壓降小于0.5 MPa/15 min。

    液壓閥采用模塊化設計,集中排列。強起下鉆實驗平臺的油缸回路采用大通徑比例換向閥,保證在高速運行狀態(tài)下?lián)Q向平穩(wěn)。實驗產(chǎn)品回路采用比例溢流閥,在上位機上可以實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力,以適應各種規(guī)格產(chǎn)品的試驗要求。

    為防止實驗產(chǎn)品內(nèi)的雜質(zhì)污染油路,在系統(tǒng)試驗回路的末端加裝高壓過濾器組和單向閥,保證油液在濾油器中單向流動。

    2.3 高低溫液壓系統(tǒng)

    該系統(tǒng)采用的是防噴器高低溫試驗專用液壓站,液壓站的油箱分為冷熱兩部分,冷油部分供高壓系統(tǒng)使用,提供油缸壓力和井壓;熱油部分供離心泵使用,提供液壓油灌注或熱油循環(huán)。為滿足實驗要求,該系統(tǒng)采用工作溫度為-26℃~+180℃的高低溫專用液壓油,最高壓力為31.5 MPa。

    3 結(jié)論

    首臺新型井口井控產(chǎn)品試驗裝置于2015年在江蘇鹽城某單位安裝調(diào)試后,已運行兩年多,期間進行了大量各種產(chǎn)品的性能試驗,從用戶反饋的信息來看,該設備運行可靠,實驗數(shù)據(jù)準確,實驗產(chǎn)品范圍廣,達到了最初的設計要求。

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