一種井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置及其操作方法，屬于室內(nèi)試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，主要用于石油勘探開發(fā)過程中帶有膠筒的井下防噴器的室內(nèi)試驗(yàn)過程。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置由臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分、套管起降部分、壓力施加裝置部分和測試套管部分組成。在試驗(yàn)過程中先將井下防噴器裝入位于套管起降裝置中的測試套筒內(nèi)，通過電動(dòng)葫蘆配合滑輪組合完成井下防噴器的安裝和對中，再用壓力加載裝置施加液壓力使膠筒受載被壓縮，最后向測試套管泵入鉆井液來檢驗(yàn)?zāi)z筒在變形條件下對鉆柱環(huán)空的封隔效果。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置具有操作省力，結(jié)構(gòu)簡單和膠筒變形過程易于觀察的特點(diǎn)，能有效對帶有膠筒的井下防噴器的工作性能進(jìn)行檢驗(yàn)和展示。
【專利說明】一種井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井下防噴器開展相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具體是一種用于對帶有膠筒的井下防噴器進(jìn)行密封試驗(yàn)測試和功能驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油天然氣勘探開發(fā)中，隨著現(xiàn)代石油鉆采技術(shù)的發(fā)展，如深井、超深井、高壓油氣井及廣泛采用的平衡鉆井工藝的發(fā)展，特別是在為發(fā)現(xiàn)、解放和保護(hù)油氣層而日益受到重視的欠平衡(負(fù)壓)鉆井技術(shù)中，由于井下壓力高而復(fù)雜，如果僅靠地面井控設(shè)備控制鉆井過程中流體的流動(dòng)和井內(nèi)壓力會(huì)大大增加井噴事故發(fā)生的可能性,位于深部地層的流體一旦失去控制，就會(huì)導(dǎo)致井噴失控和造成鉆井設(shè)備損壞，進(jìn)而危及鉆井人員的安全和自然環(huán)境的污染，最后因油氣資源的嚴(yán)重破壞而導(dǎo)致油氣井報(bào)廢等后果發(fā)生。當(dāng)一種包含高壓流體的地下構(gòu)造在鉆井過程中被鉆頭刺穿時(shí)，流體的局部壓力可能會(huì)完全超過位于其上部泥漿的液柱壓力，這樣的情況下可能出現(xiàn)井涌現(xiàn)象并且最終導(dǎo)致來自于井環(huán)的鉆井泥漿形成井噴。防噴器作為能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和控制溢流現(xiàn)象，避免油氣資源浪費(fèi)并保護(hù)鉆井設(shè)備及人身安全的關(guān)鍵井控裝置部件，對鉆井、修井和試油等整個(gè)鉆井工程作業(yè)過程中控制井口壓力和防止井噴事故都起著非常重要的作用。防噴器系統(tǒng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:第一階段為手動(dòng)閘板防噴器；第二階段為液壓閘板防噴器和環(huán)形防噴器；第三階段為以高壓、大通徑、可變徑和不斷完善的結(jié)構(gòu)為主要特征的液壓防噴器，現(xiàn)在國內(nèi)外正在著手開發(fā)完善以井下防噴器為代表的第四代產(chǎn)品。
[0003]防噴器系統(tǒng)作為鉆井井控裝置中的核心設(shè)備，目前各種各樣的井口防噴器雖已能有效控制井口井涌井噴事件，但是關(guān)閉井口防噴器防止流體流動(dòng)或控制壓力就有可能會(huì)增加井下井噴的可能性。井下井噴事故的出現(xiàn)對于油氣地層、鉆井設(shè)備和人員安全仍然有很大的威脅，而地面井控操作可能會(huì)存在由于操作失誤和設(shè)備故障引起的地面井噴失控的問題，所以通過對井下防噴器的設(shè)計(jì)研究就可能解決這類問題，也能在深井鉆探過程中有效地控制井噴以保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)圓滿的完成工作要求和提高生產(chǎn)地安全性。
[0004]在井下防噴器中，處于密封部分的膠筒是具有重要作用的核心部件之一，自從這類井下工具問世以來，在工具使用過程中的密封問題一直是人們所關(guān)注的重點(diǎn)。由于工具密封的主要元件一膠筒使用非線性材料制成，在井下防噴過程中通過膠筒座的擠壓變形而達(dá)到密封的作用，其理論研究較難，目前對這類密封元件的研究主要集中在工具的井下工作性能分析和室內(nèi)試驗(yàn)方面，如膠筒的耐溫耐壓以及膠筒對套管接觸應(yīng)力模擬試驗(yàn)研究等。通過調(diào)研得知位于新疆的吐哈油田鉆采工藝研究院曾開展過有關(guān)膠筒接觸應(yīng)力的相關(guān)模擬試驗(yàn)研究，其通過在套管壁周圍分布應(yīng)力傳感器，測得膠筒在密封環(huán)空時(shí)接觸應(yīng)力的大小及分布情況，試驗(yàn)結(jié)果對這類井下工具的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場使用提供了重要的理論依據(jù)，具有十分重要的意義，目前國內(nèi)也有學(xué)者結(jié)合相應(yīng)的室內(nèi)試驗(yàn)裝置得到數(shù)據(jù)，再根據(jù)膠筒的設(shè)計(jì)原理、受力狀態(tài)及力學(xué)特征來分析壓縮式膠筒的工作溫度和工作壓差對其工作性能影響。[0005]因此，在對這一類擁有密封膠筒的井下防噴器設(shè)計(jì)研究過程中，處于設(shè)計(jì)階段的工具在完成樣品制作后會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的室內(nèi)試驗(yàn)來對其功能進(jìn)行驗(yàn)證，并結(jié)合試驗(yàn)過程中的具體試驗(yàn)結(jié)果反過來繼續(xù)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)和完善，然后再試驗(yàn)再改進(jìn)，直到滿足現(xiàn)場運(yùn)用的要求為止。在新的井下防噴器從設(shè)計(jì)在投入現(xiàn)場大規(guī)模實(shí)際運(yùn)用過程中，開展相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)必不可少，而與之相配套的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置的設(shè)計(jì)和制造更具有十分重要的作用和意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了對包含密封膠筒裝置的井下防噴器的密封性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置對現(xiàn)場實(shí)際工況的近似模擬試驗(yàn)來對新型井下防噴器的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，本發(fā)明提供一種用于井下防噴器的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架通過壓力施加裝置和測試套筒相配合，能夠有效的對膠筒在受外載荷條件下的密封效果進(jìn)行考察，同時(shí)該臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷省力。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分，套管起降部分，壓力施加裝置部分和測試套管部分組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架，液壓動(dòng)力源承載裝置和定滑輪組，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的底座使用熱軋工字鋼材料先進(jìn)行氣割工具成型處理和使用角磨機(jī)打磨坡口，再焊接成方形結(jié)構(gòu)以保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為了保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)架內(nèi)部擁有足夠的工具布置空間和較好的力學(xué)性能，采用類似于空腹桁架結(jié)構(gòu)的門框式結(jié)構(gòu)作為實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的主框架，同時(shí)在兩立柱與臺(tái)架底座之間焊接有四根斜撐來防止實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架的橫向擺動(dòng)，在兩立柱與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底梁和頂梁之間焊接有四塊三角筋板來改善整體受力情況。液壓動(dòng)力源承載裝置設(shè)計(jì)成可拆卸式，方便具有一定重量的壓力施加端的安裝和拆卸，承載裝置的下頂板鉆有沉頭孔，使用內(nèi)六角螺釘將壓力施加端底部與下頂板相連接，同時(shí)上頂板和下頂板邊緣處還鉆有四個(gè)或者以上的通孔，使用長腳螺栓通過該通孔與螺母相配合將壓力施加端安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁上，焊接在液壓動(dòng)力源承載裝置上頂板上表面的定滑輪組與其他滑輪組配合，可實(shí)現(xiàn)具有一定重量的井下防噴器的安裝轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。
[0009]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置的主體結(jié)構(gòu)作為實(shí)驗(yàn)過程中的主要承載部件，在開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)其不僅具有較好的穩(wěn)定性以保證實(shí)驗(yàn)的安全可靠進(jìn)行，同時(shí)還擁有較好的力學(xué)性能而使該臺(tái)架能夠承受多種類型的載荷作用。
[0010]本發(fā)明所述的套管起降部分包括套管起降裝置，鋼絲繩，地面定滑輪組和電動(dòng)葫蘆。套管起降裝置底部有一塊支撐板用于放置測試套管和井下工具，在支撐板上安裝有兩個(gè)以上數(shù)量的轉(zhuǎn)動(dòng)連接鉸鏈，將兩塊角鋼與支撐板連接以實(shí)現(xiàn)角鋼繞連接鉸鏈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，三個(gè)或以上數(shù)量的抱箍裝置安裝在角鋼豎直方向并與兩角鋼形成環(huán)形空間，測試套管被放置在環(huán)形空間中便于實(shí)現(xiàn)井下工具在開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)過程中的方便省力安裝和與壓力施加端活塞桿的對中性要求，抱箍裝置中的抱箍環(huán)能快速的安裝與卸下，防止其阻擋從測試套管橢圓視窗中對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，套管起降裝置中滑輪與滑輪支撐件和滑輪穩(wěn)固件三者組合安裝于兩塊角鋼上部位置，與其他滑輪組配合來完成測試套管和井下工具的安裝工作。地面定滑輪組使用地腳螺栓固定于地面上，與電動(dòng)葫蘆相配合帶動(dòng)鋼絲繩的移動(dòng)，電動(dòng)葫蘆作為牽引套管起降裝置繞支撐板上連接鉸鏈做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源，是套管起降部分達(dá)到安裝和拆卸過程快捷省力的重要部件之一。
[0011]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置的套管起降部分能夠快速實(shí)現(xiàn)測試套管和井下工具的安裝和拆卸，采用電動(dòng)葫蘆和鋼絲繩帶動(dòng)滑輪組移動(dòng)的工作方式更加省力，而使用抱箍裝置一方面滿足套管起降裝置在向上移動(dòng)過程中對測試套筒產(chǎn)生徑向約束以便于實(shí)現(xiàn)對中性要求，另一方面也能更加快捷的實(shí)現(xiàn)測試套管和工具的安裝。
[0012]本發(fā)明所述的壓力施加裝置部分包括壓力施加端，液壓控制組件，液壓管線和液壓動(dòng)力源。壓力施加端通過液壓動(dòng)力源承載裝置安裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架頂梁上，其液壓桿方向朝下對準(zhǔn)井下防噴器的一端，通過液壓桿的伸出和回縮動(dòng)作對工具施加壓力使工具中的膠筒被壓縮或回彈。壓力施加端的液壓油進(jìn)出口處安裝有液壓控制組件，通過該組件使施加的壓力大小在一定數(shù)值上保持穩(wěn)定，滿足在一定壓力大小下對膠筒進(jìn)行相關(guān)的密封蹩壓試驗(yàn)要求以檢驗(yàn)?zāi)z筒的密封效果，液壓管線是液壓油的流動(dòng)回路，將液壓動(dòng)力源產(chǎn)生的液壓力輸送到壓力施加端。
[0013]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的壓力施加裝置部分可以模擬外載荷來源端對井下工具進(jìn)行施加力的作用，從而使膠筒受載被壓縮而變形，液壓控制組件能使壓力施加端的壓力輸出保持在一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值范圍內(nèi)。
[0014]本發(fā)明所述的測試套管部分包括上套管和下套管兩部分，兩者通過帶有密封圈的螺紋進(jìn)行連接，在上套管中設(shè)置有一定數(shù)量的橢圓視窗，可通過該結(jié)構(gòu)清晰地觀察到膠筒在受到外載荷時(shí)的變形情況，同時(shí)在下套管下部位置安裝有快速接頭用于作為鉆井液進(jìn)入測試套管的出入口，下套管的底部使用一塊圓形平板進(jìn)行焊接形成密封端。
[0015]由于采用了上述結(jié)構(gòu)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的測試套管部分能夠?qū)ΜF(xiàn)場真實(shí)工況進(jìn)行近似模擬，也能對膠筒受力變形后的密封效果進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)致驗(yàn)證和通過橢圓視窗觀察到膠筒的變形狀態(tài)過程。
[0016]本發(fā)明的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置能夠較好的的模擬井下環(huán)境中井下防噴器的受力情況:通過壓力施加端對工具施加外載荷，工具中膠筒變形封隔套管環(huán)空，通入鉆井液來檢驗(yàn)?zāi)z筒的密封效果。該臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡單，一定程度上滿足了在室內(nèi)試驗(yàn)過程中對井下防噴器膠筒密封性驗(yàn)證的需要，能夠?qū)ぞ咧心z筒受力變化過程進(jìn)行直觀的認(rèn)識(shí)，特別是對壓縮式膠筒膨脹時(shí)施加的壓力和封隔力也有一定的了解。該實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)過程簡單易行，臺(tái)架可操作性強(qiáng)且便捷省力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和例子對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0018]圖1是本發(fā)明中井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是圖1中實(shí)驗(yàn)臺(tái)架液壓動(dòng)力源承載裝置的下頂板結(jié)構(gòu)示意圖
[0020]圖3是本發(fā)明中實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是圖2中實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架結(jié)構(gòu)中三角筋板部分的局部放大視圖。
[0022]圖5是本發(fā)明中實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6是本實(shí)驗(yàn)中套管起降裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖7是圖5中套管起降裝置的俯視圖。[0025]圖8是本發(fā)明中測試套管的全剖視圖。
[0026]圖9是圖7中測試套管的螺紋連接結(jié)構(gòu)局部放大圖。
[0027]圖10是圖7中測試套管上套管的橢圓視窗結(jié)構(gòu)單一剖切面視圖
[0028]圖中標(biāo)記:1-實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座、1-1_底座段一、1-2-底座段二、2-實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架、2-1-實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底梁、2-2-三角筋板、2-3-斜撐、2-4-立柱、2_5_實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁、3-套管起降裝置、3-1-支撐板、3-2-角鋼與支撐板連接鉸鏈、3-2a-鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)套筒、3-2b-鉸鏈轉(zhuǎn)軸、3-2c-銷孔、3-2d-鉸鏈支撐件、3-3-角鋼、3-4-抱箍裝置、3_4a_轉(zhuǎn)軸套筒、3_4b_抱箍轉(zhuǎn)軸、3-4c-抱箍環(huán)、3-5-滑輪穩(wěn)固件、3-6-滑輪支撐件、3-7-定滑輪、4-鋼絲繩、5-壓力施加端、6-液壓動(dòng)力源承載裝置、6-1-螺母、6-2-下頂板、6-2a-通孔、6-2b-沉頭孔、6-3-長腳螺栓、6-4-上頂板、7-定滑輪組、7-1-滑輪支撐件、7-2-頂部滑輪、8-液壓控制組件、9-液壓管線、9-1-進(jìn)液管線、9-2-出液管線、10-測試套管、10-1-上套管、10-2-下套管、10-3-橢圓視窗、10-4-快速接頭、11-電動(dòng)葫蘆、12-地面定滑輪組、12-1-地面滑輪、12-2-地面滑輪支撐架、12-3-地腳螺栓、13-液壓動(dòng)力源。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其例如圖1所示，它包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分如圖2、圖3、圖4、圖5，套管起降部分如圖6、圖7，壓力施加裝置部分如圖1和測試套管部分如圖8、圖9、圖10所組成。
[0030]實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分(如圖2、圖3、圖4、圖5所示)包括了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座1、底座段一 1-1、底座段二 1-2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底梁2-1、三角筋板2-2、斜撐2_3、立柱2-4、實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁2-5、液壓動(dòng)力源承載裝置6、螺母6-1、下頂板6-2、通孔6_2a、沉頭孔6-2b、長腳螺栓6-3、上頂板6-4、定滑輪組7、滑輪支撐件7_1和頂部滑輪7_2。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架2由實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底梁2-1和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁2-5將兩根立柱2-4焊接在一起組成，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底梁2-1和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁2-5位于兩根立柱2-4之間，四塊三角筋板2-2焊接在兩梁與兩立柱之間以改善實(shí)驗(yàn)臺(tái)架整體受力情況。底座段一 1-1和底座段二 1-2采用工字鋼材料加工,先通過氣割工具對原材料進(jìn)行切割處理和角磨機(jī)進(jìn)行坡口打磨,再與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架2用焊接方式連接形成長方形狀的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座I。四根斜撐2-3采用槽鋼加工制成，并將槽鋼兩端切割坡口后焊接在立柱2-4與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座I之間。液壓動(dòng)力源承載裝置6中下頂板6-2 (如圖2所示)中心位置鉆有四個(gè)沉頭孔6-2b和四個(gè)或以上的通孔6-2a,使用內(nèi)六角螺栓將壓力施加端5底部與下頂板6-2形成可拆卸式的螺栓連接形式，便于對壓力施加端5的安裝和更換維修，上頂板6-4也鉆有四個(gè)或以上的通孔，使用長腳螺栓6-3穿過兩頂板間的通孔和螺母6-1相配合將壓力施加端5安裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁2-5的下表面，定滑輪組7由滑輪支撐件7-1和頂部滑輪7-2組成并焊接于上頂板6-4上。
[0031]套管起降部分(如圖6、圖7所示)包括套管起降裝置3、支撐板3-1、角鋼與支撐板連接鉸鏈3-2、鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)套筒3-2a、鉸鏈轉(zhuǎn)軸3-2b、銷孔3_2c、鉸鏈支撐件3_2d、角鋼3_3、抱箍裝置3-4、轉(zhuǎn)軸套筒3-4a、抱箍轉(zhuǎn)軸3-4b、抱箍環(huán)3_4c、滑輪穩(wěn)固件3_5、滑輪支撐件3-6、定滑輪3-7、鋼絲繩4、電動(dòng)葫蘆11、地面定滑輪組12、地面滑輪12_1、地面滑輪支撐架12-2和地腳螺栓12-3。套管起降裝置3中的支撐板3-1安裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底梁2_1中間位置上，其上焊接有兩個(gè)或者以上的角鋼與支撐板連接鉸鏈3-2，便于兩塊角鋼3-3與支撐板3-1形成繞連接鉸鏈3-2的相互轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系以完成測試套管10和井下防噴器的安裝。角鋼與支撐板連接鉸鏈3-2中鉸鏈支撐件3-2d焊接在兩塊角鋼3-3底部，鉸鏈轉(zhuǎn)軸3-2b與其垂直焊接并能在鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)套筒3-2a中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，鉸鏈轉(zhuǎn)軸3-2b未焊接端鉆有銷孔3-2c以便插入蝴蝶銷防止其在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中滑落出鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)套筒3-2a。兩塊角鋼3-3邊緣的豎直方向上間隔一定距離安裝有抱箍裝置3-4，一個(gè)抱箍環(huán)3-4c與兩個(gè)抱箍轉(zhuǎn)軸3-4b焊接而成,抱箍裝置3-4的轉(zhuǎn)軸套筒3-4a軸線位于豎直方向且焊接在兩角鋼上，同時(shí)部件在焊接好后兩個(gè)抱箍轉(zhuǎn)軸3-4b連同抱箍環(huán)3-4c能夠順利插入到轉(zhuǎn)軸套筒3-4a中并能實(shí)現(xiàn)輕松的取出和重新安裝插入。套管起降裝置3中的滑輪穩(wěn)固件3-5焊接在兩塊角鋼3-3的頂部位置，滑輪支撐件3-6和定滑輪3-7組成的定滑輪組又與滑輪穩(wěn)固件3-5焊接而成。地面定滑輪組12由地面滑輪12-1和地面滑輪支撐架12-2組成，通過地腳螺栓12-3固定于地面上并與電動(dòng)葫蘆11擺在一條水平線上。鋼絲繩4 一端起始于定滑輪3-7，繞過位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁2-5上的頂部滑輪7-2和地面定滑輪組12中的地面滑輪12-1，另一端固定在電動(dòng)葫蘆11的轉(zhuǎn)軸上，由電動(dòng)葫蘆11提供動(dòng)力帶動(dòng)鋼絲繩4使套管起降裝置3繞角鋼與支撐板連接鉸鏈3-2轉(zhuǎn)動(dòng)使測試套管10連同井下防噴器由水平放置轉(zhuǎn)為豎直放置，實(shí)現(xiàn)工具的安裝和滿足與壓力施加端5的對中性要求。
[0032]壓力施加裝置部分(如圖1所示)包括了壓力施加端5、液壓控制組件8、液壓管線
9、進(jìn)液管線9-1、出液管線9-2和液壓動(dòng)力源13。液壓動(dòng)力源13通過進(jìn)液管線9_1連接壓力施加端5上的液壓控制組件8，然后再通過出液管線9-2回到液壓動(dòng)力源13而形成一個(gè)閉環(huán)液壓回路，液壓動(dòng)力源13提供液壓力給壓力施加端5，使其作用于井下防噴器而使工具中的膠筒受載產(chǎn)生變形測試套管10形成密封。
[0033]測試套管部分(如圖8、圖9、圖10所示)包括了測試套管10、上套管10_1、下套管10-2、橢圓視窗10-3和快速接頭10-4。套管10-1和下套管10_2通過帶有密封圈的螺紋進(jìn)行連接，下套管10-2的底部使用一塊圓形平板與之焊接形成密封端，在上套管10-1上端合適位置開設(shè)有一定數(shù)量的橢圓視窗10-3，便于對膠筒變形密封過程進(jìn)行觀察。當(dāng)需要觀察膠筒的受力變形過程時(shí)可將測試套管10的下套管10-2通過螺紋連接卸下，使工具的膠筒露在橢圓視窗10-3的范圍內(nèi)；當(dāng)需要檢驗(yàn)?zāi)z筒在真實(shí)工況下的密封效果時(shí)，要將下套管10-2通過螺紋連接旋轉(zhuǎn)安裝好后再泵入鉆井液進(jìn)行相關(guān)的憋壓試驗(yàn)?？焖俳宇^10-4安裝于下套管10-2的底部，其主要作用是與輸送鉆井液的管線接頭實(shí)現(xiàn)快速連接。
[0034]井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的主要過程分為以下幾個(gè)步驟:
[0035]a.先將測試套管10水平放置在套管起降裝置3和角鋼3_3之間，然后將抱箍環(huán)3-4c連同抱箍轉(zhuǎn)軸3-4b插入到轉(zhuǎn)軸套筒3-4a中，使測試套管10被約束在抱箍裝置3_4形成的環(huán)形空間中，再將井下防噴器裝入到測試套管10中；
[0036]b.將鋼絲繩4繞過定滑輪組7中的頂部滑輪7-2和地面定滑輪組12中的地面滑輪12-1，并與電動(dòng)葫蘆11相連接，啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆11讓鋼絲繩4帶動(dòng)套管起降裝置3繞角鋼與支撐板連接鉸鏈3-2轉(zhuǎn)動(dòng)，使測試套管10連同井下防噴器由水平放置轉(zhuǎn)為豎直放置，再移動(dòng)安裝在測試套管10中的井下防噴器，完成與壓力施加端5的液壓活塞桿對中操作；
[0037]c.啟動(dòng)液壓動(dòng)力源13，使液壓油通過進(jìn)液管線9-1流過液壓控制組件8后進(jìn)入壓力施加端5，液壓力推動(dòng)壓力施加端5的活塞桿向下移動(dòng)并作用在井下防噴器一端上，使工具中的膠筒受外載荷作用而產(chǎn)生膨脹變形，膠筒的變形達(dá)到一定程度后即對測試套管10與井下防噴器之間的環(huán)空進(jìn)行封隔；
[0038]d.將鉆井液管線與位于測試套管10中下套管10-2上的快速接頭10-4相連接，利用液壓泵將鉆井液泵入其中后觀察膠筒的密封效果，在鉆井液輸入液壓值達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)要求值后，關(guān)掉液壓動(dòng)力源13，由液壓控制組件8將壓力施加端5的壓力保持在一定數(shù)值附近范圍內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間后再觀察膠筒對套管環(huán)空的密封效果；
[0039]e.試驗(yàn)完成后將下套管10-2中的鉆井液反抽出去，重新啟動(dòng)液壓動(dòng)力源13，使液壓油通過出液管線9-2回到動(dòng)力源油池中，此時(shí)壓力施加端5的液壓活塞桿向上回縮，測試套管10中井下防噴器的膠筒回彈將環(huán)空位置重新釋放出來，啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆11將套管起降裝置3緩緩放倒，取下井下防噴器后再取出膠筒并檢查變形情況；
[0040]f.如要觀察井下防噴器中膠筒在受外載荷時(shí)的整個(gè)變形密封過程，可將井下防噴器裝入到測試套管10中之前先旋轉(zhuǎn)螺紋連接將下套管10-2卸下,只使用上套管10-1作為測試套管主要部分，安裝過程按照上述實(shí)驗(yàn)過程中的操作步驟進(jìn)行，在不泵入鉆井液的試驗(yàn)條件下，通過預(yù)先在上套管10-1合適位置開設(shè)的橢圓視窗10-3中觀察到膠筒的整個(gè)變形過程；
[0041]g.試驗(yàn)完成后將測試套管內(nèi)表面的鉆井液清除干凈，并對實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)臺(tái)架由實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分，套管起降部分，壓力施加裝置部分和測試套管部分組成；實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座(1)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架(2)，液壓動(dòng)力源承載裝置(6)和定滑輪組(7);套管起降部分包括套管起降裝置(3)，鋼絲繩(4)，電動(dòng)葫蘆(11)和地面定滑輪組(12);壓力施加裝置部分包括壓力施加端(5)，液壓控制組件(8)，液壓管線(9)和液壓動(dòng)力源(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分中實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架(2)由實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底梁(2-1)，三角筋板(2-2)，斜撐(2-3)，立柱(2-4)，和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁(2-5)組成；實(shí)驗(yàn)臺(tái)架底座(1)由底座段一(1-1)和底座段二(1-2)焊接組成。
3.如權(quán)利要求1所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分中液壓動(dòng)力源承載裝置(6)安裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主框架(2)的頂梁(2-5)上，液壓動(dòng)力源承載裝置(6)的下頂板(6-2)中部位置設(shè)置有四個(gè)沉頭孔(6-2b)，使用內(nèi)六角螺釘通過沉頭孔(6-2b)將壓力施加端(5)底部固定于下頂板(6-2)上；下頂板(6-2)和上頂板(6-4)靠近邊緣處設(shè)置有四個(gè)以上的通孔(6-2a)，使用長腳螺栓(6-3)和螺母(6-1)通過通孔(6-2a)將兩頂板連同壓力施加端(5)裝配在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架頂梁(2-5)中部位置處。
4.如權(quán)利要求1所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的套管起降裝置(3)底部的支撐板(3-1)通過兩個(gè)以上的角鋼與支撐板連接鉸鏈(3-2)與兩塊角鋼(3-3)形成可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，安裝于角鋼(3-3)外圍一棱邊上的三個(gè)或三個(gè)以上的抱箍裝置(3-4)與角鋼形成環(huán)形空間，滑輪穩(wěn)固件(3-5)與滑輪支撐件(3-6)和定滑輪(3-7)安裝于兩塊角鋼(3-3)上端部位置。
5.如權(quán)利要求1或4所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的套管起降裝置(3 )中抱箍裝置(3-4 )由轉(zhuǎn)軸套筒(3-4a)，抱箍轉(zhuǎn)軸(3_4b )和抱箍環(huán)(3_4c )組成，一個(gè)抱箍環(huán)(3-4c)和兩個(gè)抱箍轉(zhuǎn)軸(3-4b)焊接好后插入到轉(zhuǎn)軸套筒(3-4a)中，并與兩塊角鋼(3-3)形成環(huán)形空間，用于放置測試套管(10)。
6.如權(quán)利要求1或4或5所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的套管起降裝置(3)中測試套管(10)被安放在由抱箍裝置(3-4)和兩塊角鋼(3-3)形成的環(huán)形空間內(nèi)，便于測試套管(10)和位于套管內(nèi)的試驗(yàn)工具滿足試驗(yàn)過程中的對中性要求；角鋼與支撐板連接鉸鏈(3-2)中鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)套筒(3-2a)和鉸鏈支撐件(3-2d)焊接好后安裝于角鋼(3-3)底部，鉸鏈轉(zhuǎn)軸(3-2b)上鉆有安裝蝴蝶銷的銷孔(3-2c)。
7.如權(quán)利要求1或3所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分中定滑輪組(7)由滑輪支撐件(7-1)和頂部滑輪(7-2)組成并焊接于液壓動(dòng)力源承載裝置(6)的上頂板(6-4)中間位置；套管起降裝置(3)中定滑輪(3-7)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主體結(jié)構(gòu)部分中定滑輪組(7)和地面定滑輪組(12)中地面滑輪(12-1)三滑輪組成的輪系通過鋼絲繩(4)與電動(dòng)葫蘆(11)相連接，由電動(dòng)葫蘆(11)提供動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)套管起降裝置(3)繞角鋼與支撐板連接鉸鏈(3-2)的旋轉(zhuǎn)起降運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的壓力施加裝置部分中壓力施加端(5)動(dòng)力來源于通過和液壓管線(9)相連接的液壓動(dòng)力源(13)，液壓控制組件(8)能實(shí)現(xiàn)壓力施加端(5)輸出的壓力穩(wěn)定保持在一定范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1或6所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置，其特征在于:所述的測試套管(10)由上套管(10-1)和下套管(10-2)通過螺紋連接，在上套管(10-1)上部適當(dāng)位置設(shè)置有位置有一定數(shù)量的橢圓視窗(10-3)用于觀察井下防噴器中膠筒的變形情況，在下套管(10-2)底部安裝有快速接頭(10-4)，主要用來與輸送鉆井液的管線接頭實(shí)現(xiàn)快速連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1一 9任一所述的井下防噴器實(shí)驗(yàn)臺(tái)架裝置的操作方法，其特征在于所述操作方法的步驟如下: a.先將測試套管10水平放置在套管起降裝置3和角鋼3-3之間，然后將抱箍環(huán)3-4c連同抱箍轉(zhuǎn)軸3-4b插入到轉(zhuǎn)軸套筒3-4a中，使測試套管10被約束在抱箍裝置3_4形成的環(huán)形空間中，再將井下防噴器裝入到測試套管10中； b.將鋼絲繩4繞過定滑輪組7中的頂部滑輪7-2和地面定滑輪組12中的地面滑輪12-1，并與電動(dòng)葫蘆11相連接，啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆11讓鋼絲繩4帶動(dòng)套管起降裝置3繞角鋼與支撐板連接鉸鏈3-2轉(zhuǎn)動(dòng)，使測試套管10連同井下防噴器由水平放置轉(zhuǎn)為豎直放置，再移動(dòng)安裝在測試套管10中的井下防噴器，完成與壓力施加端5的液壓活塞桿對中操作； c.啟動(dòng)液壓動(dòng)力源13，使液壓油通過進(jìn)液管線9-1流過液壓控制組件8后進(jìn)入壓力施加端5，液壓力推動(dòng)壓力施加端5的活塞桿向下移動(dòng)并作用在井下防噴器一端上，使工具中的膠筒受外載荷作用而產(chǎn)生膨脹變形，膠筒的變形達(dá)到一定程度后即對測試套管10與井下防噴器之間的環(huán)空進(jìn)行封隔； d.將鉆井液管線與位于測試套管10中下套管10-2上的快速接頭10-4相連接，利用液壓泵將鉆井液泵入其中后觀察膠筒的密封效果，在鉆井液輸入液壓值達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)要求值后，關(guān)掉液壓動(dòng)力源13，由液壓控制組件8將壓力施加端5的壓力保持在一定數(shù)值附近范圍內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間后再觀察膠筒對套管環(huán)空的密封效果； e.試驗(yàn)完成后將下套管10-2中的鉆井液反抽出去，重新啟動(dòng)液壓動(dòng)力源13，使液壓油通過出液管線9-2回到動(dòng)力源油池中，此時(shí)壓力施加端5的液壓活塞桿向上回縮，測試套管10中井下防噴器的膠筒回彈將 環(huán)空位置重新釋放出來，啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆11將套管起降裝置3緩緩放倒，取下井下防噴器后再取出膠筒并檢查變形情況； f.如要觀察井下防噴器中膠筒在受外載荷時(shí)的整個(gè)變形密封過程，可將井下防噴器裝入到測試套管10中之前先旋轉(zhuǎn)螺紋連接將下套管10-2卸下,只使用上套管10-1作為測試套管主要部分，安裝過程按照上述實(shí)驗(yàn)過程中的操作步驟進(jìn)行，在不泵入鉆井液的試驗(yàn)條件下，通過預(yù)先在上套管10-1合適位置開設(shè)的橢圓視窗10-3中觀察到膠筒的整個(gè)變形過程; g.試驗(yàn)完成后將測試套管內(nèi)表面的鉆井液清除干凈，并對實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。
【文檔編號】E21B47/117GK103573256SQ201310426372
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】劉清友, 徐濤, 黎偉 申請人:西南石油大學(xué)