Стенд для исследования резьбовых соединений труб нефтяного сортамента

 

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при исследовании труб нефтяного сортамента, в частности для определения герметичности при разных условиях работы и напряженного состояния резьбовых соединений. Сущность изобретения: стенд состоит из двух опор, гидравлического домкрата, свинченных патрубков труб с заглушками на торцах, схемы обвязки и регистрирующих приборов. Опоры выполнены в виде вертикальных плит, соединенных между собой по крайней мере двумя тягами, имеющими по концам средства для изменения расстояния между плитами. В каждой из плит выполнены по два отверстия с горизонтальной плоскостью в нижней части. Механизм создания осевой нагрузки содержит гидроцилиндр с удлинителем и расположен между опорными плитами, а шток механизма изгиба выполнен с овальным отверстием для размещения удлинителя. Стенд позволяет проводить испытания труб различного типоразмера и длины с приложением изгибающего и растягивающего усилий одновременно. 5 ил.

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при исследовании труб нефтяного сортамента, в частности для определения герметичности при разных режимах работы и напряженного состояния резьбовых соединений.

Известен стенд для исследования обсадных труб на герметичность, включающий непосредственно обсадные трубы на концах которых навинчены заглушки, через которые подается опрессовочный агент [1]. Однако при таком испытании не учитываются реальные нагрузки, действующие на обсадные трубы, особенно в наклонно-направленных скважинах, что понижает достоверность результатов.

Известен стенд для испытаний нефтепромысловых труб и их соединений включающий узел для удержания испытываемого образца, содержащий две опорные плиты с отверстиями под образец, механизм создания осевой нагрузки, содержащий гидроцилиндр и удлинитель, механизм изгиба, содержащий гидроцилиндр со штоком, гидравлическую обвязку и регистрирующие приборы [2].

Указанный стенд обладает рядом недостатков снижающих эффективность приводимых исследований.

1. Стенд не позволяет проводить испытания резьбовых соединений нефтепромысловых труб с созданием осевых сжимающих усилий.

2. На стенде нет возможности проводить одновременные испытания резьбовых соединений различных типоразмеров труб, что важно с точки зрения сравнения их работоспособности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей стенда за счет возможности создания сжимающей нагрузки и обеспечения одновременного испытания различных типоразмеров труб.

Указанная цель достигается тем, что стенд, включающий узел для удержания испытываемого образца, содержащий две опорные плиты с отверстиями под образец, механизм создания осевой нагрузки, содержащий гидроцилиндр и удлинитель, механизм изгиба, содержащий гидроцилиндр со штоком, гидравлическую обвязку и регистрирующие приборы, дополнительно снабжен по крайней мере двумя тягами, расположенными между опорными плитами и имеющими по концам средства для изменения расстояния межу плитами, каждая опорная плита выполнена с дополнительными отверстиями под образцы, механизм создания осевой нагрузки расположен между опорными плитами, а шток механизма изгиба выполнен с овальным отверстием для размещения в нем удлинителя, причем отверстия опорной плиты выполнены с горизонтальной плоскостью в нижней части.

На фиг. 1 изображен стенд в вертикальной плоскости; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - положение элементов стенда при проведении испытаний (вид сверху); на фиг. 4 - вид приспособлений 21 в плоскости чертежа; на фиг. 5 - вид по стрелке В на фиг. 3.

Стенд состоит из опорных плит 1, расположенных на подставках 2. Опорные плиты 1 соединены тягами 3, пропущенными через гладкие отверстия 4 опорных плит 1. На концах тяг 3 нарезана крупная винтовая резьба 5 и навинчены регулировочные гайки: наружная - 6, и внутренняя - 7, между которыми расположена опорная плита 1. Гайка 6 и 7 снабжены воротками 8. В каждой из опорных плит 1 выполнены по два (основное и дополнительное) отверстия 9 с горизонтальной плоскостью в нижней части, в которых размещают исследуемые образцы труб 10, соединенные муфтой 11. На концах образцов труб 10 навинчены заглушки 12, соединенные с нагнетательной линией 13, и заглушки 14, имеющие штуцера 15 для выпуска воздуха при опрессовке образцов труб жидким агентом. Между образцами труб 10 размещен гидроцилиндр 16 и шток 17, имеющий овальное отверстие 18, а между опорными плитами 1 - гидроцилиндр 19 и удлинитель 20, проходящий через овальное отверстие 18 штока 17. Под заглушки 12 и 14 вставлены приспособления 21, для передачи усилия растяжения на образцы труб 10, состоящие из двух половин квадрата и имеющие в верхней части выступы 22 с нарезанной внутри резьбой, куда ввинчен болт 23. Каждая из половин квадрата имеет полуокружности 24, выполненные по наружному диаметру образцов испытуемых труб 10. Измерение стрелы прогиба образцов труб проводят индикаторами 25 типа КИ ГОСТ 577-68.

Для того, чтобы во время проведения испытаний с приложением изгибающего и растягивающего усилий одновременно образцы труб 10, а также гидроцилиндр 16 со штоком 17 не смещались по вертикали относительно тяг 3, гидроцилиндра 19 и удлинителя 20, отверстия 9 в опорных плитах 1 выполнены с горизонтальной плоскостью в нижней части.

При проведении испытаний на стенде свинченные образцы труб 10 с навинченными заглушками 12 и 14 размещают в отверстиях 9 опорных плит 1. Стенд позволяет проводить испытания с образцами различной длины, т.к. расстояние между опорными плитами регулируется с помощью гаек 6 и 7. Для увеличения расстояния отпускаются гайки 6 и поджимаются гайки 7, для уменьшения - поступают наоборот. На стенде можно проводить испытания с образцами труб различного диаметра для чего размер отверстий 9 должен обеспечить пропуск заглушек 12 и 14 наибольшего диаметра испытуемых образцов. Если проводятся испытания с образцами труб различного диаметра, то для совмещения их продольных осей в одной горизонтальной плоскости, под образец меньшего диаметра в отверстия 9 вставляют подставки высотой, равной половине разности наружных диаметров образцов. Наружные размеры приспособлений 21 должны превышать размеры отверстий 9. Для проведения полного комплекса исследований используют следующее оборудование: - опрессовка воздухом производится при помощи компрессора АК2-150М; - опрессовка жидким агентом производится масляным насосом высокого давления плунжерного типа НП-600; - напряженное состояние резьбового соединения или другого любого участка образца трубы замеряют по деформации тензорезисторных датчиков типа ПКП, ПКБ, ФКПА при помощи станции СИИТ-3, позволяющей снимать информацию со ста точек одновременно; - свинчивание образцов труб производится на любом известном станке (например см. Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений. Республ. межвед. науч. техн. сб., Вып. 24, Львов, "Вища школа", 1987, с. 55-57).

На предлагаемом стенде проводят следующие виды испытаний: 1. Определение герметичности резьбовых соединений.

При этом испытании свинченные образцы 10 с навинченными заглушками 12 и 14 размещают в отверстиях 9 опорных плит 1. К заглушкам 12 подключают опрессовочную линию 13 и создают избыточное давление при помощи компрессора или насоса. При опрессовке жидким агентом воздух из внутренней полости образцов 10 стравливают через штуцера 15 заглушек 14. О герметичности соединения судят по критериям существующей методики.

2. Исследование напряженного состояния резьбовых соединений и тела труб при внутреннем избыточном давлении.

Для проведения этих исследований по известной технологии в требуемой части образцов 10 наклеивают необходимое количество тензорезисторных датчиков указанного типа. После этого поступают по пункту 1. Деформацию датчиков измеряют с помощью станции СИИТ-3.

3. Определение стрелы прогиба образцов труб.

Свинченные образцы труб 10 размещают в отверстиях 9. Между образцами 10 размещают шток 17 круглой выточкой к образцу для исключения его смещения, и гидроцилиндр 16, которым создают усилие изгиба. Стенд позволяет размещать механизм изгиба в любом месте по длине образцов труб. При этом испытании замеряют зависимость стрелы прогиба от прилагаемого усилия. Усилие фиксируется по величине давления масла в гидроцилиндре.

4. Исследование герметичности резьбовых соединений при изгибе.

Совмещают исследования по пунктам 3 и 1.

5. Исследование напряженного состояния резьбового соединения при изгибе.

Совмещают исследования по пунктам 3 и 2, при этом процесс опрессовки из пункта 2 исключают.

6. Исследование герметичности и напряженного состояния резьбового соединения при изгибе и внутреннем избыточном давлении.

Совмещают исследования по пунктам 3 и 2 в полном объеме.

7. Исследование резьбовых соединений образцов труб при растяжении.

При этом свинченные образцы 10 с навинченными заглушками 12 и 14 размещают в отверстиях 9 опорных плит 1, а между последними размещают гидроцилиндр 19 и удлинитель 20. Так как диаметр заглушек 12 и 14 меньше размера отверстий 9, то на образцах 10 между заглушками и опорными плитами 1 размещают приспособления 21, через которые передается усилие растяжения на образцы. При этом диаметр полуокружностей 24 должен соответствовать наружному диаметру испытуемых образцов. Обе части приспособления 21 скрепляют ввинчиванием болта 23 в выступы 22. При проведении испытаний, наружные гайки 6 на тягах 3 отпускают, а внутренние - 7 прижимают к опорным плитам 1. Усилие растяжения создают гидроцилиндром 19.

8. Исследование герметичности резьбовых соединений при растяжении.

Совмещают исследования по пунктам 7 и 1.

9. Исследование напряженного состояния резьбового соединения при растяжении.

Совмещают исследования по пунктам 7 и 2, исключая при этом опрессовку из пункта 2.

10. Исследование герметичности и напряженного состояния резьбового соединения при растяжении и внутреннем избыточном давлении.

Совмещают исследования по пунктам 7 и 2 в полном объеме.

11. Исследование резьбового соединения при изгибе и растяжении.

Свинченные образцы труб 10 с навинченными заглушками 12 и 14 размещают в отверстиях 9, а под заглушки вставляют приспособления 21. Между образцами 10 ставят гидроцилиндр 16 со штоком 17, а между опорными плитами 1 размещают гидроцилиндр 19 и удлинитель 20, пропустив его через овальное отверстие 18 штока 17. Создавая усилие гидроцилиндрами 16 и 19 проводят исследования. При проведении такого рода исследований с образцами разного диаметра стрела их прогиба будет неодинаковой, что приведет к перемещению штока 17 в сторону большей стрелы. Для обеспечения этого перемещения без взаимодействия с удлинителем 20, шток 17 имеет овальное отверстие 18.

12. Исследование герметичности резьбового соединения при растяжении и изгибе.

Совмещают исследования по пунктам 11 и 1.

13. Исследование напряженного состояния резьбового соединения при растяжении и изгибе.

Совмещают исследования по пунктам 11 и 2, исключив из пункта 2 опрессовку.

14. Исследование герметичности и напряженного состояния резьбового соединения при растяжении и изгибе.

Совмещают исследования по пунктам 11 и 2 в полном объеме.

15. Исследование резьбовых соединений образцов труб при сжатии.

Для проведения этого испытания берут одну пару свинченных образцов 10 с навинченными заглушками 12 и 14 и размещают ее на месте удлинителя 20, убрав при этом гидроцилиндр 16 и шток 17. Отпустив внутренние гайки 7, с максимальным усилием закручивают наружные гайки 6, после чего затягивают гайки 7. Гидроцилиндром 19 создают усилие сжатия.

16. Исследование герметичности резьбового соединения при сжатии.

Совмещают исследования по пунктам 15 и 1.

17. Исследование напряженного состояния резьбового соединения при сжатии.

Совмещают исследования по пунктам 15 и 2, исключив из пункта 2 процесс опрессовки.

18. Исследование герметичности и напряженного состояния резьбового соединения при сжатии.

Совмещают исследования по пунктам 15 и 2 в полном объеме. Учитывая то, что стенд позволяет проводить исследования с двумя резьбовыми соединениями параллельно, есть возможность проводить их одновременную опрессовку или опрессовывать одно из двух соединений, или проводить сравнительную опрессовку разными агентами одновременно, что повышает эффективность исследований.

Таким образом, снабжение известного стенда для испытания нефтепромысловых труб и их соединений по крайней мере двумя тягами, расположенными между опорными плитами, выполнение в каждой опорной плите дополнительных отверстий под образцы, расположение механизма создания осевой нагрузки между опорными плитами, выполнение штока механизма изгиба с овальным отверстием для размещения в нем удлинителя, и выполнение отверстий опорных плит с горизонтальной плоскостью в нижней части, являются существенными отличиями, позволяющими расширить функциональные возможности стенда за счет создания сжимающей нагрузки и обеспечения одновременного испытания различных типоразмеров труб.

Экономическая эффективность применения стенда обусловлена тем, что комплексное исследование труб в сложных условиях нагружения, имеющих место при бурении скважин, позволит разработать методы и средства для повышения надежности работы резьбовых соединений труб нефтяного сортамента.

Формула изобретения

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ НЕФТЯНОГО СОРТАМЕНТА, включающий узел для удержания испытуемого образца, содержащий две опорные плиты с отверстиями под образцы, механизм создания осевой нагрузки с гидроцилиндром и удлинителем, механизм изгиба в виде гидроцилиндра со штоком, гидравлическую обвязку и регистрирующие приборы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей стенда за счет создания сжимающей нагрузки при обеспечении одновременного испытания различных типоразмеров труб, он снабжен по крайней мере двумя тягами, расположенными между опорными плитами и имеющими по концам средства для изменения расстояния между плитами, каждая плита выполнена с дополнительными отверстиями под образцы, механизм создания осевой нагрузки расположен между опорными плитами, а шток механизма изгиба выполнен с овальным отверстием для размещения в нем удлинителя, причем отверстия опорной плиты выполнены с горизонтальной плоскостью в нижней части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5