專利名稱：油井管螺紋接頭擰接試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置。
背景技術：
油井管是用于油氣探采的專用管，依靠螺紋連接形成管柱深入地層進行探采作業。油井管現場端在實際應用過程中，往往需要對螺紋反復上卸扣，螺紋損傷后，會影響螺紋連接后的滑脫強度和密封性能，嚴重的粘扣發生后，只能切頭重新加工修復。因此，上卸扣擰接后螺紋的完整性是油井管重要的使用性能之一。API 5B(美國石油學會標準——套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗規范)明確規定，油管經過上卸扣4次后螺紋應保持沒有損傷，油田用戶則希望能承受更多的上卸扣次數，往往要求按照API 5C5(美國石油學會標準——套管和油管接頭評估推薦作法)對油井管產品進行評價后才批量使用，其中，上卸扣次數是評價的一個重要指標；在日常生產中，油井管制造商也是經常要研究油井管上卸扣后螺紋的完整性。
油田現場對油井管的作業是在井架上進行的，井架高度要能滿足1～3根管子豎立擺放。目前，油井管普遍采用API標準的II級和III級長度，根據API標準，單根油管長度至少8.53m，單根套管長度至少7.62m，幾根管子相連，長度會更長，因此，井架高度設計一般從10多米到30多米。作業時依靠液壓大鉗驅動一根管子或2～3根管子連接的管柱轉進給，達到上扣或卸扣的目的。
為了模擬實際使用條件，研究產品的實物質量，需要進行油井管上卸扣擰接試驗，如圖1所示，是現有油井管螺紋接頭擰接試驗裝置的結構示意圖，其中，11’是下樣管，12’是上樣管，兩者通過接箍103’上下連接；所述的下樣管11’還使用若干夾緊裝置101’夾持住；液壓大鉗102’通過鋼絲繩104’掛吊在懸臂梁105’架子上。
上卸扣試驗過程為
步驟1進行上扣試驗，利用夾緊裝置101’將下樣管11’夾持住，通過手工或機器擰上接箍103’，然后手工擰上上樣管12’，隨后用液壓大鉗102’夾住上樣管12’，通過液壓驅動液壓大鉗102’將樣管擰接到規定的扭矩。
步驟2進行卸扣試驗，下樣管11’、接箍103’及上樣管12’已經連接上，使用夾緊裝置101’將下樣管11’夾持住，液壓大鉗102’夾住上樣管12’，通過液壓系統反向驅動液壓大鉗102’將螺紋連接擰開。
循環上述整個試驗過程，進行反復上卸扣試驗。
上述試驗用的樣管是在油井管全長上截取的其中帶螺紋的一端，API5C5(美國石油學會標準——套管和油管接頭評估推薦作法)規定，樣管長度為LP，LP≥{D+6×(Dt)1/2}，其中，D為樣管外徑，t為樣管壁厚，受擰接試驗機本身功能的限制及試驗場地空間的限制，樣管長度一般取0.5～3米，其長度很難再加長。
由此可見，試驗室條件下的擰接與油田現場井架上的擰接兩者基本區別是長度上的不同，但由此造成了螺紋受力的不同，螺紋的損壞程度也不同。在井架上進行螺紋上卸扣時，作用于螺紋上的管子重量遠遠高于試驗室中樣管作用于螺紋的重量，造成引扣困難，并且螺紋嚙合初期容易破損；另外，井架上作業管子長度長，受管子直度、管子與井口中心的偏差以及旋轉過程中晃動的影響，管子旋轉過程中管子中心偏移井口中心，管子自重在螺紋上形成偏心矩，造成螺紋承受附加載荷，容易損傷螺紋表面。相比較而言，試驗條件下，螺紋主要是承受擰接力矩，而樣管重量的影響很小。因此，目前試驗室條件下的上卸扣試驗與油田現場端操作相比，螺紋實際受力不同，仿真性較差，造成兩者試驗結果的可比性下降，造成油井管制造者和使用者對實際使用狀況的了解不一致，不利于產品實物質量的評價。
發明內容
本實用新型的目的在于提供一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其可模擬油田現場操作時的螺紋擰接過程，仿真螺紋的受力狀況，為研究螺紋接頭破壞機理提供研究方法，便于油井管制造商掌握螺紋失效規律，為改進產品質量提供依據，也為油井管生產廠和使用者共同分析油井管螺紋失效異常提供有效的測試評價方法。
為達到上述目的，本實用新型提供一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其包含兩種技術方案，特點是，兩種技術方案均通過加載重物以模擬產生偏心矩，從而可模擬油田現場操作時的螺紋擰接過程。
第一種方案中，本實用新型提供的一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其包含液壓大鉗、接箍和夾緊裝置，特點為，還包含重物傾斜加載裝置；所述的液壓大鉗夾持住上樣管；所述的接箍同軸連接上樣管和下樣管；所述的夾緊裝置將下樣管夾持住；所述的重物傾斜加載裝置包含一重物和一穩偏裝置；所述的穩偏裝置是一固定設置在懸臂梁上的圓柱體穩偏裝置，其中心軸與下樣管的中心軸處于同一軸線上；所述的重物連接上樣管的上端，該重物的中心軸與上樣管的中心軸處于同一軸線上，且呈一定角度傾斜；所述的重物的上端始終與圓柱體穩偏裝置的側面接觸，且重物和上樣管的總長度不小于接箍下端面到穩偏裝置下端面的長度，使重物繞該圓柱體穩偏裝置轉動時，重物的上端不會脫離穩偏裝置，且保持傾斜角度和偏心距不變；所述的重物通過螺紋連接或焊接連接，加載在上樣管上端；所述的穩偏裝置可拆換不同直徑的圓柱體穩偏裝置，從而使重物與上樣管呈不同的角度傾斜，模擬不同的偏心矩。
第二種方案中，本實用新型提供的一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其包含液壓大鉗、接箍和夾緊裝置，特點為，還包含重物偏移加載裝置；所述的液壓大鉗夾持住上樣管；所述的接箍同軸連接上樣管和下樣管；所述的夾緊裝置將下樣管夾持住；所述的重物偏移加載裝置為一加載于上樣管側部的重物，該重物的中心軸與上樣管的中心軸不在同一軸線上，產生偏心矩；所述的重物通過帶柄插入式或者焊接式加載在上樣管的側部；所述的帶柄插入式加載方式，特點為，重物上設置有一圓柱體狀把柄，該圓柱體狀把柄的直徑小于上樣管的內徑，可將其插入上樣管中，實現帶柄插入式加載方式。
本實用新型提供的油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，根據油井管現場端的實際承受載荷提出了模擬方法，首先是在樣管上進行配重，使其重量與需要模擬的管柱重量相當，同時進行重心偏移，從而形成偏心矩，模擬井架上操作時管柱重心偏移井口中心的情形，從而達到仿真油井管現場端作業的目的。
本實用新型應用范圍較廣，對于無接箍的直連型油井管亦可使用。
圖1為現有油井管螺紋接頭擰接試驗裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型第一種技術方案的結構示意圖；圖3為本實用新型提供的一種帶柄插入式重物的結構示意圖；圖4為本實用新型第二種技術方案的結構示意圖。
具體實施方式
以下根據圖2～圖4，具體說明本實用新型的最佳實施方式。
如圖2所示，是本實用新型的第一種技術方案的結構示意圖，其包含夾緊裝置101、液壓大鉗102和接箍103，特點為，還包含重物傾斜加載裝置；所述的液壓大鉗102夾持住上樣管11；所述的接箍103同軸連接上樣管12和下樣管11；所述的夾緊裝置101將下樣管11夾持住；所述的重物傾斜加載裝置包含一重物1061和一穩偏裝置1062；所述的穩偏裝置1062是一固定設置在懸臂梁105上的圓柱體穩偏裝置，其中心軸與下樣管11的中心軸處于同一軸線上；所述的重物1061連接上樣管12的上端，該重物1061的中心軸與上樣管12的中心軸處于同一軸線上，且呈一定角度傾斜；所述的重物1061的上端始終與圓柱體穩偏裝置1062的側面接觸并且可繞該圓柱體穩偏裝置1062轉動，在轉動過程中保持傾斜角度不變，即保持偏心矩不變；所述的重物1061通過螺紋連接或焊接連接，加載在上樣管12的上端；所述的穩偏裝置1062可拆換不同直徑的圓柱體穩偏裝置，從而使重物1061與上樣管12呈不同的角度傾斜，模擬不同的偏心矩。
設重物1061和上樣管12的總質量為G，而在油井現場使用的一根油井管的重量為g，則有G＝Ng，N＝1～3，即配重后，重物1061與上樣管12的總重量與需要模擬的油井管的重量相當；設重物1061與上樣管12呈Φ角度傾斜，其軸線與下樣管軸線的偏移距離為e，在旋轉過程中，保持傾斜角度Φ以及傾斜斜度Φ/(2L1)不變，即保持了偏心矩G×e不變；設圓柱體穩偏裝置1062的直徑為Φ，采用不同直徑Φ的穩偏裝置1062，就可改變重物1061和上樣管12的軸線與下樣管軸線的偏移距離e，從而改變偏心距G×e的大小，由此可模擬不同偏心距條件下，自重對螺紋擰接的影響；根據油田現場實際使用過程的觀察結果，重物1061和上樣管12的軸線與下樣管軸線的偏移距離e一般為0～0.5米；同時，L2≥NL+L1，其中，NL是接箍103長度，L1是接箍103上端面到穩偏裝置1062下端面的距離，L2是重物1061和上樣管12的總長，以此保證重物1061和上樣管12轉動時，重物1061的上端不會脫離穩偏裝置1062。
根據本技術方案，參見以下一具體實施例模擬3根73.02×5.51加厚的油管連接成的管柱在井架上作業。已知73.02×5.51加厚油管每根約86公斤，則配重后，重物與上樣管的總重量是3倍管柱的重量，即258公斤，配重采用實心樣棒，通過螺紋連接或焊接的方式與上樣管連接，并且兩者的軸線一致，再與接箍和下樣管組成一套試樣。上樣管的重量就加載在螺紋上，從而仿真3根73.02×5.51加厚油管自重對現場端螺紋的影響。在懸臂梁上固定一個圓柱體，其直徑為10～150mm。上卸扣試驗時，組合樣管的上端始終繞著圓柱體轉動，保證傾斜角度的穩定性，從而模擬現場作業管子旋轉過程中管子中心偏移井口中心的情況。
如圖4所示，是本實用新型提供的一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置的第二種方案的結構示意圖，其包含夾緊裝置101、液壓大鉗102和接箍103，特點為，還包含重物偏移加載裝置；所述的液壓大鉗102夾持住上樣管11；所述的接箍103同軸連接上樣管12和下樣管11；所述的夾緊裝置101將下樣管11夾持住；所述的重物偏移加載裝置為一加載于上樣管12側部的重物107，該重物107的中心軸與上樣管12的中心軸不在同一軸線上，產生偏心矩；所述的重物107通過帶柄插入式或者焊接式加載在上樣管12的側部；所述的帶柄插入式加載方式，特點為，重物上設置有一圓柱體狀把柄1071，該圓柱體狀把柄1071的直徑小于上樣管12的內徑，可將其插入上樣管12中，實現帶柄插入式加載方式。
設重物107與上樣管12的總質量為G，長度為L3，重物107的重心與上樣管12軸線的偏移距離為e，產生的偏心矩為G×e；可通過改變重物107的形狀大小，從而改變重物107的重心與上樣管12軸線的偏移距離e，從而產生不同的偏心矩G×e；就可模擬不同偏心距條件下的自重對螺紋擰接的影響，e一般取0～0.5米；根據本技術方案，參見以下一具體實施例模擬2根127×9.19鉆桿連接的管柱在井架上作業；已知127×9.19的鉆桿每根重320公斤，則配重后，重物107與上樣管12的總重量為2倍的單根鉆桿重量，即640公斤采用帶柄插入式在上樣管12上加載重物107，依靠把柄1071插入上樣管12，從而將重物107掛吊在上樣管12上，其重心離上樣管12軸線的偏移距離為10～100mm，采用這種方式模擬2根127×9.19連接鉆桿在井架作業情形，使井口的螺紋承受管柱自重及其偏心矩的載荷，在此受載條件下，進行上卸扣試驗，可以達到仿真現場端作業的目的。
權利要求1.一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，包含夾緊裝置(101)、液壓大鉗(102)和接箍(103)，特征在于，還包含重物傾斜加載裝置；所述的液壓大鉗(102)夾持住上樣管(11)；所述的接箍(103)同軸連接上樣管(12)和下樣管(11)；所述的夾緊裝置(101)將下樣管(11)夾持住；所述的重物傾斜加載裝置包含重物(1061)和穩偏裝置(1062)；所述的穩偏裝置(1062)是一固定設置在懸臂梁(105)上的圓柱體穩偏裝置，其中心軸與下樣管(11)的中心軸處于同一軸線上；所述的重物(1061)連接上樣管(12)的上端，該重物(1061)的中心軸與上樣管(12)的中心軸處于同一軸線上，且呈一定角度傾斜；所述的重物(1061)的上端始終與圓柱體穩偏裝置(1062)的側面接觸，且重物(1061)和上樣管(12)的總長度不小于接箍(103)下端面到穩偏裝置(1062)下端面的長度，使重物(1061)繞該圓柱體穩偏裝置(1062)轉動時，重物(1061)的上端不會脫離穩偏裝置(1062)，且保持傾斜角度和偏心距不變。
2.如權利要求1所述的油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其特征在于，所述的重物(1061)可通過螺紋連接加載在上樣管(12)的上端。
3.如權利要求1或2所述的油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其特征在于，所所述的重物(1061)可通過焊接連接加載在上樣管(12)的上端。
4.如權利要求1所述的油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其特征在于，所述的穩偏裝置(1062)可拆換不同直徑的圓柱體穩偏裝置，使重物(1061)與上樣管(12)呈不同的角度傾斜，模擬不同的偏心矩。
5.一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，包含夾緊裝置(101)、液壓大鉗(102)和接箍(103)，特征在于，還包含重物偏移加載裝置；所述的液壓大鉗(102)夾持住上樣管(11)；所述的接箍(103)同軸連接上樣管(12)和下樣管(11)；所述的夾緊裝置(101)將下樣管(11)夾持住；所述的重物偏移加載裝置為一加載于上樣管(12)側部的重物(107)，該重物(107)的中心軸與上樣管(12)的中心軸不在同一軸線上，產生偏心矩。
6.如權利要求5所述的油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其特征在于，所述的重物(107)可通過焊接式加載在上樣管(12)的側部。
7.如權利要求5或6所述的油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其特征在于，所述的重物(107)可通過帶柄插入式加載在上樣管(12)的側部。
8.如權利要求7所述的油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其特征在于，所述的帶柄插入式加載方式，在重物上設置有一圓柱體狀把柄(1071)，該圓柱體狀把柄(1071)的直徑小于上樣管(12)的內徑，將其插入上樣管(12)中。
專利摘要一種油井管螺紋接頭擰接試驗裝置，其包含兩種技術方案，均通過加載重物產生偏心矩，模擬井架上操作時管柱重心偏移井口中心的情形，從而達到仿真油井管現場端作業的目的。本實用新型可模擬油田現場操作時的螺紋擰接過程，仿真螺紋的受力狀況，為研究螺紋接頭破壞機理提供研究方法，便于油井管制造商掌握螺紋失效規律，為改進產品質量提供依據，也為油井管生產廠和使用者共同分析油井管螺紋失效異常提供有效的測試評價方法。
文檔編號G01M13/00GK2800263SQ200520043068
公開日2006年7月26日 申請日期2005年6月30日 優先權日2005年6月30日
發明者丁維軍 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司