一种新型套管头试压装置设计

赵元秀，曾庆林，邓晶晶，赵淑霞，杨华庆，王义昆

（1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州 730070；2.青海油田机械厂，甘肃嘉峪关 736202）

一种新型套管头试压装置设计

赵元秀1，曾庆林2，邓晶晶2，赵淑霞1，杨华庆2，王义昆2

（1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州 730070；2.青海油田机械厂，甘肃嘉峪关 736202）

现有的套管头试压装置是通过钢制螺纹连接并密封的，会造成套管头本体螺纹拉伤、拉毛等现象发生，直接影响了套管头的质量，严重时会造成螺纹粘扣，直接导致套管头本体和试压堵头的报废。为了避免上述情况的出现，设计了一种新型的套管头试压装置，将套管头置于两块用螺栓连接的顶板和底板之间进行试压，保护了本体螺纹，保证了管接头的质量，同时提高了试压效率和安全保障。

套管头；试压装置；设计

在钻井作业和油气测试过程中，必须安装一套安全可靠的井口装置，套管头属于井口装置的基础部分，安装在套管管柱上端，用来悬挂各层套管管柱，密封各层套管之间的环形空间并能为防喷器组、采气树等其他井控设备提供标准连接，为各种特殊作业提供套管环空出入接口的一种永久性石油、天然气井口装置[1-6]，使用可靠性的好坏直接影响到钻井速度和操作者的人身安全，因此都必须对关键部件进行强度试验。

现通常采用的套管头在试压过程中的试压堵头采用的是φ224.475mm（95/8英寸）N80 套管加工而成，而 N80 堵头和套管头本体在试压过程中采用螺纹连接，是钢材直接接触，会造成套管头本体螺纹拉伤，拉毛等情况，直接影响了套管头的质量，严重时会造成螺纹粘扣，直接导致套管头本体和试压堵头的报废。同时在试压准备和结束时都会对堵头进行旋紧和卸载，并清洗和修复试压后套管头螺纹的缺陷，费时费力。为了有效保护螺纹，试验了磷化过的试压堵头，虽然降低螺纹的拉伤和粘扣，但是螺纹的密封性也降低了。设计了一种新型试压装置，通过使用螺栓把顶板和底板连接起来，单级套管头放在两块板中间进行试压，因此也就不会对本体螺纹造成伤害，保证了套管头的质量。

1 装置组成

试压装置主要由顶板、堵头、底板、螺栓、螺母组成，如图1所示。通过螺栓把顶板和底板连接起来，起到固定作用，单级套管头放在顶板和底板之间。堵头采用尼龙材料，加工对应的公螺纹，在安装顶板之前拧入套管头。

图1 装置组成

2 关键部件的设计

2.1 顶板

顶板主要承受向上的压力，板的厚度是关键参数，由公式（1）计算得：

式中 ：δp为板的厚度，mm ；Dc为套管头下部内径，取248 mm ；K 为结构特性系数，取 1.686 ；pc为最高试验压力，取 35MPa ；[σ]t为设计温度下材料许用应力，材料为35CrMo，取290MPa，φ 为焊缝系数，取0.8。

考虑到平盖上面要加工10mm 深的槽，再考虑腐蚀余量，因此厚度 δp为140mm。

2.2 底板

顶板主要承受向下的压力，计算和式（1）一致。

式中 ：Dc为管接头上部内径，取220mm ；K 为结构特性系数，取 2.01，[σ]t为设计温度下材料许用应力，材料为35CrMo，取290MPa，φ 为焊缝系数，取 0.8。

因为在底部平盖上要加工密封槽，密封槽深14.30mm，再考虑腐蚀余量，因此取140mm。

2.3 连接螺栓的设计

试压中受到的最大压力为：

F2=2p×A=2×35×（248/2）2×π=3 381 356N式中：p 为试验压力，取35MPa，A 为所受力的截面面积。设计由10组螺栓连接，由于是双面受力，则每组螺栓受到的压力为：

式中 ：d2为螺栓直径，F3为所受到的最大轴向载荷，[σ]为螺栓的许用拉应力，材料为35CrMo，取290MPa。

圆整，取螺纹规格为 M52×3。

2.4 堵头设计

堵头采用尼龙1010，拧入套管头，在承受试压压力时，主要由其上面的顶板承压，因此螺纹基本不受力，有效地保护了套管头螺纹。

3 试压

3.1 准备

（1）套管头的生产、制造、检验和验收按照 API6A—2010《井口装置和采油树》执行[7]。

（2）清除棱边和毛刺，将所有的零部件清洗干净，不得有杂质和油污。

（3）装配密封件时不得损伤或弄脏密封面，同时防止异物进入。

（4）安装配合件时，严禁使用铁锤，只能用木柄或紫铜榜敲击。

（5）装配前阀门应进行密封试验，试验压力为35MPa。装配完毕后进行整体水压密封试验（试验压力为35MPa）。

（6）压力表组装前应进行校验，方可进行组装。

3.2 要求

试压分整体试压和环形试压两部分，采用设计和 API6A规范要求进行两种压力下系统水压试验[7]。

整体试压（本体试压）：把腔内水加压到25MPa，保持1min 时间，要求 1min 内压降不超过 0.4MPa。再把腔内水加压到 35MPa，保持 5min 时间，要求 5min 内压降不超过 0.7MPa，即为合格。

环形试压（加装环形分隔试压）：把腔内水加压到15MPa，保持 1min 时间，要求 1min 内压降不超过 0.4MPa。再把腔内水加压到 25MPa，保持 5min 时间，要求 5min 内压降不超过0.7MPa，即为合格。

3.3 实施

首先把套管头吊起放在试压平台上用四个螺栓固定，注入水不要没过螺纹底部，然后用手触摸套管头及堵头螺纹处，检查有没有拉伤或凸点，如果有拉伤或凸点用磨石小心将其磨去，用面团黏去修复过后留下的铁屑，保证所有组装配件没有铁屑和杂物，用刷子给套管头内壁螺纹和堵头外壁螺纹均匀涂抹一层铅油，再在堵头外壁涂抹的铅油层均匀缠紧3～4层生胶带，把堵头均匀上紧在套管头上，没有堵头的闸门关死，有堵头闸门开启。放置顶板，与有堵头一侧相接触，没有堵头的一侧与底板相接触，在底板的密封槽中放至密封圈，把剩余的螺栓拧入底板，然后拧紧所有螺栓，用试压机进行试压。如果不合格，卸去压力后找原因，解决后，反复试压直到合格为止。

4 结论

1）套管头试压装置能够有效地保证套管头试压后的质量，避免试压造成的缺陷，提高套管头客户对产品的满意度和认可度。

2）套管头试压装置在一定程度上提高了试压的效率且降低了岗位工人的劳动强度。大大降低了对试压堵头、螺纹密封脂、密封薄膜的依赖，节约了试压时的物质消耗，减少了试压成本。

[1] 吴奇 .井下作业工程师手册 [M].北京 ：石油工业出版社，2002.

[2] 刘文章，万仁薄，罗英俊 .采油技术手册 [M].北京：石油工业出版社，1996.

[3] 刘文东，周学文，马占锋 .采油树试压装置的改进 [J].国外油田工程，2004，（07）：34-35.

[4] 徐振东，宋文礼，马成晔，等 .同井抽注采油树配套技术 [J].石油钻采工艺，2009，（02）：86-90.

[5] 白文剑，鹿成亮，高秀君，等 .全井口密封性能检验装置应用研究[J].油气井测试，2014，（3）：40-45.

[6] 金弢， 王定亚 .井口装置技 术研 究及发展建 议 [J].石油矿场机械，2014，43（1）：14-16.

[7] API Spec 6A—2010，井口装置和采用树设备规范 [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

赵元秀（1982—），女，甘肃兰州人，工程师，从事石油化工设备软件研发工作。