芯轴式套管、油管悬挂器的PR2性能试验介绍

詹良斌 李美求

摘 要：API 6A井口装置及采油树设备当应用于特殊或恶劣工况，如用于海洋钻井平台钻井作业、极地环境钻井作业及压裂增产作业时，需考虑井口装置及采油树设备的性能等级、可靠性和使用寿命等因素，确保设备在额定工作压力、额定工作温度以及高含硫化氢的介质下高效稳定地工作。相较于常规PR1级，API 6A规范对井口装置及采油树设备关键部件的PR2级性能测试有严格的试验程序和验收要求。文章介绍井口装置及采油树设备关键部件之一芯轴式套管悬挂器和油管悬挂器的PR2性能测试过程、方法及注意事项，供同行参考交流。

关键词：井口装置；悬挂器；PR2；性能试验

中图分类号：TE93 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0077-02

Abstract： For API 6A wellhead equipment and oil tree equipment， when they are used in special or adverse conditions， such as offshore drilling platform's drilling operations， drilling operations in the polar environment and fracturing stimulation operations， the factors such as performance grade， reliability and service life of wellhead equipment and oil tree equipment should be considered， to ensure the equipment to work efficiently and stably under the rated working pressure， rated working temperature and high H2S content medium. Compared with the conventional PR1 level， the API 6A specification has strict test procedures and acceptance requirements for the PR2 performance test of the key components of wellhead devices and oil extraction tree equipment. This paper introduces the PR2 performance testing process， method and matters needing attention of the core shaft casing hanger and tubing hanger， which is one of the key components of wellhead device and oil tree equipment.

Keywords： wellhead device； hanger； PR2； performance test

1 概述

井口装置及采油树设备主要包括：井口装置壳体、卡瓦式悬挂器、芯轴式悬挂器、阀门，连接附件等。PR2性能测试除了静压力测试、压力循环测试、温度循环测试，还可包括承载载荷循环测试、操作力循环测试、操作力矩循环测试等等。性能鉴定试验在试制的产品或者样机上进行，一般使用氮气作为实验的介质，需要一套完善的实验装置，包括超高压压力实验台、高低温保温环境箱、扭矩循环装置、软件操作系统、压力监控系统、温度监控系统等。

2 芯轴式悬挂器试验过程

2.1 芯轴悬挂器产品性能简介

芯轴式悬挂器安装在井口装置壳体内部，一般用来悬挂套管或油管，悬挂器需承受最大套管或油管重量的重力；悬挂器外部设有密封，内部配备单向阀安装机构，由固定锁紧装置定位，在高低温交变下需保证额定工作压力正常工作。

2.2 芯轴悬挂器产品PR2性能测试完整程序

室温下芯轴悬挂器承受油管载荷的循环试验程序如下，载荷循环试验工装如图1所示。

（1）加载至最大额定载荷，保持载荷5分钟；（2）减载至最小测试载荷，保持载荷5分钟；（3）加载至最大额定载荷，保持载荷5分钟；（4）减载至最小测试载荷，保持载荷5分钟；（5）加载至最大额定载荷，保持载荷5分钟；（6）减载至0；（7）验收准则：试验产品不应有任何不符合性能要求的永久变形。

2.3 室温下芯轴悬挂器的内压试验程序如下，内压试验工装如图2所示

（1）室温下给芯轴悬挂器内部施加额定压力；（2）确保压力稳定后，保压15分钟；（3）泄压；（4）驗收准则：在规定的试验保压期间无可见泄漏，保压期间压力测量装置上观测到的压力变化，应小于试验压力的5%或500psi，取其小者。

2.4 芯轴悬挂器压力/温度循环试验

（1）试验前将悬挂器锁紧装置按照要求安装到位；（2）在

室温和大气压下开始升温至最高温度；（3）由A&C;处施加试

验压力，并最少保压1小时，然后泄压；（4）由B（或D）处施加试验压力，并最少保压1小时，然后泄压；（5）降温至最低温度；（6）由A&C;处施加试验压力，最少保压1小时，然后泄压；（7）由B（或D）处施加试验压力，最少保压1小时，然后泄压；（8）升温至室温；（9）在室温下，由A&C;处施加压力，同时升高温度，在升至最高温度期间，保持压力在试验压力的50%～100%；（10）升高到最高温度后，在A&C;处保持试验压力最少1小时；（11）保持试验压力的50%～100%，降低温度至最低温度；（12）降低到最低温度后，在A&C;处保持试验压力最少1小时；（13）升高温度至室温，在升温期间，保持压力在试验压力的50%～100%；（14）卸掉A&C;处试验压力；（15）由B（或D）处施加试验压力，同时升温至最高温度，在升温期间，保持压力在试验压力的50%～100%；（16）升高至最高温度后，在B（或D）处试验压力下，最少保压1小时；（17）保持试验压力的50%～100%，降温至最低温度；（18）保持B或D处试验压力

下，最少保压1小时；（19）升高温度至室温，在升温期间，保持B（或D）压力在试验压力的50%～100%；（20）升温至最高温度；（21）在A&C;处施加试验压力，并最少保压1小时，然后泄压；（22）在B（或D）处施加试验压力下，并最少保压1小时，然后泄压；（23）降温至最低温度；（24）在A&C;处施加试验压力，并最少保压1小时，然后泄压；（25）在B（或D）处施加试验压力，并最少保压1小时，然后泄压；（26）升高到室温；（27）由A&C;处施加试验压力，最少保压1小时，然后泄压；（28）由B（或D）处施加试验压力，最少保压1小时，然后泄压；（29）由A&C;处施加5%～10%的试验压力，最少保压1小时，然后泄压；（30）在B（或D）处施加5%～10%的试验压力，最少保压1小时，然后泄压；（31）验收准则：在规定的试验保压期间无可见泄漏，保压期间压力测量装置上观测到的压力变化，应小于试验压力的5%或500psi，取其小者；试验产品不应有任何不符合性能要求的永久变形。

2.5 垫环压力区压力试验

（1）在室温及大气压下，由D处施加试验压力，最少保压5分钟，然后泄压；（2）验收准则：在规定的试验保压期间无可见泄漏，保压期间压力测量装置上观测到的压力变化，应小于试验压力的5%或500psi，取其小者；试验产品不应有任何不符合性能要求的永久变形。

2.6 芯轴悬挂器全封压力固位试验

该试验已被4条A方向的压力/温度循环试验覆盖。

2.7 背压阀制备的压力试验

（1）在室温下，从背压阀下部施加测试压力（悬挂器内部承受的额定压力值），并至少保压5分钟，然后泄压至大气压；（2）再重复步骤两次（共测试三次）；（3）验收准则：在规定的试验保压期间无可见泄漏，保压期间压力测量装置上观测到的压力变化，应小于试验压力的5%或500psi，取其小者；试验产品不应有任何不符合性能要求的永久變形。

3 PR2性能测试注意事项

进行室温下芯轴悬挂器承受油（套）管载荷的循环试验时，最大额定载荷为悬挂器本身设计的极限承载能力，此承载能力需要大于管柱的重量；最小额定载荷可以为零重量。本程序采用液压缸对悬挂器进行施加载荷，模拟承载重量，试验时，对液压缸的液压力需要计算，以准确反映载荷数据。计算公式如下：

P液压缸=F最大载荷/πR2

公式中R代表液压缸活塞的半径。

4 结束语

本文重点介绍了井口装置及采油树设备关键部件芯轴式悬挂器的PR2试验程序、要求和验收准则，并通过列举相关试验工装和设施展示了试验过程和原理；同时阐述了PR2性能测试的注意事项，为了解和进行此类试验提供实践参考。

参考文献：

[1]邓金先，周思柱，李树林，等.浅谈高压阀门的PR2级性能鉴定试验[J].科技信息，2013（04）.

[2]API SPEC 6A（20th）-2010.井口装置和采油树设备规范[S].

[3]辜志宏，彭慧琴，等.井口装置和采油树PR2性能鉴定试验研究[J].石油机械，2012，40（4）.