新型井口井控产品试验装置

任明杰 邓康一

(1. 金属材料挤压/锻造国家重点实验室 陕西710032；2. 陕西工商职业学院 陕西700068)

井口井控产品试验装置是石油钻井防喷器、井口装置和采油树等井口井控产品性能鉴定试验所必备的大型成套设备。传统的实验装置为单一平台模式，一个平台只能做一个单项实验，新型井口井控产品试验装置将传统的多个实验平台集中到一台试验机上，这样，一台试验机不仅能做多个单项实验，也可以两个平台组合做复合实验，通过计算机控制，更加逼真地模拟防喷器、悬挂器、阀门等在井场上的各种工作状态，验证其在高低温环境下的强度和性能是否满足设计要求，并且能够对试验结果进行科学分析，为产品改进及新产品研发奠定了理论基础。

1 试验产品的最大规格

套管头：TGT18 3/4×13 5/8-105，直径∅1360 mm，高1200 mm。

闸阀：PFF130-105，端距889 mm，高1860 mm。

闸板防喷器和环形防喷器的最大尺寸见图1和图2。

2 试验装置的组成及其功能

新型井口井控产品试验装置主要由防喷器试验机主机、防喷器试验机液压系统和高低温液压系统三大部分组成。

图1 闸板防喷器Figure 1 Ram blowout preventer

图2 环形防喷器Figure 2 Annular blowout preventer

2.1 防喷器试验机

该试验机是防喷器操作性能试验的主要设备。在该设备上可以完成防喷器在室温下的全部试验，包括闸板防喷器和环形防喷器的15个试验，旋转防喷器的9个试验。其中闸板防喷器的悬挂试验、旋转防喷器的动压试验和全部防喷器的强行起下钻寿命试验，是这台设备的主要功能。

2.1.1 防喷器试验机的结构

试验机总共分为4层，如图3所示，每一层是一个实验平台，设有梯子围栏，从地坑或车间地面都可以上下试验机的每一层。底层为安装平台，用以安装各种实验产品，是一个静止平台。上面三层实验平台为可移动平台，每个平台上都安装有4个车轮，在平台移动缸的驱动下，可以在机架的导轨上前后移动。平台做实验时，平台移动缸将平台推到工作位(图示位)，平台上的插销缸将4个插销推到机架的插销孔中，插销不仅起定位作用，主要是承受实验时移动平台和机架之间的载荷，实验完毕后，插销缸将插销拔出，平台移动缸8将平台拉回待机位。

1—安装平台 2—防喷器 3—机架 4—蓄能器 5—悬挂实验平台 6—旋转实验平台 7—强起下钻实验平台 8—平台移动缸 9—梯子围栏

试验机的机架采用组合式框架，拉杆、螺母、压套采用预应力连接方式，将两侧机架和安装平台固定成一体，安装平台与机架之间装有十字键，以承受上下左右方向的载荷。

2.1.2 防喷器试验机的功能

第一层为安装平台，平台内装有模拟井口，井口与防喷器高低温试验用液压站连接，模拟现场井口的各种工况，实验产品安装在井口上。为平衡通过钻杆的井压变化，有一组蓄能器与模拟井口相连接。

第二层为悬挂实验平台，安装主油缸，做闸板防喷器的悬挂试验。最大实验载荷为3000 kN，最大行程为600 mm。根据实验要求，可通过调整液压系统压力值来调整实验载荷值。油缸内装有磁质伸缩式位移传感器，油缸活塞杆端部安装有压力传感器，在上位机上可以实时显示实验的位移和载荷值。对于不同高度的防喷器，可用钻杆短接调节。在这个平台上也可以做套管头悬挂器的载荷试验。

第三层为旋转实验平台，安装了旋转驱动装置，做旋转防喷器的动压试验。旋转动力来自一台大扭矩的液压马达，马达驱动转盘带动钻杆旋转。旋转驱动最大转速为320 r/min，最大扭矩为3000 N·m，可通过调整液压系统的流量来调整转速，马达输出端装有一个扭矩转速传感器，在试验过程中，可以将实时扭矩和转速传到上位机。

第四层为强起下钻实验平台，做强行起下钻寿命试验。强行起下钻最大载荷为500 kN，强行起下钻最大速度为600 mm/s，根据实验要求，可通过液压系统调整压力和速度值，强行起下钻有效行程为1500 mm，导向杆上安装有位移传感器，将实时的位移和速度传到上位机。

2.1.3 防喷器试验机的实验工位

待机状态时，三个实验平台都后退到待机位置，可进行防喷器的吊装作业。开始试验时，根据需要把某一个实验平台推到工作位置，插销定位后就可进行试验。其中比较典型的实验有：

(1)第二层悬挂实验平台移动到工作位，其余平台均在待机位，可做闸板防喷器的悬挂试验。

(2)第三层旋转实验平台和第四层强起下钻实验平台移动到工作位，第二层悬挂实验平台在待机位，可做钻杆动压试验，钻杆在旋转的同时，做小幅度的往复运动。

(3)第四层强起下钻实验平台移动到工作位，其余平台在待机位，可以做强起下钻实验。

2.2 防喷器试验机液压系统

该系统为试验机设备的动作和实验产品提供油源，最高压力为31.5 MPa。

系统的液压泵站由油箱、液压泵、冷却循环系统、循环过滤系统及相关阀件和管道组成。每一回路都配备压力表和压力传感器，压力值实时传到上位机上，每一个回路上装有保压阀，主泵泄压后，回路压降小于0.5 MPa/15 min。

液压阀采用模块化设计，集中排列。强起下钻实验平台的油缸回路采用大通径比例换向阀，保证在高速运行状态下换向平稳。实验产品回路采用比例溢流阀，在上位机上可以实时调节系统压力，以适应各种规格产品的试验要求。

为防止实验产品内的杂质污染油路，在系统试验回路的末端加装高压过滤器组和单向阀，保证油液在滤油器中单向流动。

2.3 高低温液压系统

该系统采用的是防喷器高低温试验专用液压站，液压站的油箱分为冷热两部分，冷油部分供高压系统使用，提供油缸压力和井压；热油部分供离心泵使用，提供液压油灌注或热油循环。为满足实验要求，该系统采用工作温度为-26℃～+180℃的高低温专用液压油，最高压力为31.5 MPa。

3 结论

首台新型井口井控产品试验装置于2015年在江苏盐城某单位安装调试后，已运行两年多，期间进行了大量各种产品的性能试验，从用户反馈的信息来看，该设备运行可靠，实验数据准确，实验产品范围广，达到了最初的设计要求。