本发明专利技术提供了一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法。测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置包括：用于对管柱施加轴向交变荷载的液压试验机、用于检测管柱的螺纹接头是否泄漏的压力表、用于测量管柱内壁径向位移的应变测量仪、外管集气套、管柱、内压压力表、增压泵、气源阀、气源以及自控系统，管柱上设有螺纹接头，管柱安装在液压试验机的顶部，外管集气套套设在螺纹接头处，压力表与外管集气套连接，外管集气套安装在管柱的底部，气源通过管路与气源阀连接，气源阀通过管路与增压泵连接，增压泵通过管路与管柱的顶部连接，内压压力表与增压泵和管柱之间的管路连接，自控系统分别与液压试验机、应变测量仪以及增压泵连接。及增压泵连接。及增压泵连接。
【技术实现步骤摘要】
一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法
[0001]本专利技术涉及储气库井井筒完整性
，尤其涉及一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法。
技术介绍
[0002]储气库井长期进行交替注采引起井筒温度压力的较大幅度变化，管柱受到低周期交变应力的作用。特别是注采管柱，在注采中承受轴向拉压交变和内压交变，螺纹成为管柱密封的薄弱环节，易引起螺纹密封面疲劳损伤和密封性失效。为保障储气库运行安全，在储气库井工程设计或运行工况转换时需对井筒管柱在交变载荷下的螺纹密封性进行测试与评价。
[0003]为此需要建立满足交变工况下管柱螺纹气密封能力的评价方法与装置，指导储气库井管柱优选与评价。目前储气库井管柱密封能力多通过试压测试静密封，未能考虑轴向交变的影响。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，包括：用于对管柱施加轴向交变荷载的液压试验机、用于检测管柱的螺纹接头是否泄漏的压力表、用于测量管柱内壁径向位移的应变测量仪、外管集气套、管柱、内压压力表、增压泵、气源阀、气源以及自控系统，所述管柱上设有螺纹接头，所述管柱安装在所述液压试验机的顶部，所述外管集气套套设在所述螺纹接头处，所述压力表与所述外管集气套连接，所述外管集气套安装在所述管柱的底部，所述气源通过管路与所述气源阀连接，所述气源阀通过管路与所述增压泵连接，所述增压泵通过管路与所述管柱的顶部连接，所述内压压力表与所述增压泵和所述管柱之间的管路连接，所述自控系统分别与所述液压试验机、所述应变测量仪以及所述增压泵连接。
[0006]采用本专利技术技术方案的有益效果是：通过液压试验机对管柱施加轴向交变载荷，并同时通过气体增压系统施加高低内压。通过自控系统实现内压力、轴向交变荷载的自动测量与采集、记录。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。可施加交变荷载及连续变化的管柱内压，充分模拟地下储气库注气采气交替运行的工况条件，可实现对不同交变荷载情况下管柱螺纹气密封能力的检测，与现场工程实际结合较为紧密，给出实际工程中管柱螺纹安全工作下交变荷载的推荐压力上线，指导储气库安全运行。
[0007]进一步地，所述增压泵和所述内压压力表之间的管路上设有内压卸压旁通阀。
[0008]采用上述进一步技术方案的有益效果是：内压卸压旁通阀的设置，用于泄压，便于对管柱内部压力进行泄压，防止管柱内部压力过载，防止增压泵过载，提高装置稳定性以及可靠性。
[0009]进一步地，所述管柱为注采管柱，所述管柱与所述液压试验机之间通过橡胶圈连接。
[0010]采用上述进一步技术方案的有益效果是：管柱为注采管柱，作为试验样品，提高试验精准度。橡胶圈的设置，提高管柱与液压试验机之间的密封性，防止气体泄漏影响实验精准度。
[0011]此外，本专利技术还提供了一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，基于上述任意一项所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法包括：
[0012]S1、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第一试验内压，保持第一预设时间；
[0013]S2、卸掉试验内压以及轴向拉伸载荷至零，通过液压试验机对管柱施加轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第二试验内压，保持第二预设时间；
[0014]S3、卸掉试验内压至零，通过液压试验机对管柱施加额定压缩载荷，保持第三预设时间；
[0015]S4、通过液压试验机将对管柱的额定压缩载荷调整为轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第三试验内压，保持第四预设时间；
[0016]S5、卸掉轴向压缩载荷至零，保持第五预设时间；
[0017]S6、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，保持第六预设时间；
[0018]S7、卸掉试验内压至零，循环进行步骤S1至步骤S7，直至预设次数，测定管柱在交变载荷下的密封能力。
[0019]采用本专利技术技术方案的有益效果是：通过液压试验机对管柱施加轴向交变载荷，并同时通过气体增压系统施加高低内压。通过自控系统实现内压力、轴向交变荷载的自动测量与采集、记录。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。可施加交变荷载及连续变化的管柱内压，充分模拟地下储气库注气采气交替运行的工况条件，可实现对不同交变荷载情况下管柱螺纹气密封能力的检测，与现场工程实际结合较为紧密，给出实际工程中管柱螺纹安全工作下交变荷载的推荐压力上线，指导储气库安全运行。
[0020]进一步地，还包括：进行步骤S1至步骤S7试验过程中，当管柱发生泄漏时，则试验终止。
[0021]采用上述进一步技术方案的有益效果是：当管柱发生泄漏时，则试验终止。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。
[0022]进一步地，轴向拉伸载荷的数值为第一安全系数与管柱最大拉伸载荷的乘积，轴向压缩载荷的数值为第二安全系数与管柱最大压缩载荷的乘积。
[0023]采用上述进一步技术方案的有益效果是：依据天然气井、储气库注采作业工况，计算管柱所承受最大工作载荷，考虑油田作业工况与室内模拟试验的差异，以工作载荷乘以相应的安全系数作为试验载荷。
[0024]进一步地，第一安全系数的数值范围为1.0～1.5，第二安全系数的数值范围为1.2～1.5，第三安全系数的数值范围为1.1～1.5。
[0025]采用上述进一步技术方案的有益效果是：安全系数的设置，充分考虑油田作业工况与室内模拟试验的差异，以工作载荷乘以相应的安全系数作为试验载荷，提高精准度。
[0026]进一步地，轴向拉伸载荷小于或等于额定拉伸载荷，轴向压缩载荷小于或等于额定压缩载荷。
[0027]采用上述进一步技术方案的有益效果是：施加的试验载荷应小于等于管柱的额定载荷。防止管柱过载试验，准确判断交变工况下管柱螺纹气密封能力。
[0028]进一步地，第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间、第五预设时间以及第六预设时间的数值范围均为5～15min，预设次数为30本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，其特征在于，包括：用于对管柱施加轴向交变荷载的液压试验机、用于检测管柱的螺纹接头是否泄漏的压力表、用于测量管柱内壁径向位移的应变测量仪、外管集气套、管柱、内压压力表、增压泵、气源阀、气源以及自控系统，所述管柱上设有螺纹接头，所述管柱安装在所述液压试验机的顶部，所述外管集气套套设在所述螺纹接头处，所述压力表与所述外管集气套连接，所述外管集气套安装在所述管柱的底部，所述气源通过管路与所述气源阀连接，所述气源阀通过管路与所述增压泵连接，所述增压泵通过管路与所述管柱的顶部连接，所述内压压力表与所述增压泵和所述管柱之间的管路连接，所述自控系统分别与所述液压试验机、所述应变测量仪以及所述增压泵连接。2.根据权利要求1所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，其特征在于，所述增压泵和所述内压压力表之间的管路上设有内压卸压旁通阀。3.根据权利要求1所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，其特征在于，所述管柱为注采管柱，所述管柱与所述液压试验机之间通过橡胶圈连接。4.一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在于，基于上述权利要求1至3任意一项所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法包括：S1、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第一试验内压，保持第一预设时间；S2、卸掉试验内压以及轴向拉伸载荷至零，通过液压试验机对管柱施加轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第二试验内压，保持第二预设时间；S3、卸掉试验内压至零，通过液压试验机对管柱施加额定压缩载荷，保持第三预设时间；S4、通过液压试验机将对管柱的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张弘，庞宇晗，袁光杰，夏焱，金根泰，刘天恩，李景翠，路立君，付盼，宋恒宇，庄晓谦，万继方，戴鹍，任世举，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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