专利名称：油井管螺纹接头拧接试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油井管螺纹接头拧接试验装置。
背景技术：
油井管是用于油气探采的专用管，依靠螺纹连接形成管柱深入地层进行探采作业。油井管现场端在实际应用过程中，往往需要对螺纹反复上卸扣，螺纹损伤后，会影响螺纹连接后的滑脱强度和密封性能，严重的粘扣发生后，只能切头重新加工修复。因此，上卸扣拧接后螺纹的完整性是油井管重要的使用性能之一。API 5B(美国石油学会标准——套管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范)明确规定，油管经过上卸扣4次后螺纹应保持没有损伤，油田用户则希望能承受更多的上卸扣次数，往往要求按照API 5C5(美国石油学会标准——套管和油管接头评估推荐作法)对油井管产品进行评价后才批量使用，其中，上卸扣次数是评价的一个重要指标；在日常生产中，油井管制造商也是经常要研究油井管上卸扣后螺纹的完整性。
油田现场对油井管的作业是在井架上进行的，井架高度要能满足1～3根管子竖立摆放。目前，油井管普遍采用API标准的II级和III级长度，根据API标准，单根油管长度至少8.53m，单根套管长度至少7.62m，几根管子相连，长度会更长，因此，井架高度设计一般从10多米到30多米。作业时依靠液压大钳驱动一根管子或2～3根管子连接的管柱转进给，达到上扣或卸扣的目的。
为了模拟实际使用条件，研究产品的实物质量，需要进行油井管上卸扣拧接试验，如图1所示，是现有油井管螺纹接头拧接试验装置的结构示意图，其中，11’是下样管，12’是上样管，两者通过接箍103’上下连接；所述的下样管11’还使用若干夹紧装置101’夹持住；液压大钳102’通过钢丝绳104’挂吊在悬臂梁105’架子上。
上卸扣试验过程为
步骤1进行上扣试验，利用夹紧装置101’将下样管11’夹持住，通过手工或机器拧上接箍103’，然后手工拧上上样管12’，随后用液压大钳102’夹住上样管12’，通过液压驱动液压大钳102’将样管拧接到规定的扭矩。
步骤2进行卸扣试验，下样管11’、接箍103’及上样管12’已经连接上，使用夹紧装置101’将下样管11’夹持住，液压大钳102’夹住上样管12’，通过液压系统反向驱动液压大钳102’将螺纹连接拧开。
循环上述整个试验过程，进行反复上卸扣试验。
上述试验用的样管是在油井管全长上截取的其中带螺纹的一端，API5C5(美国石油学会标准——套管和油管接头评估推荐作法)规定，样管长度为LP，LP≥{D+6×(Dt)1/2}，其中，D为样管外径，t为样管壁厚，受拧接试验机本身功能的限制及试验场地空间的限制，样管长度一般取0.5～3米，其长度很难再加长。
由此可见，试验室条件下的拧接与油田现场井架上的拧接两者基本区别是长度上的不同，但由此造成了螺纹受力的不同，螺纹的损坏程度也不同。在井架上进行螺纹上卸扣时，作用于螺纹上的管子重量远远高于试验室中样管作用于螺纹的重量，造成引扣困难，并且螺纹啮合初期容易破损；另外，井架上作业管子长度长，受管子直度、管子与井口中心的偏差以及旋转过程中晃动的影响，管子旋转过程中管子中心偏移井口中心，管子自重在螺纹上形成偏心矩，造成螺纹承受附加载荷，容易损伤螺纹表面。相比较而言，试验条件下，螺纹主要是承受拧接力矩，而样管重量的影响很小。因此，目前试验室条件下的上卸扣试验与油田现场端操作相比，螺纹实际受力不同，仿真性较差，造成两者试验结果的可比性下降，造成油井管制造者和使用者对实际使用状况的了解不一致，不利于产品实物质量的评价。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种油井管螺纹接头拧接试验装置，其可模拟油田现场操作时的螺纹拧接过程，仿真螺纹的受力状况，为研究螺纹接头破坏机理提供研究方法，便于油井管制造商掌握螺纹失效规律，为改进产品质量提供依据，也为油井管生产厂和使用者共同分析油井管螺纹失效异常提供有效的测试评价方法。
为达到上述目的，本实用新型提供一种油井管螺纹接头拧接试验装置，其包含两种技术方案，特点是，两种技术方案均通过加载重物以模拟产生偏心矩，从而可模拟油田现场操作时的螺纹拧接过程。
第一种方案中，本实用新型提供的一种油井管螺纹接头拧接试验装置，其包含液压大钳、接箍和夹紧装置，特点为，还包含重物倾斜加载装置；所述的液压大钳夹持住上样管；所述的接箍同轴连接上样管和下样管；所述的夹紧装置将下样管夹持住；所述的重物倾斜加载装置包含一重物和一稳偏装置；所述的稳偏装置是一固定设置在悬臂梁上的圆柱体稳偏装置，其中心轴与下样管的中心轴处于同一轴线上；所述的重物连接上样管的上端，该重物的中心轴与上样管的中心轴处于同一轴线上，且呈一定角度倾斜；所述的重物的上端始终与圆柱体稳偏装置的侧面接触，且重物和上样管的总长度不小于接箍下端面到稳偏装置下端面的长度，使重物绕该圆柱体稳偏装置转动时，重物的上端不会脱离稳偏装置，且保持倾斜角度和偏心距不变；所述的重物通过螺纹连接或焊接连接，加载在上样管上端；所述的稳偏装置可拆换不同直径的圆柱体稳偏装置，从而使重物与上样管呈不同的角度倾斜，模拟不同的偏心矩。
第二种方案中，本实用新型提供的一种油井管螺纹接头拧接试验装置，其包含液压大钳、接箍和夹紧装置，特点为，还包含重物偏移加载装置；所述的液压大钳夹持住上样管；所述的接箍同轴连接上样管和下样管；所述的夹紧装置将下样管夹持住；所述的重物偏移加载装置为一加载于上样管侧部的重物，该重物的中心轴与上样管的中心轴不在同一轴线上，产生偏心矩；所述的重物通过带柄插入式或者焊接式加载在上样管的侧部；所述的带柄插入式加载方式，特点为，重物上设置有一圆柱体状把柄，该圆柱体状把柄的直径小于上样管的内径，可将其插入上样管中，实现带柄插入式加载方式。
本实用新型提供的油井管螺纹接头拧接试验装置，根据油井管现场端的实际承受载荷提出了模拟方法，首先是在样管上进行配重，使其重量与需要模拟的管柱重量相当，同时进行重心偏移，从而形成偏心矩，模拟井架上操作时管柱重心偏移井口中心的情形，从而达到仿真油井管现场端作业的目的。
本实用新型应用范围较广，对于无接箍的直连型油井管亦可使用。
图1为现有油井管螺纹接头拧接试验装置的结构示意图；图2为本实用新型第一种技术方案的结构示意图；图3为本实用新型提供的一种带柄插入式重物的结构示意图；图4为本实用新型第二种技术方案的结构示意图。
具体实施方式
以下根据图2～图4，具体说明本实用新型的最佳实施方式。
如图2所示，是本实用新型的第一种技术方案的结构示意图，其包含夹紧装置101、液压大钳102和接箍103，特点为，还包含重物倾斜加载装置；所述的液压大钳102夹持住上样管11；所述的接箍103同轴连接上样管12和下样管11；所述的夹紧装置101将下样管11夹持住；所述的重物倾斜加载装置包含一重物1061和一稳偏装置1062；所述的稳偏装置1062是一固定设置在悬臂梁105上的圆柱体稳偏装置，其中心轴与下样管11的中心轴处于同一轴线上；所述的重物1061连接上样管12的上端，该重物1061的中心轴与上样管12的中心轴处于同一轴线上，且呈一定角度倾斜；所述的重物1061的上端始终与圆柱体稳偏装置1062的侧面接触并且可绕该圆柱体稳偏装置1062转动，在转动过程中保持倾斜角度不变，即保持偏心矩不变；所述的重物1061通过螺纹连接或焊接连接，加载在上样管12的上端；所述的稳偏装置1062可拆换不同直径的圆柱体稳偏装置，从而使重物1061与上样管12呈不同的角度倾斜，模拟不同的偏心矩。
设重物1061和上样管12的总质量为G，而在油井现场使用的一根油井管的重量为g，则有G＝Ng，N＝1～3，即配重后，重物1061与上样管12的总重量与需要模拟的油井管的重量相当；设重物1061与上样管12呈Φ角度倾斜，其轴线与下样管轴线的偏移距离为e，在旋转过程中，保持倾斜角度Φ以及倾斜斜度Φ/(2L1)不变，即保持了偏心矩G×e不变；设圆柱体稳偏装置1062的直径为Φ，采用不同直径Φ的稳偏装置1062，就可改变重物1061和上样管12的轴线与下样管轴线的偏移距离e，从而改变偏心距G×e的大小，由此可模拟不同偏心距条件下，自重对螺纹拧接的影响；根据油田现场实际使用过程的观察结果，重物1061和上样管12的轴线与下样管轴线的偏移距离e一般为0～0.5米；同时，L2≥NL+L1，其中，NL是接箍103长度，L1是接箍103上端面到稳偏装置1062下端面的距离，L2是重物1061和上样管12的总长，以此保证重物1061和上样管12转动时，重物1061的上端不会脱离稳偏装置1062。
根据本技术方案，参见以下一具体实施例模拟3根73.02×5.51加厚的油管连接成的管柱在井架上作业。已知73.02×5.51加厚油管每根约86公斤，则配重后，重物与上样管的总重量是3倍管柱的重量，即258公斤，配重采用实心样棒，通过螺纹连接或焊接的方式与上样管连接，并且两者的轴线一致，再与接箍和下样管组成一套试样。上样管的重量就加载在螺纹上，从而仿真3根73.02×5.51加厚油管自重对现场端螺纹的影响。在悬臂梁上固定一个圆柱体，其直径为10～150mm。上卸扣试验时，组合样管的上端始终绕着圆柱体转动，保证倾斜角度的稳定性，从而模拟现场作业管子旋转过程中管子中心偏移井口中心的情况。
如图4所示，是本实用新型提供的一种油井管螺纹接头拧接试验装置的第二种方案的结构示意图，其包含夹紧装置101、液压大钳102和接箍103，特点为，还包含重物偏移加载装置；所述的液压大钳102夹持住上样管11；所述的接箍103同轴连接上样管12和下样管11；所述的夹紧装置101将下样管11夹持住；所述的重物偏移加载装置为一加载于上样管12侧部的重物107，该重物107的中心轴与上样管12的中心轴不在同一轴线上，产生偏心矩；所述的重物107通过带柄插入式或者焊接式加载在上样管12的侧部；所述的带柄插入式加载方式，特点为，重物上设置有一圆柱体状把柄1071，该圆柱体状把柄1071的直径小于上样管12的内径，可将其插入上样管12中，实现带柄插入式加载方式。
设重物107与上样管12的总质量为G，长度为L3，重物107的重心与上样管12轴线的偏移距离为e，产生的偏心矩为G×e；可通过改变重物107的形状大小，从而改变重物107的重心与上样管12轴线的偏移距离e，从而产生不同的偏心矩G×e；就可模拟不同偏心距条件下的自重对螺纹拧接的影响，e一般取0～0.5米；根据本技术方案，参见以下一具体实施例模拟2根127×9.19钻杆连接的管柱在井架上作业；已知127×9.19的钻杆每根重320公斤，则配重后，重物107与上样管12的总重量为2倍的单根钻杆重量，即640公斤采用带柄插入式在上样管12上加载重物107，依靠把柄1071插入上样管12，从而将重物107挂吊在上样管12上，其重心离上样管12轴线的偏移距离为10～100mm，采用这种方式模拟2根127×9.19连接钻杆在井架作业情形，使井口的螺纹承受管柱自重及其偏心矩的载荷，在此受载条件下，进行上卸扣试验，可以达到仿真现场端作业的目的。
权利要求1.一种油井管螺纹接头拧接试验装置，包含夹紧装置(101)、液压大钳(102)和接箍(103)，特征在于，还包含重物倾斜加载装置；所述的液压大钳(102)夹持住上样管(11)；所述的接箍(103)同轴连接上样管(12)和下样管(11)；所述的夹紧装置(101)将下样管(11)夹持住；所述的重物倾斜加载装置包含重物(1061)和稳偏装置(1062)；所述的稳偏装置(1062)是一固定设置在悬臂梁(105)上的圆柱体稳偏装置，其中心轴与下样管(11)的中心轴处于同一轴线上；所述的重物(1061)连接上样管(12)的上端，该重物(1061)的中心轴与上样管(12)的中心轴处于同一轴线上，且呈一定角度倾斜；所述的重物(1061)的上端始终与圆柱体稳偏装置(1062)的侧面接触，且重物(1061)和上样管(12)的总长度不小于接箍(103)下端面到稳偏装置(1062)下端面的长度，使重物(1061)绕该圆柱体稳偏装置(1062)转动时，重物(1061)的上端不会脱离稳偏装置(1062)，且保持倾斜角度和偏心距不变。
2.如权利要求1所述的油井管螺纹接头拧接试验装置，其特征在于，所述的重物(1061)可通过螺纹连接加载在上样管(12)的上端。
3.如权利要求1或2所述的油井管螺纹接头拧接试验装置，其特征在于，所所述的重物(1061)可通过焊接连接加载在上样管(12)的上端。
4.如权利要求1所述的油井管螺纹接头拧接试验装置，其特征在于，所述的稳偏装置(1062)可拆换不同直径的圆柱体稳偏装置，使重物(1061)与上样管(12)呈不同的角度倾斜，模拟不同的偏心矩。
5.一种油井管螺纹接头拧接试验装置，包含夹紧装置(101)、液压大钳(102)和接箍(103)，特征在于，还包含重物偏移加载装置；所述的液压大钳(102)夹持住上样管(11)；所述的接箍(103)同轴连接上样管(12)和下样管(11)；所述的夹紧装置(101)将下样管(11)夹持住；所述的重物偏移加载装置为一加载于上样管(12)侧部的重物(107)，该重物(107)的中心轴与上样管(12)的中心轴不在同一轴线上，产生偏心矩。
6.如权利要求5所述的油井管螺纹接头拧接试验装置，其特征在于，所述的重物(107)可通过焊接式加载在上样管(12)的侧部。
7.如权利要求5或6所述的油井管螺纹接头拧接试验装置，其特征在于，所述的重物(107)可通过带柄插入式加载在上样管(12)的侧部。
8.如权利要求7所述的油井管螺纹接头拧接试验装置，其特征在于，所述的带柄插入式加载方式，在重物上设置有一圆柱体状把柄(1071)，该圆柱体状把柄(1071)的直径小于上样管(12)的内径，将其插入上样管(12)中。
专利摘要一种油井管螺纹接头拧接试验装置，其包含两种技术方案，均通过加载重物产生偏心矩，模拟井架上操作时管柱重心偏移井口中心的情形，从而达到仿真油井管现场端作业的目的。本实用新型可模拟油田现场操作时的螺纹拧接过程，仿真螺纹的受力状况，为研究螺纹接头破坏机理提供研究方法，便于油井管制造商掌握螺纹失效规律，为改进产品质量提供依据，也为油井管生产厂和使用者共同分析油井管螺纹失效异常提供有效的测试评价方法。
文档编号G01M13/00GK2800263SQ200520043068
公开日2006年7月26日 申请日期2005年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者丁维军 申请人:宝山钢铁股份有限公司