一种石油管材高温高压三点弯曲压力釜装置的制作方法

本发明属于管材试验技术领域，具体涉及一种石油管材高温高压三点弯曲压力釜装置。

背景技术：

石油套管及接头在深井中处在高温、高压(内压/外压)、拉伸/压缩、弯曲等复杂工况下，目前国内外还没有能够模拟管体三点弯曲载荷的高温高压釜设备。该高温高压釜需以下能力：最高承受内压210MPa；工作温度180℃；具有粗糙表面密封能力；密封结构具有一定间隙自适应调整能力；试件可从压力釜两端伸出；具有三点弯曲加载装置；试验件在高温高压环境中弯曲变形后，釜体两端密封无泄漏。

技术实现要素：

为了解决上述问题，或实现上述功能，本发明提供了一种适用于高温高压环境，具有三点弯曲试验能力，同时便于现场安装，且具有高可靠性的压力釜装置。

本发明石油管材高温高压三点弯曲压力釜装置，主要包括：

压力釜主体，具有承压容腔，所述承压容腔两端开口；

法兰，固定在所述压力釜主体的两端开口处，中间开有适配所述石油管材外径的通孔，所述法兰的通孔在背离压力釜主体的一面具有向外扩张的锥形台阶；

密封组件，套设在所述石油管材上，并设置在压力釜主体的承压容腔开口处，一端挤压在法兰的端面上，另一端挤压在所述承压容腔内部的台阶上；

调心机构，具有与所述锥形台阶匹配的锥形面，其受压固定至所述法兰上时，能够禁锢所述石油管材；

导杆，穿过所述压力釜主体的承压容腔侧壁，并被所述承压容腔侧壁分为内端与外端，所述内端顶接在所述石油管材上，所述外端连接油缸的活塞杆。

优选的是，所述密封组件自接触法兰的一端向接触所述承压容腔内部的台阶的一端依次包括密封槽型件、主动密封圈、挡板以及调节段，其中，密封槽型件包括内径较大的第一部分及内径较小的第二部分，主动密封件设置在由所述第一部分与所述第二部分所限定的台阶位置处，该密封槽型件与所述第一部分之间设置有气腔，所述气腔能够充入高压气体。

优选的是，密封槽型件的外圈与压力釜主体内壁之间设置有O型圈和/或挡圈。

优选的是，所述导杆的内端通过V型块顶在所述石油管材上。

优选的是，所述油缸通过过渡法兰固定在压力釜主体的承压容腔侧壁上。

优选的是，所述过渡法兰与所述油缸之间，以及所述导杆与所述油缸的活塞杆之间均设置有隔热垫。

优选的是，所述压力釜主体上贯穿导杆的通孔处设置有多级台阶，并适配安装有具有多级台阶的过渡压板，所述过渡压板套接在所述导杆上，过渡压板与导杆之间，以及过渡压板的多级台阶与所述通孔的多级台阶之间均设置有密封圈。

优选的是，所述密封圈包括氟胶O形圈及挡圈。

本发明的优点在于：

(1)研制了一种新型的高温高压三点弯曲压力釜设备，该设备能够更真实模拟油井管在深井中的工况，为石油管及接头性能评价标准的制定提供技术支持。

(2)该设备能够满足210MPa，180℃，狗腿度为50°/30m的高温高压三点弯曲试验。

(3)研制了具有跟随密封功能的釜体端部密封结构，能够满足密封面大变形工况密封。

(4)研制了具有高效隔热性及散热性的三点弯曲油缸连接结构，避免了三点弯油缸在工作过程中受到釜体热传递而影响性能的弊端。

附图说明

图1为按照本发明石油管材高温高压三点弯曲压力釜装置的一优选实施例的结构示意图。

图2为本发明图1所示实施例的密封组件结构示意图。

图3为本发明图1所示实施例的过渡压板结构示意图。

其中，1为调心机构，2为第一连接螺栓，3为法兰，4为密封组件，5为压力釜主体，6为V型块，7为导杆，8为过渡压板，9为第二连接螺栓，10为过渡法兰，11为油缸；

41为密封槽型件，42为主动密封圈，43为挡板，44为调节段，45为气腔。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种石油管材高温高压三点弯曲压力釜装置，采用具有密封跟随及间隙补偿功能的密封结构，保证了密封面出现大变形时密封的可靠性；三点弯曲油缸连接结构具有隔热功能及高效的散热性，避免了三点弯曲油缸工作时受到来自釜体热传递的热量影响。参考图1，其主要包括调心机构1，第一连接螺栓2，法兰3，密封组件4，压力釜主体5，V型块6，导杆7，过渡压板8，第二连接螺栓9，过渡法兰10以及油缸11。两侧调心机构1上部的两个支点与导杆7端部加载点共同形成三点弯曲加载模型。

在加载过程中，油缸11推动导杆7，通过V型块6将竖直向上的弯曲载荷传递到试件上，管体发生弯曲变形，此时密封组件4跟随密封。通过温度测量装置及高温高压信号引出装置检测釜内实时温度及管体贴片位置实时应变。油缸设计行程15mm，设计最大载荷1200KN。

以下对本发明所涉及的结构具体描述。

压力釜主体5为对管材进行试验的主要部分，限定有承压容腔，以提供高温高压环境，至少能够满足210MPa，180℃，狗腿度为50°/30m的高温高压三点弯曲试验，所述承压容腔两端开口。

可以理解的是，温度测量装置及高温高压信号引出装置、加压装置等均需要通过穿孔与承压容腔连接，采用常规设计即可实现。

法兰3是设置在承压容腔两端的，以封闭两端的开口，通过第一连接螺栓固定在所述压力釜主体5的两端开口处，中间开有适配所述石油管材外径的通孔，所述法兰3的通孔在背离压力釜主体5的一面具有向外扩张的锥形台阶。

可以理解的是，法兰的通孔内径R1小于承压容腔的内径R2，且法兰的通孔内径R1与石油管材(试验件)的外径基本相同，或者小间隙配合。法兰3的通孔在背离压力釜主体5的一面具有向外扩张的锥形台阶是为了安装调心机构1，所谓调心机构，顾名思义为调节石油管材的中心位置，在不安装调心机构1时，石油管材可以如图1所示左右滑动，安装调心机构1后，石油管材被禁锢。具体为：调心机构1具有与所述锥形台阶匹配的锥形面，调心机构1通过螺栓拧紧在法兰3上，施加拧紧力，由于锥形面的存在，使调心机构1向石油管材轴线方向运动，进而挤压锁紧石油管材。

密封组件4是用于密封承压容腔开口的，其套设在所述石油管材上，并设置在压力釜主体5的承压容腔开口处，一端挤压在法兰3的端面上，另一端挤压在所述承压容腔内部的台阶上。

首先需要说明的是，承压容腔的内径R2是相对于法兰的通孔内径R1而言的，实际上承压容腔的内径并非一成不变的，其在靠近法兰处相对于其中心位置内径更大，例如，其在靠近法兰处的内径为R3，中间位置内径R2，由此限定出一台阶，法兰至该台阶的一段安装有上述密封组件4。密封组件4的具体结构参考图2，其自接触法兰3的一端向接触所述承压容腔内部的台阶的一端依次包括密封槽型件41、主动密封圈42、挡板43以及调节段44，其中，密封槽型件41包括内径较大的第一部分及内径较小的第二部分，主动密封件42设置在由所述第一部分与所述第二部分所限定的台阶位置处，该密封槽型件41与所述第一部分之间设置有气腔45，所述气腔45能够充入高压气体。

可以理解的是，气腔45通过管路连通外界，管路上具有密封打压口，通过密封打压口向主动密封圈密封腔注入压力，从而使主动密封圈沿径向收缩，压紧试件，实现密封功能。由于密封压力属单独管路，当被密封件倾斜时，主动密封圈会跟随变形，保证了密封面不会出现间隙，密封可靠性高。

本实施例中，密封槽型件41与主动密封圈42合在一起构成密封组件4的主体部分，其内径应当与石油管材外径相同，或者略小于石油管材内径，从而形成的过盈配合更加有利于密封，但是应当理解的是，前述记载过承压容腔中间位置内径R2或者靠近法兰的内径R3应当大于石油管材外径，或者应远大于石油管材外径，且R2与R3形成了台阶，因此，顶接在该台阶处的调节段44的厚度不能过大，退一步讲，其不能与上述密封槽型件41与主动密封圈42合在一起构成的密封组件4的主体部分具有相同的厚度，为此需要提供挡板43来保证调节段44所受的台阶提供的挤压力，完全作用到密封组件4的主体部分上，即挡板43为一体设计，且其厚度与上密封组件4的主体部分具有相同的厚度。

本实施例中，参考图2，调节段44通过销子连接挡板43，销子能够提供调节段44受压后的轴向稳定性。

本实施例中，密封槽型件41的外圈与压力釜主体5内壁之间设置有O型圈和/或挡圈，同理，挡板43的外圈与压力釜主体5内壁之间也设置有O型圈和/或挡圈。

导杆7是用于对石油管材提供径向力的，其穿过所述压力釜主体5的承压容腔侧壁，并被所述承压容腔侧壁分为内端与外端，所述内端顶接在所述石油管材上，所述外端连接油缸11的活塞杆。参考图1所述导杆7的内端通过V型块6顶在所述石油管材上，V型块6根据试件实际尺寸选配，防止施加三点弯载荷时试件管体局部变形。

本实施例中，所述油缸11通过过渡法兰10固定在压力釜主体5的承压容腔侧壁上，并使油缸的活塞杆连接到导杆7的端部，本实施例中，所述过渡法兰10与所述油缸11之间，以及所述导杆7与所述油缸11的活塞杆之间均设置有隔热垫，从而有效防止釜体热量向油缸传递，保证了油缸的可靠工作。

本实施例中，参考图3，所述压力釜主体5上贯穿导杆7的通孔处设置有多级台阶，并适配安装有具有多级台阶的过渡压板，所述过渡压板8套接在所述导杆7上，过渡压板8与导杆7之间，以及过渡压板8的多级台阶与所述通孔的多级台阶之间均设置有密封圈。其中，所述密封圈包括氟胶O形圈及挡圈。

本实施例在上述导杆7与过渡压板8以及压力釜主体5之间提供了三组密封圈，2组密封圈通过过渡压板压紧至釜体主体5上，过渡法兰与过渡压板之间布置1组密封圈。由于此处密封属于高温高压动密封，因此导杆与过渡压板及过渡法兰之间的间隙大小决定了密封的可靠性。

本发明提供的用于石油管材高温高压环境三点弯曲试验的压力釜设备：采用具有密封跟随及间隙补偿功能的密封结构，保证了密封面出现大变形时密封的可靠性；油缸连接结构具有隔热功能及高效的散热性，避免了油缸工作时受到来自釜体热传递的热量影响。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。