旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗臺架研制

旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗臺架研制劉先明;劉勇;劉強;孫翊成;陳科旭;李瓊【摘要】InordertoconducttheRCDperformancetestmaintenanceandthenewRCDproductresearchanddevelopment,theRCDdynamicsimulationtestequipmentisdeveloped.Thisequip-mentismainlycomposedofmechanicaltransmissionsystem,hydraulicsystem,electricalcontrolsystem,dataacquisitionandprocessingsystem,remotemonitoringandcontrolsystem,whichhasreasonablestructureandenoughfunctionstosatisfytherequirements.AccordingtotheGB/T25430—2010andAPI16RCD,theexperimentalresultsshowthattheequipmentcanmeettheRCDtestrequirementsundervariousoperatingconditions.ThetestequipmentcannotonlytestthereliabilityoftheRCD,butalsocanprovideexperimentbasistoresearchanddevelopthenewRCD.%為進行旋轉(zhuǎn)防噴器的性能測試、檢修和新產(chǎn)品研發(fā),研制了旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗臺架.該試驗臺架主要由機械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成.室內(nèi)試驗表明，能夠按照國家標準GB/T25430—2010和API16RCD規(guī)定進行旋轉(zhuǎn)防噴器在各種工況條件下的動態(tài)模擬試驗.利用該試驗臺架,不僅可以檢驗旋轉(zhuǎn)防噴器的可靠性,同時為開展新型旋轉(zhuǎn)防噴器研發(fā)提供試驗依據(jù).【期刊名稱】《石油礦場機械》【年(卷),期】2016(045)005【總頁數(shù)】4頁(P76-79)【關(guān)鍵詞】旋轉(zhuǎn)防噴器;動態(tài)模擬;試驗臺架【作者】劉先明;劉勇;劉強;孫翊成;陳科旭;李瓊【作者單位】川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院欠平衡及氣體鉆井試驗基地,四川廣漢618300;川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院欠平衡及氣體鉆井試驗基地,四川廣漢618300;渤海裝備遼河重工有限公司,遼寧盤錦124010;川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院欠平衡及氣體鉆井試驗基地,四川廣漢618300;川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院欠平衡及氣體鉆井試驗基地,四川廣漢618300;川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院欠平衡及氣體鉆井試驗基地,四川廣漢618300【正文語種】中文【中圖分類】TE921.507旋轉(zhuǎn)防噴器是欠平衡/氣體及控壓鉆井工藝技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備和井口安全控制系統(tǒng)的重要設(shè)備［1-3］。在實施帶壓鉆井作業(yè)時，旋轉(zhuǎn)防噴器用以密封鉆桿與方鉆桿，并在允許的井口壓力條件下旋轉(zhuǎn)鉆進；在實施帶壓起下鉆具等其他帶壓作業(yè)中，用以封隔井口環(huán)空壓力，并通過規(guī)定尺寸的鉆具及其接頭。因此，旋轉(zhuǎn)防噴器的可靠性直接影響到現(xiàn)場鉆井作業(yè)的安全和效率。為保證旋轉(zhuǎn)防噴器使用性能，在現(xiàn)場使用前必須進行相應(yīng)的試驗和檢驗。根據(jù)GB/T25430—2010《鉆通設(shè)備旋轉(zhuǎn)防噴器規(guī)范》⑷以及APISpec16RCD《鉆通設(shè)備旋轉(zhuǎn)控制裝置》［5］的有關(guān)要求，研制出旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗臺架［6-7］，并運用該臺架進行樣機強度、靜密封、動密封等模擬試驗，效果良好。旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗臺架主要由機械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成。開展動態(tài)模擬試驗時，首先固定好旋轉(zhuǎn)防噴器底座法蘭，安裝旋轉(zhuǎn)總成并鎖緊，插入試驗鉆桿，并將其與試驗轉(zhuǎn)盤下方的旋轉(zhuǎn)主軸連接好，啟動電氣控制系統(tǒng)驅(qū)動直流電動機轉(zhuǎn)動，電機主軸通過轉(zhuǎn)矩傳感器和聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)主軸、鉆桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)防噴器性能試驗的旋轉(zhuǎn)運動，控制液缸可以實現(xiàn)試驗鉆桿的上下往復(fù)運動，同時利用數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的實時采集和參數(shù)調(diào)整，模擬旋轉(zhuǎn)防噴器各種工況。1.1機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)的主要作用是支撐轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)主軸和加載液缸，將電機的轉(zhuǎn)動和液缸的加載壓力傳遞到試驗鉆桿，如圖1所示。旋轉(zhuǎn)主軸和加載液缸固定在4個立柱的長方體支架上，轉(zhuǎn)盤則安裝在水平連接板中間。同時承載加壓液缸載荷，提供試驗所需的加載壓力。為了保證試驗過程操作方便和預(yù)留功能擴展空間，在試驗臺架下面設(shè)計了一個長、寬、深分別為9m、5m、5m的地坑，地坑中設(shè)計有水平推力液缸、運行軌道和井口法蘭，便于安裝旋轉(zhuǎn)防噴器試件。該機械傳動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，使用方便等優(yōu)點。液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)主要用于控制加載液缸、水平推力液缸、垂直壓入液缸等3個液缸的動作，液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。當交流電動機啟動液壓泵后，液壓油箱里的液壓油經(jīng)過過濾器、油泵和閥組、蓄能器、高壓油管后進入液缸無桿腔，推動液缸中的活塞桿向下運動，提供給旋轉(zhuǎn)主軸加載壓力。卸載時液壓油進入液缸有桿腔后推動活塞桿收回。采用蓄能器可以提高加載速度并減少試驗時的振動效應(yīng)。水平推力液缸和垂直壓入液缸用于將旋轉(zhuǎn)防噴器試件移到井口和將鉆桿插入到旋轉(zhuǎn)總成膠芯中，試驗操作更加方便。電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要控制試驗過程中直流電機的啟動與停止、液壓泵的啟動與停止、加載液缸的伸縮、水平推力液缸的伸縮、垂直壓入液缸的伸縮等，同時可以調(diào)節(jié)直流電機的轉(zhuǎn)速和液缸加載壓力的大小，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)防噴器在不同轉(zhuǎn)速和鉆壓條件下的模擬試驗。1.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要利用自主編制的旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗軟件，實時采集和記錄旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗過程中的鉆壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、加載液缸移動位移、液壓系統(tǒng)壓力、旋轉(zhuǎn)防噴器殼體溫度等動態(tài)參數(shù)。利用該軟件可以設(shè)置或改變相關(guān)運動參數(shù)，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)防噴器在不同工況下的模擬試驗，具有較高的遠程操控能力，能滿足自動化操作。1.5遠程監(jiān)控系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗屬于高壓試驗，壓力級別高達70MPa，在試驗過程中，為了方便監(jiān)測關(guān)鍵部位的泄漏，利用高清攝像頭和視頻采集卡實時監(jiān)測各設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，保證試驗人員安全。旋轉(zhuǎn)防噴器動態(tài)模擬試驗臺架主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。按照GB/T25430—2010以及APISpec16RCD的要求，該技術(shù)參數(shù)能夠滿足現(xiàn)有最高壓力等級旋轉(zhuǎn)防噴器的室內(nèi)試驗，能夠滿足各種工況條件下的動態(tài)模擬試驗，主要包括：承壓件強度試驗、整機靜密封試驗、旋轉(zhuǎn)動密封試驗、旋進動密封試驗、以及密封膠芯過鉆桿接頭試驗。同時還可以開展井口防噴器和井下工具的功能性試驗。利用該試驗臺架，先后成功研發(fā)了XF系列主動密封旋轉(zhuǎn)防噴器和XK-21/35(220)型旋轉(zhuǎn)防噴器。以新研發(fā)的XK-21/35(220)型旋轉(zhuǎn)防噴器室內(nèi)性能測試試驗為例，利用該試驗臺架開展了樣機殼體靜水壓強度試驗、額定靜壓試驗、額定動壓試驗、膠芯拆裝試驗和承壓起下鉆壽命試驗。殼體靜水壓試驗時，試壓孔注入壓力至53.6MPa，穩(wěn)壓15min，無可見滲漏。整機額定靜水壓試驗時，旋轉(zhuǎn)總成內(nèi)安裝0127mm(5英寸)膠芯，密封0127mm試驗鉆桿，兩次分別注入壓力至1.8MPa和35.87MPa，穩(wěn)壓10min，如圖5，各密封處未見滲漏。額定動壓試驗時，依次控制注入壓力和對應(yīng)轉(zhuǎn)速，即，0MPa、30r/min，21MPa、60r/min，17.5MPa、90r/min，14MPa、120r/min，累計試驗時間超過200h，軸承表面溫度55°C,各密封部位未見滲漏。膠芯拆裝試驗時，每次保壓期間壓降值在0.23-0.74MPa，卡箍連接處未見滲漏。承壓起下鉆試驗時，控制起下鉆速度為305mm/s，壓力為7.0MPa±0.5MPa,上下行程為1524mm，試驗芯軸在膠芯內(nèi)做往復(fù)運動，累計通過1005個鉆具接頭，密封性能良好。室內(nèi)試驗結(jié)果表明,旋轉(zhuǎn)防噴器工作性能穩(wěn)定,各項性能指標達到設(shè)計要求。為開展新型旋轉(zhuǎn)防噴器研制提供試