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套管泄漏事故是造成油气井早期失效的重要原因。为保证石油套管工作时的高性能,必须按规定对套管进行静水压检查。因此,研制高性能套管静水压试验设备意义重大。
本课题设计研制了一种强制径向密封式套管静水压试验设备。该设备由套管密封头、机体、油水气路系统及控制系统组成。
套管密封头主要解决套管两端的密封问题,是本课题的关键。在研制过程中,本人提出了强制径向密封方案。即,密封头内环形密封圈在外环水压作用下,沿径向收缩强制密封套管两端外圆。一旦外环水压解除,密封圈自行弹性恢复原状。
密封圈的结构设计主要考虑避免密封材料挤进密封头与套管外圆之间的缝隙中。解决办法:密封圈内固定由金属矩形环剖切而成的数个扇形挡块,矩形环的内径与套管的待密封部位直径相同。加压密封时,这些扇形挡块随同密封圈沿径向聚拢,直至与套管密切接触,这样套管腔静水压力便无法使密封材料挤进上述缝隙之中。另外,设计时还考虑了矩形环剖切余量对密封圈的影响。
密封材料选用综合性能优异的聚胺酯橡胶。
套管静水压设备的水路系统主要功能是解决套管的密封和加压;油路系统负责动密封头移动、定位和套管夹紧;气路系统负责套管进出试压设备以及控制卸荷阀和密封阀。在水路系统设计中,套管密封和套管加压使用同一介质同一增压器。增压时,密封压力和套管腔压力同步升高。卸荷时,两压力同步下降。这样设计既提高了密封性能又改善了密封圈的工作条件。
控制系统采用了可编程序控制器(PLC),设计了手动/半自动梯形图程序。
通过研制、安装、调试及整改,实测结果表明,整个水压检测设备的性能测试数据满足了原先制定的设计要求,且有着较好的性能价格比。