室內試驗井加載裝置設計分析

任波

摘 要：隨著油井開發的不斷深入和鉆井技術的不斷提高，地下油層深度的不確定性以及地層結構的復雜性也突顯出來，石油管柱及工具將承受源自地下急劇變化的外載荷等，這就使得油田機械性能的現場考驗變得更加嚴峻。因此很有必要對石油機械（井下部分）現場投入使用前進行室內模擬加載實驗，以便對可能出現的問題采取相應措施。通過對油井機械作業現場環境的考察，對實際工作參數的具體量化，設計一套試驗井加載裝置，從而對工作機械在實際使用中提供可行性指導。

關鍵詞：試驗井 加載裝置 液壓 設計

中圖分類號 TE931.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）0076-01

石油天然氣開采機械具有功率大，工礦復雜，載荷變化急劇，工作環境惡劣，多在野外，沙漠地區，或水下、海上作業，所以特別適合采用液壓技術，同時對液壓系統提出了各種特殊要求：變速范圍較大，耐高溫高壓；能夠適應激烈變化的外加載荷；能防火，防爆，防腐蝕；可靠行性要求較高，使用壽命長，便于維護。液壓技術在各種石油，天然氣探采機械設備中得到了普遍應用。如在海面上工作的海上石油鉆井平臺的升降系統，在水下或陸上作業的井下工具和井口自動化工具，輸油管道加工的試壓裝置等，都大量而又成功地采用了液壓技術。

1 室內實驗井加載裝置組成及功能

1.1 室內實驗井加載裝置組成

加載裝置由拉壓橫梁、旋轉動力頭、拉壓活塞油缸、導軌及立柱、液壓馬達、操作平臺、車輪及安全防護設施等組成。加載裝置主體結構如圖1所示。

1.2 工作原理

加載裝置機座為一操作平臺，試驗人員可在平臺上完成試驗套管垂直狀態下的各種試驗操作。

加載裝置機座與試驗套管固聯，加載裝置在加載過程中，加載裝置、試驗工具和試驗套管構成內力系統。加載裝置操作平臺有4個車輪，通過電機驅動車輪可在鋼軌上行走。

加載裝置主體上的拉壓橫梁通過拉壓活塞缸驅動，拉壓橫梁運動的速度通過電液比例調速閥控制。

旋轉動力頭固聯在拉壓橫梁上，旋轉動力頭采用液壓油馬達驅動，旋轉動力頭的速度調節和控制通過調速閥實現。拉壓橫梁與立柱采用滾動導軌支撐，立柱作為拉壓橫梁的上下水平移動的固定導軌。

試驗工具通過專用接頭與旋轉動力頭聯接。

拉壓橫梁的作用是在試驗過程中將被試驗的井下工具逐一下入試驗套管中；另外在試驗套管中的井下工具無法解封時，還可以對井下工具進行大載荷解封。

加載裝置的操作平臺作為加載裝置主體安裝底座。

2 液壓系統組成及原理

液壓系統組成及原理如圖2所示。

圖中實線為供油管線，虛線為回油管線。

工作原理：油箱內的液壓油首先經高壓油泵升壓，然后經過電液比例減壓閥設定各個回路的工作壓力，在通過各有路的電液換向閥設定換向閥的工作狀態，液壓油即可對油路中的油馬達或液壓缸進行液壓驅動來完成管柱起下、工具座封或解封、工具或管柱旋轉等各種動作。油馬達和升降液壓缸均在回油回路中采用比例調速閥實現運動速度調節。

3 液壓系統設計

（1）明確技術要求。主機的工藝目的，結構布局，使用條件，技術特性等；各執行器的形式和數量，動作循環與周期；主機對液壓系統動作的要求：原動機的類型，功率，轉速和轉矩的要求。

（2）系統功能設計。根據技術要求確定液壓執行器的形式，數量和動作順序等。然后通過動力分析與運動分析，確定系統主要參數，編制執行器的工況圖，從而擬定和繪制出液壓系統原理圖。

（3）組成元件的設計。組成元件一般包括標準元件和專用元件。在滿足液壓系統要求的前提下，要盡可能采用標準件。

（4）液壓系統的驗證和計算。驗證計算的目的在于對液壓系統的設計質量做出評價和評判，如果發生矛盾，需要即刻對液壓系統進行調整和修改。計算內容一般包括：系統壓力損失，系統效率，系統發熱與溫升等。計算是通常只采用一些簡化公式以求得大致結果。

4 結語

該文介紹了室內實驗井加載裝置組成及工作原理，對其中的液壓系統做了專門介紹，提出了液壓系統設計時所要遵循的一般原則和程序。油田械作業環境的惡劣性對相應的機械工作性能及其液壓系統提出了相當嚴峻的挑戰，模擬的試驗加載機構的整體性能可保證加載試驗過程順利，從而對油田機械在實際使用中提供可行性指導。

參考文獻

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