室内试验井加载装置设计分析

任波

摘 要：随着油井开发的不断深入和钻井技术的不断提高，地下油层深度的不确定性以及地层结构的复杂性也突显出来，石油管柱及工具将承受源自地下急剧变化的外载荷等，这就使得油田机械性能的现场考验变得更加严峻。因此很有必要对石油机械（井下部分）现场投入使用前进行室内模拟加载实验，以便对可能出现的问题采取相应措施。通过对油井机械作业现场环境的考察，对实际工作参数的具体量化，设计一套试验井加载装置，从而对工作机械在实际使用中提供可行性指导。

关键词：试验井 加载装置 液压 设计

中图分类号 TE931.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）0076-01

石油天然气开采机械具有功率大，工矿复杂，载荷变化急剧，工作环境恶劣，多在野外，沙漠地区，或水下、海上作业，所以特别适合采用液压技术，同时对液压系统提出了各种特殊要求：变速范围较大，耐高温高压；能够适应激烈变化的外加载荷；能防火，防爆，防腐蚀；可靠行性要求较高，使用寿命长，便于维护。液压技术在各种石油，天然气探采机械设备中得到了普遍应用。如在海面上工作的海上石油钻井平台的升降系统，在水下或陆上作业的井下工具和井口自动化工具，输油管道加工的试压装置等，都大量而又成功地采用了液压技术。

1 室内实验井加载装置组成及功能

1.1 室内实验井加载装置组成

加载装置由拉压横梁、旋转动力头、拉压活塞油缸、导轨及立柱、液压马达、操作平台、车轮及安全防护设施等组成。加载装置主体结构如图1所示。

1.2 工作原理

加载装置机座为一操作平台，试验人员可在平台上完成试验套管垂直状态下的各种试验操作。

加载装置机座与试验套管固联，加载装置在加载过程中，加载装置、试验工具和试验套管构成内力系统。加载装置操作平台有4个车轮，通过电机驱动车轮可在钢轨上行走。

加载装置主体上的拉压横梁通过拉压活塞缸驱动，拉压横梁运动的速度通过电液比例调速阀控制。

旋转动力头固联在拉压横梁上，旋转动力头采用液压油马达驱动，旋转动力头的速度调节和控制通过调速阀实现。拉压横梁与立柱采用滚动导轨支撑，立柱作为拉压横梁的上下水平移动的固定导轨。

试验工具通过专用接头与旋转动力头联接。

拉压横梁的作用是在试验过程中将被试验的井下工具逐一下入试验套管中；另外在试验套管中的井下工具无法解封时，还可以对井下工具进行大载荷解封。

加载装置的操作平台作为加载装置主体安装底座。

2 液压系统组成及原理

液压系统组成及原理如图2所示。

图中实线为供油管线，虚线为回油管线。

工作原理：油箱内的液压油首先经高压油泵升压，然后经过电液比例减压阀设定各个回路的工作压力，在通过各有路的电液换向阀设定换向阀的工作状态，液压油即可对油路中的油马达或液压缸进行液压驱动来完成管柱起下、工具座封或解封、工具或管柱旋转等各种动作。油马达和升降液压缸均在回油回路中采用比例调速阀实现运动速度调节。

3 液压系统设计

（1）明确技术要求。主机的工艺目的，结构布局，使用条件，技术特性等；各执行器的形式和数量，动作循环与周期；主机对液压系统动作的要求：原动机的类型，功率，转速和转矩的要求。

（2）系统功能设计。根据技术要求确定液压执行器的形式，数量和动作顺序等。然后通过动力分析与运动分析，确定系统主要参数，编制执行器的工况图，从而拟定和绘制出液压系统原理图。

（3）组成元件的设计。组成元件一般包括标准元件和专用元件。在满足液压系统要求的前提下，要尽可能采用标准件。

（4）液压系统的验证和计算。验证计算的目的在于对液压系统的设计质量做出评价和评判，如果发生矛盾，需要即刻对液压系统进行调整和修改。计算内容一般包括：系统压力损失，系统效率，系统发热与温升等。计算是通常只采用一些简化公式以求得大致结果。

4 结语

该文介绍了室内实验井加载装置组成及工作原理，对其中的液压系统做了专门介绍，提出了液压系统设计时所要遵循的一般原则和程序。油田械作业环境的恶劣性对相应的机械工作性能及其液压系统提出了相当严峻的挑战，模拟的试验加载机构的整体性能可保证加载试验过程顺利，从而对油田机械在实际使用中提供可行性指导。

参考文献

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