本發(fā)明屬于海洋石油采油裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能同時加載加壓的水下井口頭環(huán)空密封地面測試裝置。

背景技術(shù)：

鑒于海洋油氣生產(chǎn)的高風險性，密封性能成為水下油氣裝備的核心指標。當前水下油氣開采過程中，水下井口頭環(huán)空主要采用金屬密封總成，金屬密封總成由金屬密封圈、密封驅(qū)動環(huán)及剪切銷組成(剪切銷將金屬密封圈與密封驅(qū)動環(huán)連接一起)，該類密封均為自緊式密封，在安裝時必須進行密封激勵，才能在正常作業(yè)時發(fā)揮自緊功效，即，該類密封的原理是通過將密封驅(qū)動環(huán)擠入金屬密封圈的u型腔來實現(xiàn)密封激勵，但基于施工工藝影響，該類環(huán)空密封普遍存在一個共同特點，即密封驅(qū)動環(huán)并非直接由壓載直接壓入，而是施加激勵內(nèi)壓撐大金屬密封圈的u型腔后，再將密封驅(qū)動環(huán)擠壓到位，由此來降低施工作業(yè)中對壓載的要求。即，在真實情況下，金屬密封總成通過同時加載加壓實現(xiàn)密封激勵。

但是，目前的水下井口頭環(huán)空密封地面測試裝置無法實現(xiàn)同時加載加壓的密封激勵方式——目前采用的是直接加載方式，即直接通過大型壓機(小型壓機壓載及作業(yè)空間無法滿足要求)將密封驅(qū)動環(huán)壓到最大位移，這種方式含有多種弊端：1.對測試設(shè)備要求較高，測試成本高；2.大型壓機壓載難以精確控制，無法獲取準確的密封激勵壓載且極易過載損壞密封圈；3.該方式無法準確模擬正確的密封安裝方式，失去了測試的意義。

綜上所述，有必要設(shè)計一套能夠?qū)崿F(xiàn)同時施加壓載及激勵內(nèi)壓、精確高效地模擬環(huán)空密封安裝及測試過程的環(huán)空密封測試裝置，并兼顧低成本、操作方便且可重復(fù)使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能同時加載加壓的水下井口頭環(huán)空密封地面測試裝置，該裝置能實現(xiàn)同時加載加壓、精確高效地模擬環(huán)空密封安裝及測試過程，壓載單元加載大小可精確控制，能夠獲取準確的密封激勵壓載，結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種能同時加載加壓的水下井口頭環(huán)空密封地面測試裝置，包括模擬高壓井口頭、坐放在模擬高壓井口頭內(nèi)的模擬套管懸掛器、卡在模擬高壓井口頭和模擬套管懸掛器環(huán)空內(nèi)的金屬密封總成(金屬密封總成包括相互配合的金屬密封圈、密封驅(qū)動環(huán)和剪切銷)、可拆卸的卡在模擬高壓井口頭上的擋塊、放置在密封驅(qū)動環(huán)上的密封壓蓋、放置在密封壓蓋上的活塞體、底部開口套在活塞體上并且頂部被擋塊限位的上壓蓋；密封壓蓋下部與模擬套管懸掛器的中心孔側(cè)壁密封配合、上部與模擬高壓井口頭內(nèi)壁密封配合，活塞體與上壓蓋底部開口側(cè)壁密封配合形成密封腔，模擬高壓井口頭外壁上設(shè)有與金屬密封總成所在容腔連通的加壓壓力注入通道和加壓傳感器通道，上壓蓋頂面設(shè)有與密封腔連通的加載壓力注入通道和加載傳感器通道。

進一步地，模擬高壓井口頭外壁上設(shè)有至少兩個加壓壓力注入通道，上壓蓋頂面設(shè)有至少兩個加載壓力注入通道。

進一步地，加壓壓力注入通道的注入口高于密封壓蓋與模擬高壓井口頭內(nèi)壁之間的最低處密封件。

進一步地，擋塊由整體擋環(huán)切割而成，其中一塊擋塊的兩側(cè)截面平行。

進一步地，模擬高壓井口頭外壁上設(shè)有延伸至擋塊外壁的解鎖孔。

進一步地，模擬套管懸掛器上設(shè)有泄壓孔，泄壓孔位于金屬密封總成下方。

進一步地，模擬高壓井口頭、模擬套管懸掛器、上壓蓋、活塞體和密封壓蓋上均設(shè)有吊裝孔。

進一步地，上壓蓋頂部設(shè)有與上壓蓋底部開口連通的開口，活塞體頂部伸入上壓蓋頂部開口內(nèi)并與壓蓋頂部開口側(cè)壁密封。

進一步地，密封壓蓋頂面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)開設(shè)有通孔，通孔與模擬套管懸掛器的中心孔連通，活塞體底端配合的設(shè)在凹槽內(nèi)。

進一步地，密封壓蓋與模擬高壓井口頭之間、密封壓蓋與模擬套管懸掛器之間、上壓蓋與活塞體之間的各設(shè)有兩道密封件，每道密封件均為o型圈和擋圈。

本發(fā)明的有益效果是：

1.測試時，依據(jù)設(shè)計壓載值，通過加載壓力注入通道向密封腔內(nèi)打壓，活塞體通過密封壓蓋下壓密封驅(qū)動環(huán)、建立初始密封，依據(jù)設(shè)計密封激勵壓力值，通過加壓壓力注入通道向金屬密封總成所在容腔打壓、激勵密封，同時，依據(jù)設(shè)計密封激勵壓載值，下壓密封驅(qū)動環(huán)，激勵內(nèi)壓及壓載均施加到位后，保壓一定時間，卸載、降壓，至此，密封安裝完成，依據(jù)測試流程，開展各項壓力測試、壓力循環(huán)測試及溫度測試；上壓蓋和活塞體組成加載單元，通過打壓實現(xiàn)載荷施加，并通過調(diào)節(jié)密封腔內(nèi)壓力精確控制壓載載荷；金屬密封總成和密封壓蓋組成加壓單元，可實現(xiàn)同時加載加壓、精確高效地模擬環(huán)空密封安裝及測試過程；壓載單元加載大小可精確控制(加壓傳感器通道外接壓力傳感器)，能夠獲取準確的密封激勵壓載，同時可驗證不同壓載下的密封能力，優(yōu)化工藝參數(shù)；整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，制造成本低且可重復(fù)使用。

2.測試時，通過一個加壓壓力注入通道和一個加載壓力注入通道加壓，排空金屬密封總成所在容腔以及密封腔內(nèi)的空氣，直至其余加壓壓力注入通道和加載壓力注入通道有流體流出，停止注入，分別重新上緊堵頭。

3.加壓壓力注入通道的注入口的設(shè)置，便于排空金屬密封總成所在容腔內(nèi)氣體。

4.擋塊分塊安裝和拆卸，其中一塊擋塊的兩側(cè)截面平行，方便安裝時最后一塊擋塊順利卡入。

5.測試后拆卸時，若擋塊由于卡緊而無法順利取出時，可利用鋼棒通過解鎖孔推出擋塊。

6.泄壓孔可以避免安裝時金屬密封總成下部形成封閉腔體，無法安裝到位；同時，亦可通過觀察泄壓孔介質(zhì)流出情況判斷初始密封是否形成。

7.吊裝孔便于安裝時吊運。

8.活塞體頂部密封的伸入上壓蓋頂部開口內(nèi)，活塞體和上壓蓋組合完成后，通過吊裝活塞體頂部即可將活塞體和上壓蓋組合整體吊運，防止分開吊運不利于安裝。

9.通孔避免了活塞體、上壓蓋、模擬高壓井口頭和密封壓蓋之間形成封閉或近似封閉的腔體，阻礙活塞體的上下移動。

10.o型圈適用于軸孔類配合的滑動密封，擋圈防止o型圈軸向竄動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例裝配狀態(tài)的剖視圖。

圖2是本發(fā)明實施例測試狀態(tài)的剖視圖。

圖3是本發(fā)明實施例中模擬高壓井口頭的示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例中的多個擋塊圍成擋環(huán)的俯視圖。

圖中：1-模擬高壓井口頭；2-擋塊；3-上壓蓋；4-活塞體；5-密封壓蓋；6-密封驅(qū)動環(huán)；7-金屬密封圈；8-泄壓孔；9-模擬套管懸掛器；10-剪切銷；11-密封壓蓋與模擬套管懸掛器之間的o型圈和擋圈；12.加壓壓力注入通道；13-密封壓蓋與模擬高壓井口頭之間的o型圈和擋圈；14-活塞體底部與上壓蓋之間的o型圈和擋圈；15-活塞體頂部與上壓蓋之間的o型圈及擋圈；16-加載壓力注入通道；17-加壓傳感器通道；18-解鎖孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1和圖2所示，一種能同時加載加壓的水下井口頭環(huán)空密封地面測試裝置，包括模擬高壓井口頭1、坐放在模擬高壓井口頭1內(nèi)的模擬套管懸掛器9(模擬高壓井口頭1內(nèi)腔下部設(shè)有斜面支撐臺階，與模擬套管懸掛器9斜面支撐臺階相配合，支撐模擬套管懸掛器9，模擬高壓井口頭1內(nèi)壁輪廓與標準高壓井口頭產(chǎn)品完全一致)、卡在模擬高壓井口頭1和模擬套管懸掛器9環(huán)空內(nèi)的金屬密封總成(金屬密封總成包括相互配合的金屬密封圈7、密封驅(qū)動環(huán)6和剪切銷10)、可拆卸的卡在模擬高壓井口頭1上的擋塊2、放置在密封驅(qū)動環(huán)6上的密封壓蓋5、放置在密封壓蓋5上的活塞體4、底部開口套在活塞體4上并且頂部被擋塊2限位的上壓蓋3；密封壓蓋5下部與模擬套管懸掛器9的中心孔側(cè)壁密封配合、上部與模擬高壓井口頭1內(nèi)壁密封配合，活塞體4與上壓蓋3底部開口側(cè)壁密封配合形成密封腔，模擬高壓井口頭1外壁上設(shè)有與金屬密封總成所在容腔連通的加壓壓力注入通道12和加壓傳感器通道17，上壓蓋3頂面設(shè)有與密封腔連通的加載壓力注入通道16和加載傳感器通道。

測試時，依據(jù)設(shè)計壓載值，通過加載壓力注入通道16向密封腔內(nèi)打壓，活塞體4通過密封壓蓋5下壓密封驅(qū)動環(huán)6、建立初始密封，依據(jù)設(shè)計密封激勵壓力值，通過加壓壓力注入通道12向金屬密封總成所在容腔打壓、激勵密封，同時，依據(jù)設(shè)計密封激勵壓載值，下壓密封驅(qū)動環(huán)6，激勵內(nèi)壓及壓載均施加到位后，保壓一定時間，卸載、降壓，至此，密封安裝完成，依據(jù)測試流程，開展各項壓力測試、壓力循環(huán)測試及溫度測試；上壓蓋3和活塞體4組成加載單元，通過打壓實現(xiàn)載荷施加，并通過調(diào)節(jié)密封腔內(nèi)壓力精確控制壓載載荷；金屬密封總成和密封壓蓋5組成加壓單元，可實現(xiàn)同時加載加壓、精確高效地模擬環(huán)空密封安裝及測試過程；壓載單元加載大小可精確控制(加壓傳感器通道17外接壓力傳感器)，能夠獲取準確的密封激勵壓載，同時可驗證不同壓載下的密封能力，優(yōu)化工藝參數(shù)；整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，制造成本低且可重復(fù)使用。

在本實施例中，模擬高壓井口頭1外壁上設(shè)有2個加壓壓力注入通道12(間隔180°)和2個加壓傳感器通道17(間隔180°)；上壓蓋3頂面設(shè)有2個加載壓力注入通道16(間隔180°)和2個加載傳感器通道(間隔180°)。測試時，通過一個加壓壓力注入通道12和一個加載壓力注入通道16加壓，排空金屬密封總成所在容腔以及密封腔內(nèi)的空氣，直至其余加壓壓力注入通道12和加載壓力注入通道16有流體流出，停止注入，分別重新上緊堵頭。

在本實施例中，加壓壓力注入通道12的注入口高于密封壓蓋5與模擬高壓井口頭1內(nèi)壁之間的最低處密封件。加壓壓力注入通道12的注入口的設(shè)置，便于排空金屬密封總成所在容腔內(nèi)氣體。

如圖4所示，在本實施例中，擋塊2由整體擋環(huán)切割而成(模擬高壓井口頭1上設(shè)有與擋環(huán)配合的環(huán)形卡槽，擋塊2半邊壓住上壓蓋3、半邊卡進環(huán)形卡槽內(nèi))，其中一塊擋塊2的兩側(cè)截面平行。擋塊2分塊安裝和拆卸，其中一塊擋塊2的兩側(cè)截面平行，方便安裝時最后一塊擋塊2順利卡入。

如圖1至圖3所示，在本實施例中，模擬高壓井口頭1外壁上設(shè)有延伸至擋塊2外壁的解鎖孔18。測試后拆卸時，若擋塊2由于卡緊而無法順利取出時，可利用鋼棒通過解鎖孔18推出擋塊2。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，模擬套管懸掛器9上設(shè)有泄壓孔8，泄壓孔8位于金屬密封總成下方。泄壓孔8可以避免安裝時金屬密封總成下部形成封閉腔體，無法安裝到位；同時，亦可通過觀察泄壓孔8介質(zhì)流出情況判斷初始密封是否形成。

在本實施例中，模擬高壓井口頭1外壁上部和下部各設(shè)置4個吊裝孔(吊裝孔之間間隔90°)、模擬套管懸掛器9上端面和下端面各設(shè)有4個吊裝孔(吊裝孔之間間隔90°)、密封壓蓋5上端面和下端面各設(shè)有4個吊裝孔(吊裝孔之間間隔90°)、上壓蓋3上端面和下端面各設(shè)有4個吊裝孔(吊裝孔之間間隔90°)、活塞體4上端面設(shè)有1個吊裝孔、下端面設(shè)有4個吊裝孔(吊裝孔之間間隔90°)。吊裝孔便于安裝時吊運。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，上壓蓋3頂部設(shè)有與上壓蓋3底部開口連通的開口，活塞體4頂部伸入上壓蓋3頂部開口內(nèi)并與壓蓋頂部開口側(cè)壁密封?；钊w4頂部密封的伸入上壓蓋3頂部開口內(nèi)，活塞體4和上壓蓋3組合完成后，通過吊裝活塞體4頂部即可將活塞體4和上壓蓋3組合整體吊運，防止分開吊運不利于安裝。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，密封壓蓋5頂面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)開設(shè)有通孔，通孔與模擬套管懸掛器9的中心孔連通，活塞體4底端配合的設(shè)在凹槽內(nèi)。通孔避免了活塞體4、上壓蓋3、模擬高壓井口頭1和密封壓蓋5之間形成封閉或近似封閉的腔體，阻礙活塞體4的上下移動。

如圖1和圖2所示，在本實施例中，密封壓蓋5與模擬高壓井口頭1之間、密封壓蓋5與模擬套管懸掛器9之間、上壓蓋3與活塞體4之間的各設(shè)有兩道密封件，每道密封件均為o型圈和擋圈(11、13、14和15)。o型圈適用于軸孔類配合的滑動密封，擋圈防止o型圈軸向竄動。

本發(fā)明實施例的安裝過程為：

1)利用模擬高壓井口頭1上部吊裝孔，將起吊工具與模擬高壓井口頭1連接，將其吊放至測試場地水平地面或平臺上，利用模擬套管懸掛器9上部吊裝孔，將其吊裝坐放在模擬高壓井口頭1內(nèi)，利用剪切銷10將金屬密封圈7與密封驅(qū)動環(huán)6連接一起，并整體放置于模擬套管懸掛器9上方，直至其穩(wěn)固。

2)清理密封壓蓋5小徑、大徑密封槽，涂抹潤滑油，并分別安裝0型圈和擋圈(11和13)。利用密封壓蓋5上部吊裝孔，將其裝入模擬高壓井口頭1，坐放于密封驅(qū)動環(huán)6上部。

3)將活塞體4小徑向上水平放置，清理小徑、大徑密封槽，涂抹潤滑油，并分別安裝o型圈和擋圈(14和15)，利用上壓蓋3小孔端吊裝孔，將上壓蓋3坐放于活塞體4上部，并使得活塞體4小徑由上壓蓋3內(nèi)孔伸出，利用活塞體4小徑端吊裝孔，將活塞體4及上壓蓋3一起吊裝放入模擬高壓井口頭1內(nèi)密封壓蓋5凹槽上。

4)安裝擋塊2，依次卡入模擬高壓井口頭1環(huán)形卡槽，注意最后安裝兩側(cè)截面平行的擋塊2。

5)模擬高壓井口頭1加壓壓力注入通道12連接一個液壓接頭，加壓傳感器通道17連接一個壓力傳感器，剩余兩孔用堵頭堵住，上壓蓋3加載壓壓力注入通道連接一個液壓接頭，加載傳感器通道連接一個壓力傳感器，剩余兩孔用堵頭堵住，至此，測試裝置連接完畢，準備測試。

本發(fā)明實施例的測試過程為：

1)模擬高壓井口頭1和上壓蓋3分別卸掉一個堵頭，并通過液壓接頭注入流體介質(zhì)，排空密封腔和金屬密封總成所在容腔內(nèi)空氣，直至堵頭卸掉處有流體流出，停止注入，分別重新上緊堵頭。

2)依據(jù)設(shè)計壓載值，向上壓蓋3內(nèi)打壓，下壓密封驅(qū)動環(huán)6，建立初始密封；依據(jù)設(shè)計密封激勵壓力值，向金屬密封圈7所在腔體打壓，激勵密封，同時，依據(jù)設(shè)計密封激勵壓載值，下壓密封驅(qū)動環(huán)6。

3)激勵內(nèi)壓及壓載均施加到位后，保壓一定時間，卸載、降壓，至此，密封安裝完成，依據(jù)測試流程，開展各項壓力測試、壓力循環(huán)測試及溫度測試等。

本發(fā)明實施例的拆卸過程為：

測試結(jié)束后，將密封腔和金屬密封總成所在容腔內(nèi)壓力降至為0，從上而下，與安裝順序相反，依次完成各部件的拆卸，其中，擋塊2可能會由于擠壓過緊而導(dǎo)致無法拆除，此時可利用鋼棒通過解鎖孔18推出最后安裝的擋塊2，實現(xiàn)擋塊2的順利拆卸。

應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。