芯軸式套管、油管懸掛器的PR2性能試驗介紹

詹良斌 李美求

摘 要：API 6A井口裝置及采油樹設備當應用于特殊或惡劣工況，如用于海洋鉆井平臺鉆井作業(yè)、極地環(huán)境鉆井作業(yè)及壓裂增產作業(yè)時，需考慮井口裝置及采油樹設備的性能等級、可靠性和使用壽命等因素，確保設備在額定工作壓力、額定工作溫度以及高含硫化氫的介質下高效穩(wěn)定地工作。相較于常規(guī)PR1級，API 6A規(guī)范對井口裝置及采油樹設備關鍵部件的PR2級性能測試有嚴格的試驗程序和驗收要求。文章介紹井口裝置及采油樹設備關鍵部件之一芯軸式套管懸掛器和油管懸掛器的PR2性能測試過程、方法及注意事項，供同行參考交流。

關鍵詞：井口裝置；懸掛器；PR2；性能試驗

中圖分類號：TE93 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0077-02

Abstract： For API 6A wellhead equipment and oil tree equipment， when they are used in special or adverse conditions， such as offshore drilling platform's drilling operations， drilling operations in the polar environment and fracturing stimulation operations， the factors such as performance grade， reliability and service life of wellhead equipment and oil tree equipment should be considered， to ensure the equipment to work efficiently and stably under the rated working pressure， rated working temperature and high H2S content medium. Compared with the conventional PR1 level， the API 6A specification has strict test procedures and acceptance requirements for the PR2 performance test of the key components of wellhead devices and oil extraction tree equipment. This paper introduces the PR2 performance testing process， method and matters needing attention of the core shaft casing hanger and tubing hanger， which is one of the key components of wellhead device and oil tree equipment.

Keywords： wellhead device； hanger； PR2； performance test

1 概述

井口裝置及采油樹設備主要包括：井口裝置殼體、卡瓦式懸掛器、芯軸式懸掛器、閥門，連接附件等。PR2性能測試除了靜壓力測試、壓力循環(huán)測試、溫度循環(huán)測試，還可包括承載載荷循環(huán)測試、操作力循環(huán)測試、操作力矩循環(huán)測試等等。性能鑒定試驗在試制的產品或者樣機上進行，一般使用氮氣作為實驗的介質，需要一套完善的實驗裝置，包括超高壓壓力實驗臺、高低溫保溫環(huán)境箱、扭矩循環(huán)裝置、軟件操作系統、壓力監(jiān)控系統、溫度監(jiān)控系統等。

2 芯軸式懸掛器試驗過程

2.1 芯軸懸掛器產品性能簡介

芯軸式懸掛器安裝在井口裝置殼體內部，一般用來懸掛套管或油管，懸掛器需承受最大套管或油管重量的重力；懸掛器外部設有密封，內部配備單向閥安裝機構，由固定鎖緊裝置定位，在高低溫交變下需保證額定工作壓力正常工作。

2.2 芯軸懸掛器產品PR2性能測試完整程序

室溫下芯軸懸掛器承受油管載荷的循環(huán)試驗程序如下，載荷循環(huán)試驗工裝如圖1所示。

（1）加載至最大額定載荷，保持載荷5分鐘；（2）減載至最小測試載荷，保持載荷5分鐘；（3）加載至最大額定載荷，保持載荷5分鐘；（4）減載至最小測試載荷，保持載荷5分鐘；（5）加載至最大額定載荷，保持載荷5分鐘；（6）減載至0；（7）驗收準則：試驗產品不應有任何不符合性能要求的永久變形。

2.3 室溫下芯軸懸掛器的內壓試驗程序如下，內壓試驗工裝如圖2所示

（1）室溫下給芯軸懸掛器內部施加額定壓力；（2）確保壓力穩(wěn)定后，保壓15分鐘；（3）泄壓；（4）驗收準則：在規(guī)定的試驗保壓期間無可見泄漏，保壓期間壓力測量裝置上觀測到的壓力變化，應小于試驗壓力的5%或500psi，取其小者。

2.4 芯軸懸掛器壓力/溫度循環(huán)試驗

（1）試驗前將懸掛器鎖緊裝置按照要求安裝到位；（2）在

室溫和大氣壓下開始升溫至最高溫度；（3）由A&C;處施加試

驗壓力，并最少保壓1小時，然后泄壓；（4）由B（或D）處施加試驗壓力，并最少保壓1小時，然后泄壓；（5）降溫至最低溫度；（6）由A&C;處施加試驗壓力，最少保壓1小時，然后泄壓；（7）由B（或D）處施加試驗壓力，最少保壓1小時，然后泄壓；（8）升溫至室溫；（9）在室溫下，由A&C;處施加壓力，同時升高溫度，在升至最高溫度期間，保持壓力在試驗壓力的50%～100%；（10）升高到最高溫度后，在A&C;處保持試驗壓力最少1小時；（11）保持試驗壓力的50%～100%，降低溫度至最低溫度；（12）降低到最低溫度后，在A&C;處保持試驗壓力最少1小時；（13）升高溫度至室溫，在升溫期間，保持壓力在試驗壓力的50%～100%；（14）卸掉A&C;處試驗壓力；（15）由B（或D）處施加試驗壓力，同時升溫至最高溫度，在升溫期間，保持壓力在試驗壓力的50%～100%；（16）升高至最高溫度后，在B（或D）處試驗壓力下，最少保壓1小時；（17）保持試驗壓力的50%～100%，降溫至最低溫度；（18）保持B或D處試驗壓力

下，最少保壓1小時；（19）升高溫度至室溫，在升溫期間，保持B（或D）壓力在試驗壓力的50%～100%；（20）升溫至最高溫度；（21）在A&C;處施加試驗壓力，并最少保壓1小時，然后泄壓；（22）在B（或D）處施加試驗壓力下，并最少保壓1小時，然后泄壓；（23）降溫至最低溫度；（24）在A&C;處施加試驗壓力，并最少保壓1小時，然后泄壓；（25）在B（或D）處施加試驗壓力，并最少保壓1小時，然后泄壓；（26）升高到室溫；（27）由A&C;處施加試驗壓力，最少保壓1小時，然后泄壓；（28）由B（或D）處施加試驗壓力，最少保壓1小時，然后泄壓；（29）由A&C;處施加5%～10%的試驗壓力，最少保壓1小時，然后泄壓；（30）在B（或D）處施加5%～10%的試驗壓力，最少保壓1小時，然后泄壓；（31）驗收準則：在規(guī)定的試驗保壓期間無可見泄漏，保壓期間壓力測量裝置上觀測到的壓力變化，應小于試驗壓力的5%或500psi，取其小者；試驗產品不應有任何不符合性能要求的永久變形。

2.5 墊環(huán)壓力區(qū)壓力試驗

（1）在室溫及大氣壓下，由D處施加試驗壓力，最少保壓5分鐘，然后泄壓；（2）驗收準則：在規(guī)定的試驗保壓期間無可見泄漏，保壓期間壓力測量裝置上觀測到的壓力變化，應小于試驗壓力的5%或500psi，取其小者；試驗產品不應有任何不符合性能要求的永久變形。

2.6 芯軸懸掛器全封壓力固位試驗

該試驗已被4條A方向的壓力/溫度循環(huán)試驗覆蓋。

2.7 背壓閥制備的壓力試驗

（1）在室溫下，從背壓閥下部施加測試壓力（懸掛器內部承受的額定壓力值），并至少保壓5分鐘，然后泄壓至大氣壓；（2）再重復步驟兩次（共測試三次）；（3）驗收準則：在規(guī)定的試驗保壓期間無可見泄漏，保壓期間壓力測量裝置上觀測到的壓力變化，應小于試驗壓力的5%或500psi，取其小者；試驗產品不應有任何不符合性能要求的永久變形。

3 PR2性能測試注意事項

進行室溫下芯軸懸掛器承受油（套）管載荷的循環(huán)試驗時，最大額定載荷為懸掛器本身設計的極限承載能力，此承載能力需要大于管柱的重量；最小額定載荷可以為零重量。本程序采用液壓缸對懸掛器進行施加載荷，模擬承載重量，試驗時，對液壓缸的液壓力需要計算，以準確反映載荷數據。計算公式如下：

P液壓缸=F最大載荷/πR2

公式中R代表液壓缸活塞的半徑。

4 結束語

本文重點介紹了井口裝置及采油樹設備關鍵部件芯軸式懸掛器的PR2試驗程序、要求和驗收準則，并通過列舉相關試驗工裝和設施展示了試驗過程和原理；同時闡述了PR2性能測試的注意事項，為了解和進行此類試驗提供實踐參考。

參考文獻：

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