СТЕНД ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ

Полезная модель относится к устройствам для испытания соединений труб на герметичность и может быть использована для испытания внутренним давлением воздуха на плотность (герметичность) резьбовых соединений насосно-компрессорных труб (НКТ) или обсадных колонн с целью определения необходимости их восстановления при строительстве или капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин.
Известен стенд для гидравлического испытания труб, состоящий из рамы, в которой располагается испытуемая труба на направляющих, подвижной тележки на которой установлена с каретка с заглушкой, второй каретки с герметизирующей головкой и устройством подачи испытательной жидкости, механизмов поиска, центрации, фиксации трубы и ее загрузки (патент на изобретение №27704, МПК G01M 3/02).
Недостатками этого стенда являются:
- наличие большого числа вспомогательного оборудования для проведения гидравлических испытаний (насоса высокого давления, емкости для жидкости, двух кареток: на одной расположен сложный узел герметизации конца труб, а на другой - заглушка, гидрозамок, центрирующие зажимы и т.д.)
- возникновение больших продольных нагрузок в полости трубы, расположение на большой площади,
- цепной привод подвижной тележки,
- большая металлоемкость.
Известно также устройство для гидравлического испытания насосно-компрессорных труб, состоящее из неподвижной рамы со стойкой и опорами, механизмов загрузки - выгрузки, подвижных и неподвижных в продольном направлении герметизирующих узлов с механизмами фиксации и опрессовки испытательной жидкостью (патент на изобретение №2192627, МПК G01М 3/08).
Данное устройство содержит очень много механизмов и узлов для проведения полного цикла испытания, технологические пары соосных подвижных и неподвижных герметизирующих узлов, насоса высокого давления, емкости для жидкости, а конструкция подвижного герметизирующего узла (заглушки) снижает надежность данного устройства. Герметизация концов труб производится навинчиванием на них опрессовочных головки и заглушки. Стенд очень металлоемкий.
Известна установка для гидравлического испытания труб с резьбовыми концами и опрессовочная заглушка для ниппельного конца трубы (патент на изобретение №2360222, МПК G01M 3/08). Указанная установка состоит из приводного рольганга продольного перемещения испытываемой трубы с муфтой, неподвижной в продольном направлении опрессовочной головки, связанной с системой подачи опрессовочной жидкости и снабженной узлом фиксации в ней муфтового конца трубы. Встречно опрессовочной головке по другую сторону рольганга на стойке установлен второй узел крепления опрессовочной заглушки на ниппельном конце трубы. Заглушка содержит корпус в виде гайки-пробки с резьбой, соответствующей резьбе ниппеля и отверстиями для сообщения с полостью трубы. В резьбовой части корпуса заглушки размещена эластичная манжета в виде диаметрально расширяющегося под внешним воздействием стакана с массивным основанием и внутренними заплечиками. В корпусе установлен подвижный полый шток с отверстиями для сообщения полости испытываемой трубы с полостью манжеты.
Недостатками данного устройства, являются:
- наличие вспомогательного оборудования для проведения гидравлических испытаний (насоса высокого давления, емкости для жидкости), возникновение больших продольных нагрузок в полости трубы;
- высокое давление жидкости при гидравлических испытаниях, что требует обеспечения дополнительных мер безопасности обслуживающего персонала;
- большие габариты установки;
- значительная трудоемкость;
- необходимость монтажа дополнительного оборудования;
- глушение труб с двух сторон;
- большое время проведения цикла гидравлического испытания;
- загрязнение прилегающей к установке территории рабочей жидкостью;
- повышенный шум от гидронасоса,
- герметизация ниппельной части трубы производится навинчиванием гайки-пробки.
Наиболее близкой по технической сущности к полезной модели является стенд для испытания резьбовых соединений труб на герметичность газом СТГ-1000 (http://vniitneft.ru/stend_isp.htm). Указанный стенд предназначен для определения пределов герметичности резьбовых соединений различных конструкций обсадных и насосно-компрессорных труб при воздействии на них внутреннего давления газа, а также для сравнительной оценки способности различных материалов (смазок, герметиков и др.) уплотнять резьбовые соединения той или иной конструкции. Таким образом, этот стенд предназначен исключительно для научно-исследовательских работ. Данный стенд представляет собой емкость с водой, куда помещаются испытуемые образцы резьбовых соединений с резьбовыми технологическими заглушками на концах длиной не более 1000 мм. В одной резьбовой заглушке имеется штуцер для подвода под давлением газа от плунжерного насоса в испытуемую полость резьбового соединения. Емкость закрывается герметичной крышкой. Недостатками данного стенда, взятого нами за прототип, являются:
- невозможность проведения испытания натуральных НКТ;
- наличие емкости с жидкостью;
- глушение образцов резьбовых соединений, с двух сторон технологическими резьбовыми заглушками;
- значительные трудоемкость и время проведения испытаний;
- использование дополнительного оборудования (нагревательные элементы для нагрева жидкости в испытательной емкости);
- возможность загрязнения жидкостью из испытательной емкости территории цеха;
- возможность использования только в лабораторных условиях, не возможность применения в серийном производстве на технологических линиях.
Целью полезной модели является создание испытательного стенда малого габарита простого в обслуживании и управлении, сокращение количества узлов и механизмов, сокращение времени испытания резьбовых соединений НКТ и обсадных труб натуральных размеров.
Указанная цель достигается тем, что воздух, подается под давлением только в пространство резьбового соединения НКТ натуральной величины без использования технологических резьбовых заглушек.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в следующем. На жесткой раме имеются: пневмоцилиндр со штоком, электропневматическими клапанами с блоком управления и подвижной опрессовочной головки с герметизирующим элементом - резиновым кольцом, которая перемещается по направляющим станины. Шток пневмоцилиндра связан с подвижным штоком, который за счет опоры пружины и самой пружины перемещает опрессовочную головку с герметизирующим элементом расположенном на торце опрессовочной головки вдоль стенда по направляющим стенда до соприкосновения с торцом муфты навинченной на НКТ и герметизирует резьбовое соединение со стороны торца муфты. Неподвижный шток, вставленный в подвижный шток, имеет на своем конце резиновую втулку - пакер для герметизации внутренней поверхности НКТ после резьбового соединения с муфтой. В опрессовочной головке имеется кольцевая проточка на торце диаметром меньше внутреннего диаметра муфты НКТ для сообщения с внутренней полостью муфты и два отверстия, перпендикулярные оси опрессовочной головки и сообщающиеся с кольцевой проточкой, одно для подвода воздуха к испытываемой полости резьбового соединения, а второе для установки манометра контроля давления нагнетаемого воздуха. Если давление по показаниям манометра на опрессовочной головке не меняется, то плотность резьбового соединения обеспечена. Если давление падает, то необходимо принимать дополнительные меры по герметизации резьбового соединения НКТ.
Полезная модель «Стенд для пневматических испытаний резьбового соединения труб» поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид пневматического стенда с дополнительным оборудованием, содержащий станину 1 на которой закреплены пневмоцилиндр 2 со штоком 3, соединенным через переходник и штоки, проходящие через корпус 4 подвижной прижимной головки с герметизирующей резиновой втулкой (выполняющую роль пакера, на чертеже не показана) с НКТ 5, на которую навернута муфта 6. На станине 1 также закреплен пульт управления 7, блок электропневматических клапанов 8. Трубки 9 и 10 служат для подвода и отвода воздуха из полостей пневмоцилиндра 2. Трубка 11 предназначена для подвода воздуха к резьбовому соединению НКТ. Манометр 12 служит для контроля герметичности резьбового соединения НКТ. Пружина 13 помогает осуществлять возврат подвижного штока в исходное положение. Упор 14 (узел фиксации муфты 6 с трубой 5) жестко закрепленный на станине 1 удерживает муфту 6 от продольного перемещения в процессе пневмоиспытания. Упор 14 (узел фиксации) представляет собой металлический брус профрезерованный сверху вдоль продольной оси радиусом меньшим радиуса трубы 5.
На фиг. 2 представлен разрез стенда, поясняющий сборку. Сборка стенда осуществляется следующим образом. В шток 3 пневмоцилиндра 2 (фиг. 2) ввинчивается переходник 15. Полый подвижный шток 16 устанавливают в корпус 20 (фиг. 2) прижимной головки 4 (фиг. 1), в котором установлены два уплотнительных кольца 21 и уплотнительное кольцо 22 с фланцем 23. В подвижный шток 16 со сквозным пазом А вставляется неподвижный шток 17. Штифт 18 устанавливают в паз А через сквозное отверстие в корпусе 20, втулке 19 и неподвижном штоке 17. На шток 16 установлена пружина 13, опора пружины 24 с регулировочными гайками 25. Подвижный шток 16 через переходник 15 соединен со штоком 3 пневмоцилиндра 2. С противоположной стороны в шток 17 ввинчивают втулку прижимную 26. На шток 17 устанавливают втулку резиновую (пакер) 27, шайбу упорную 28 и фиксируют гайкой 29 с пружинной шайбой 30.
Работа стенда производится в следующей последовательности. По команде с пульта управления 7 (фиг. 1) на блок управления электропневмо-клапанами 8, воздух от компрессора или емкости хранения сжатого воздуха (на чертежах не показан), по воздухопроводу 9 подается в пневмоцилиндр 2, при этом шток 3,через опору пружины 24 и пружину 13 двигает прижимную головку 4 (фиг. 1) с герметизирующим элементом 22 установленном на корпусе 20 (фиг. 2), к торцу муфты 6 (фиг. 2), втулка резиновая 27 входит во внутреннюю полость трубы 5 (фиг. 1). Кольцо уплотнительное 22, удерживаемое фланцем 23 прижимается к торцу муфты 6 (фиг. 2) и герметизирует пространство Б (пространство между торцом резиновой втулки 27, внутренней поверхности резьбового соединения труба-муфта, торцом корпуса 20 благодаря уплотнительному кольцу 22, при этом движение корпуса 20 и неподвижного штока 17 прекращается. Дальнейшее движение штока 3 вызывает полное сжатие пружины 13 и движение подвижного штока 16 с втулкой прижимной 26 относительно неподвижного штока 17 на расстояние, равному длине паза А, что приводит к сжатию в осевом направлении втулки резиновой (пакера) 27 и герметизацию пространства Б (фиг. 2) по внутренней цилиндрической поверхности трубы 5 за счет резиновой втулки 27 и уплотнительного кольца 22. Затем по воздуховоду 11 (фиг. 1) подается воздух под давлением в корпус 20 через резьбовое соединение В попадает в канал Г и далее в полость Б. Контроль за давлением осуществляется манометром 12 присоединенному к корпусу 20 через резьбовое отверстие Д соединенное с каналом Г. Производится выдержка резьбового соединения под давлением в течение 10 секунд. Если давление не падает, то резьбовое соединение герметично, в противном случае подлежит ремонту. Таким образом, герметизация пространства Б (фиг. 2) для проведения испытания производится за одно полное движение (выдвижение) штока пневмоцилиндра 2. Возврат механизмов в исходное положение происходит в обратном порядке: воздух через блок управления электропневмоклапанами 8 по сигналу с пульта управления 7, через трубку 10 (фиг. 1) поступает в пневмоцилиндр 2, который втягивает шток 3, а с ним и прижимную головку 4. Пружина 13 находится в сжатом состоянии и ее сила сжатия воздействует с одной стороны на корпус 20, а с другой на опору пружины 24, и в момент переключения направления подачи воздуха в пневмоцилиндр (отвод прижимной головки 4) разжимается и тем самым помогает штоку пневмоцилиндра 3 перемещать подвижный шток 16 относительно неподвижного штока 17 через корпус 20 и разжатию резиновой втулки 27 в осевом направлении, что облегчает вывод ее из резьбового соединения. Дальнейшее движение штока 3 выводит прижимную головку вместе с резиновую втулку 27 из резьбового соединения и стенд готов к пневматическому испытанию следующего резьбового соединения.
Степень сжатия резиновой втулки 27, герметизирующей внутреннюю цилиндрическую поверхность трубы можно регулировать длиной паза А подвижного штока 17.
Технико-экономическая или иная эффективность:
1. Высокая скорость проведения испытания резьбовых соединений труб в натуральную величину.
2. Экологически чистое рабочее место.
3. Малые размеры стенда позволяют вписать его в площади цехов.
4. Безопасность проведения испытания