[发明专利]一种测试旋转控制头工作性能的试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种井用设备的测试技术，尤其是一种旋转控制头的测试技术。

背景技术

旋转控制头是实施欠平衡钻井的核心装备，用于控制井口压力，实现近平衡或欠平衡压力钻井，提高钻井速度及质量，最大限度地发现和保护油气藏。它在井眼环空与钻柱之间，起封隔作用，并提供安全有效的压力控制，同时具有将井眼返出流体导离井口的作用。

随着欠平衡钻井在石油钻井、煤层气钻井等多个领域的广泛应用，对旋转控制头的性能要求也越来越高。其使用的可靠性关系到欠平衡钻井施工的成败和钻井施工人员的安全，所以必须提高旋转控制头的出厂标准，更加严格地对旋转控制头进行试验测试，形成系统化、标准化的试验流程及方法。

中国专利公开号CN 200975942Y，公开日2007年11月14日，名称为一种旋转控制头的旋转试验装置的实用新型专利，提供了一种旋转控制头的旋转试验装置，该专利虽然一定程度上提高了试验装置的试验效率，但是其仍然无法对旋转控制头进行系统化、标准化的测试，仍然无法全面地评估旋转控制头的工作性能，从而满足对旋转控制头的高性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够进行多种测试试验、且能够全面地评估旋转控制头工作性能的试验装置及其试验方法。

本发明的技术方案是如下：

本发明的测试旋转控制头工作性能的试验装置，包括试验台架、设置于试验台架顶部的电机、与电机连接的减速器、连接于减速器上的六方钻杆、与六方钻杆连接的旋转控制头，其特征在于：所述电机与减速器之间连接有扭矩传感器，所述旋转控制头通过设置于基座上且可相对于基座移动的法兰与手动试压泵连接，所述旋转控制头上连接有冷却润滑装置与温度传感器，所述温度传感器和扭矩传感器均与数据采集器连接，所述数据采集器与数据显示装置连接。

由于采用了上述结构，使得整个试验装置可以对旋转控制头进行全面的性能测试，能够模拟井用旋转控制头的工况条件，对旋转控制头进行检验，本装置能够采集各种试验的数据，包括测试壳体静压试验、额定静压试验、磨合及额定动压试验和胶芯拆装试验，测试各试验的压降、轴承温升、动密封件温升和寿命等数据。其中，可以对旋转控制头的冷却润滑系统进行检测，通过手动试压泵能够对旋转控制头的壳体静压、额定静压以及额定动压进行检测，检测旋转控制头的密封，通过温度传感器与扭矩感应器，可以对旋转控制头的各种工况下的温度以及摩擦力矩进行测试，从而全面地对旋转控制头进行评估。本装置能测试旋转控制头的各种工作性能，可以对旋转控制头进行综合的测评，从而提高旋转控制头的出厂标准，保证欠平衡钻井施工的成功和钻井施工人员的安全。

所述温度传感器为铂热电阻温度感应器。

由于采用铂热电阻温度感应器，铂热电阻温度传感器的探头与旋转控制头通过连接套固定，在靠近轴承和动密封件位置的孔内安装铂热电阻温度传感器的探头，使得温度传感器能够敏锐地感应到旋转控制头内的温度变化，使测试的旋转控制头数据更加真实可信。

本发明的测试旋转控制头工作性能的试验方法，它通过以下步骤来实现：

1)组装测试旋转控制头的各试验装置部件，记录初始数据；

2)壳体静压试验，将旋转控制头固定安装于底座上，安装试压塞，控制手动试压泵向旋转控制头加压至静水压强度试验值，稳压10min后，观察压降情况并记录压力值，泄压后取出试压塞；

3)额定静压试验，安装旋转总成，将六方钻杆穿过旋转控制头内的胶芯与旋转控制头连接，对旋转控制头加压至额定工作压力值，稳压15min后观察压降情况并记录压力值，泄压后再次加压至额定工作压力值，稳压20min后观察压降情况并记录压力值；

4)旋转控制头磨合试验，启动电机带动旋转控制头转动至少4小时，每10min记录扭矩值与温度传感器的温度值，对旋转控制头加压至1.4MPa，分别在40r/min、50r/min、60r/min转速下运行1小时，每10min记录扭矩值与温度传感器的温度值，再增压至2.1MPa，分别在60r/min、90r/min转速下运行1小时，记录扭矩值与温度传感器的温度值，检查轴承的运行情况，记录冷却润滑装置的温度值；

5)检验冷却润滑装置，开启冷却润滑装置，加压且稳压旋转控制头在额定动密封压力值，并在90r/min的转速下运行10min，每1min记录扭矩值、冷却润滑装置的温度值和温度传感器的温度值，关闭冷却润滑装置，每1min记录一次数据，扭矩值、冷却润滑装置的温度值和温度传感器的温度值稳定后，继续记录数据10min；