煤岩体多场多相流体介质压裂试验装置研制与监测应用

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作者 种照辉 邱冠众 +2 位作者 姚强岭 李学华 苏逢生 《煤炭学报》 北大核心 2025年第9期4324-4341,共18页

煤岩体压裂物理试验是检验理论推导、数值计算是否有效可靠的重要途径,同时也可为现场工业性应用提供技术支持。但在不同流体介质压裂试验对比、内部裂缝扩展监测方面仍存在不足。为掌握液态、气态、超临界态等多相流体介质注入条件下... 煤岩体压裂物理试验是检验理论推导、数值计算是否有效可靠的重要途径,同时也可为现场工业性应用提供技术支持。但在不同流体介质压裂试验对比、内部裂缝扩展监测方面仍存在不足。为掌握液态、气态、超临界态等多相流体介质注入条件下煤岩体在应力−裂隙−渗流多物理场中压裂裂缝的扩展机制,自主研发了煤岩体多场多相流体介质压裂试验装置。试验装置主要由高压流体注入模块、真三轴液压伺服模块、回压计量模块、数据信息采集模块组成。具体特点如下:①不同压裂液的注入装置通过管路分别与KDHSH100型双缸高压精密注入泵或气体增压泵相连接,之后通过真三轴仪的气液进口与压裂管连接煤岩体试样开展压裂试验;②高压流体介质泵注压力控制范围可达40 MPa,X/Y/Z三方向最大加载压力均为50 MPa,可容纳300 mm×300 mm×300 mm以内大尺寸试样开展试验;③可采用声发射信号的时域、频域、空间等多方面推演压裂裂缝扩展的隐蔽信息。利用该装置开展了胍胶水、纯水、N_(2)、超临界二氧化碳(SC-CO_(2))等4种流体介质的真三轴压裂试验,揭示了不同流体介质压裂试样过程中声发射时域−频域−空间响应规律,分析了泵注压力、破裂形态、振铃计数、频域频率和幅值、空间定位等声发射多元信息。试验结果表明:4种介质中,SC-CO_(2)作为压裂液注入试样产生最多的次生裂缝。注入介质为液体时,声发射振铃计数只是在一定范围内波动;声发射信号主控频率主要集中在高频段(HF),占比均超过78%。而注入介质为非液态时,声发射振铃计数会在起裂压力附近出现突增,这是由于非液体介质的高压缩性在试样低渗透条件下产生憋压作用导致岩体破裂。液体介质压裂试样破坏事件的空间信息都集中在恒定稳压和致裂卸压阶段,N_(2)压裂过程中破裂定位事件主要在缓慢增压和快速卸压阶段产生,而SC-CO_(2)压裂则主要集中在快速卸压阶段。 展开更多

关键词 煤岩体压裂 高压流体 模拟试验装置 裂缝扩展 声发射监测

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深海环境密封圈往复运动摩擦力及装配力测试实验装置设计

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作者 王豪 张乾 刘小栋 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第10期29-34,共6页

为研究橡胶密封元件在深海环境下的运动阻力特性,设计了一种适用于高压、低温环境的密封圈往复运动摩擦力和装配力测试实验装置。该装置由测试模块、压力控制模块、温度控制模块、运动控制模块、传感器模块和数据采集模块构成,主要用于... 为研究橡胶密封元件在深海环境下的运动阻力特性,设计了一种适用于高压、低温环境的密封圈往复运动摩擦力和装配力测试实验装置。该装置由测试模块、压力控制模块、温度控制模块、运动控制模块、传感器模块和数据采集模块构成,主要用于丁腈橡胶(NBR)和氟橡胶(FKM)材料的O型密封圈运动阻力特性测试。实验结果表明,与NBR相比,15 MPa、2℃下FKM的往复运动摩擦力增加了60.7%,装配力升高了76.3%,在25℃下则分别提升了65.1%和37.2%。所开发的实验装置可应用于深海场景下O型密封圈运动特性分析的实验研究和教学。 展开更多

关键词 深海 高压低温 O型密封圈 往复运动 实验装置

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基于SimulationX的挖掘机高压斗杆缸缓冲装置的仿真与试验研究 被引量：4

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作者 陈勋 周军 +2 位作者 盖丽红 张延良 李卫 《机电工程》 CAS 2014年第3期270-276,共7页

为研究高压油缸的行程末端缓冲装置的缓冲性能,获得油缸缓冲行程阶段的压力、流量等参数,以一款国产挖掘机高压斗杆缸作为研究对象,将计算机仿真技术应用到实际工程研究中。基于SimulationX仿真软件搭建了挖掘机工作装置液压系统的仿真... 为研究高压油缸的行程末端缓冲装置的缓冲性能,获得油缸缓冲行程阶段的压力、流量等参数,以一款国产挖掘机高压斗杆缸作为研究对象,将计算机仿真技术应用到实际工程研究中。基于SimulationX仿真软件搭建了挖掘机工作装置液压系统的仿真模型(特别是缓冲模型),开展了液压-机械多体动力学联合仿真;在典型工况下对液压挖掘机斗杆缸的压力、流量等参数进行了试验,通过比对仿真结果,对控掘机液压系统仿真的准确性进行了评价。结果表明,所建立的仿真模型是合理的、科学的,该仿真技术在工程领域更进一步的推广是可行的。 展开更多

关键词 高压斗杆缸 缓冲装置 仿真技术 试验 simulationX

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大型深海超高压模拟试验装置的研制及应用 被引量：2

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作者 林觉智 蒋磊 杨槐 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第10期282-288,共7页

深海超高压模拟试验装置是海洋装备与关键技术材料进行压力测试的必要实验系统。传统一体式筒体结构的深海超高压模拟试验装置已经无法满足“全海深”背景下大容积和大压力的测试需求。基于预应力钢丝缠绕技术,研制了一套大型深海超高... 深海超高压模拟试验装置是海洋装备与关键技术材料进行压力测试的必要实验系统。传统一体式筒体结构的深海超高压模拟试验装置已经无法满足“全海深”背景下大容积和大压力的测试需求。基于预应力钢丝缠绕技术,研制了一套大型深海超高压模拟试验装置,该套装置筒体内径2.8m,筒深4.0m,最高工作压力180MPa,能够实现筒内环境数据采集及压力比例自动控制。运用该装置圆满完成了我国全海深载人潜水器“奋斗者”号固体浮力材料和载人球壳的压力试验,为2020年11月10日“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功下潜10909m奠定了非常重要基础。相对于传统深海超高压模拟试验装置,该装置具有更高的承压性能和安全性能,突破了预应力钢丝缠绕框架式主机结构设计及研制、比例加卸压控制技术、大孔径密封结构设计及在线超高压检测系统设计等关键技术研究,为我国研制大容积、大压力的深海环境模拟技术与装备提供重要参考。 展开更多

关键词 深海超高压模拟试验装置 压力测试 全海深 预应力钢丝缠绕 载人潜水器

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深海高压环境下O形密封圈的密封性能研究 被引量：31

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作者 刘鹏 宋文杰 +1 位作者 蒋庆林 李新娟 《液压与气动》 北大核心 2017年第4期66-70,共5页

针对深海高压环境下的O形密封圈,建立了有限元模型,仿真分析了O形密封圈在不同硬度、不同工况下的密封性能,探讨了O形密封圈的材料硬度、径向压缩率和外界压力对密封接触压力的影响。研究表明,在径向压缩率为17%~26%的范围内,O形密封圈... 针对深海高压环境下的O形密封圈,建立了有限元模型,仿真分析了O形密封圈在不同硬度、不同工况下的密封性能,探讨了O形密封圈的材料硬度、径向压缩率和外界压力对密封接触压力的影响。研究表明,在径向压缩率为17%~26%的范围内,O形密封圈的材料硬度与截面压缩率相比,材料硬度的增加对初始接触压力的提高的影响更加显著;在静水压力的作用下,O形密封圈具有良好的自紧性能,并且接触压力始终大于外界静水压,其密封安全裕度的大小约为初始接触压力;经分析计算,邵氏硬度90 HA的聚氨酯O形密封圈,在22%的初始安装压缩率的条件下,密封安全裕度约为10 MPa,能满足6 km深海高压密封的要求。为进一步验证有限元分析的正确性,进行了O形密封圈的深海试验,试验结果表明密封可靠,与仿真结果相一致。 展开更多

关键词 高压密封 O形密封圈 接触压力 密封性能 深海试验

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封隔器高温高压性能测试装置的研制 被引量：10

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作者 杜伟 陈子辉 +1 位作者 王勇 刘树林 《石油机械》 北大核心 2013年第11期127-130,共4页

为了验证井下封隔器的性能,设计了封隔器高温高压性能测试装置。该装置利用试验台的旋转式门架,能为各个井筒内的封隔器提供上提和下压动作,而加压系统和加热系统可以有效模拟井下的高温高压环境,通过切换回路为各个井筒提供最大100 MP... 为了验证井下封隔器的性能,设计了封隔器高温高压性能测试装置。该装置利用试验台的旋转式门架,能为各个井筒内的封隔器提供上提和下压动作,而加压系统和加热系统可以有效模拟井下的高温高压环境,通过切换回路为各个井筒提供最大100 MPa的压力和最高200℃的温度,压力和温度控制精度分别为±0.5 MPa和±1℃。其测控系统采用上位机和下位机二级主从式控制方案,并且包含手动、半自动和自动3种工作模式。压力试验及密封性能等试验结果表明,该测试装置满足使用要求。 展开更多

关键词 封隔器 高温高压 模拟井筒 测试装置 试验台 加压系统 加热系统

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高压大直径深水模拟试验舱自适应密封设计与分析 被引量：2

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作者 蒋发光 李贞丽 +2 位作者 梁政 徐著华 袁欣然 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期121-127,共7页

为解决海洋深水高压模拟试验舱在大直径(2 500 mm)、高压(40 MPa)下的密封问题,基于双筒式结构受内压后内外层变形协调机理,设计了一种新型自适应膨胀式密封装置。根据推导的自适应膨胀式密封的径向补偿间隙理论计算公式,确定了既定密... 为解决海洋深水高压模拟试验舱在大直径(2 500 mm)、高压(40 MPa)下的密封问题,基于双筒式结构受内压后内外层变形协调机理,设计了一种新型自适应膨胀式密封装置。根据推导的自适应膨胀式密封的径向补偿间隙理论计算公式,确定了既定密封圈厚度、高压舱舱体与膨胀圈的主体尺寸以及初始径向间隙值,在此基础上开展了高压大直径深水模拟试验舱自封式密封效果数值模拟与密封性能试验检测,结果表明所设计的自适应膨胀式密封装置能满足额定工作压力下高压舱的径向密封与端面密封要求,采用自适应膨胀密封设计的高压大直径深水模拟试验舱能够满足最高52.5 MPa试验压力下的密封要求。 展开更多

关键词 深水 高压 大直径 试验舱 自适应 密封性能 数值模拟 试验检测

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深水高压模拟试验舱的研制与应用 被引量：4

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作者 左其川 刘宏亮 +4 位作者 雷广进 淮超 侯晓东 王秉武 陈叶 《石油机械》 2017年第5期52-56,共5页

为了模拟钻采装备的深水高压工作环境,并对水下装备的承压性能、密封性能、动作(功能)性能、安全性和可靠性等进行系统性试验与研究,研制了深水高压模拟试验舱。该试验舱采用集成法兰,将水压、液压、电源、信息、监控和测试等集于一体,... 为了模拟钻采装备的深水高压工作环境,并对水下装备的承压性能、密封性能、动作(功能)性能、安全性和可靠性等进行系统性试验与研究,研制了深水高压模拟试验舱。该试验舱采用集成法兰,将水压、液压、电源、信息、监控和测试等集于一体,便于统一管理,集成控制,同时减少高压舱的开口数量,提高可靠性和操作性;可对水下装备同时进行内、外水压试验和功能(动作)试验,可同时进行监控、测试和数据采集等。通过不同产品的深水高压模拟试验,证明了高压舱可模拟0~3 500 m水深的压力环境,能够满足深水环境下石油钻采装备的试验与检测。研制的深水高压模拟试验舱是一种安全可靠的多功能、综合性试验平台,可为水下装备的试验研究提供支持与评价。 展开更多

关键词 深水 高压舱 水下装备 模拟试验 水下监控

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深大沉井基础基底承载力现场试验研究 被引量：4

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作者 周和祥 马建林 +2 位作者 李军堂 杨柏 张凯 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期79-84,共6页

针对至今尚未解决的深层土体承载能力现场试验确定问题,依托沪通长江大桥主墩深大沉井基础的建设,利用自行研发的深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置,开展现场载荷试验,获得了沉井底部土层荷载-沉降曲线。试验结果表明:沉井底部土层极... 针对至今尚未解决的深层土体承载能力现场试验确定问题,依托沪通长江大桥主墩深大沉井基础的建设,利用自行研发的深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置,开展现场载荷试验,获得了沉井底部土层荷载-沉降曲线。试验结果表明:沉井底部土层极限承载力大于6.5 MPa。在此基础上,借助现有理论分析得出相应地基土体的变形模量为12.69 MPa,地基系数为36.79 MN/m^3。与现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》相比较,地基承载力现场实测值比以安全系数2推算得到的规范值大15.3%。该测试装置的研发和试验结果的获得,为深基础基底土体承载力的现场测试提供了可靠的测试方法和设备,对于深基础设计计算理论的完善、相关规范的修订和施工工艺的优化等具有重要意义。 展开更多

关键词 深层土体 沉井 承载力 高压防水 自稳 荷载测试装置 载荷试验

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深海超高压环境模拟容器裂纹评定 被引量：2

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作者 吴冕 王芳 +2 位作者 罗瑞龙 姜哲 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期1356-1366,共11页

深海超高压环境模拟容器用于模拟水下压力环境,其容器壁上承受反复载荷,容易产生疲劳裂纹。疲劳裂纹扩展是影响其断裂的主要因素。本文旨在分析半椭圆裂纹在老化的深海超高压环境模拟容器中的扩展行为,评估容器的安全性,因此对材料20MnM... 深海超高压环境模拟容器用于模拟水下压力环境,其容器壁上承受反复载荷,容易产生疲劳裂纹。疲劳裂纹扩展是影响其断裂的主要因素。本文旨在分析半椭圆裂纹在老化的深海超高压环境模拟容器中的扩展行为,评估容器的安全性,因此对材料20MnMoNb钢的裂纹扩展特性进行了试验研究,首先考虑三角形和梯形加载情况,通过比较两组实验结果,考察了其材料对保载时间的敏感性。采用基于统一的裂纹扩展率模型的三维有限元方法进行了疲劳裂纹扩展计算,并通过CT试样的一组数值和实验结果进行了验证,最后建立了不同初始尺寸、展弦比和倾角的裂纹有限元模型,并根据裂纹在容器内壁的容许深度准则,计算了容器的剩余寿命。其分析结果可为深海超高压环境模拟容器可靠性评估提供参考。 展开更多

关键词 超高压舱 裂纹扩展 压力容器 深海环境模拟 剩余寿命

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高精度深海压力模拟装置的分析 被引量：3

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作者 吴建美 王勇 刘正士 《机床与液压》 北大核心 2015年第10期73-75,共3页

基于深海环境的特殊性,以及在现场进行观察和研究的难度较大,在实验室建立深海模拟系统进行研究工作显得尤为重要。针对现有的高精度深海压力模拟装置,分析了充压至5 MPa后压力缸几何尺寸的变化,根据相关计算公式推导出了在密闭容腔内... 基于深海环境的特殊性,以及在现场进行观察和研究的难度较大,在实验室建立深海模拟系统进行研究工作显得尤为重要。针对现有的高精度深海压力模拟装置,分析了充压至5 MPa后压力缸几何尺寸的变化,根据相关计算公式推导出了在密闭容腔内液体体积改变量与压力变化量之间存在迭代关系,然后通过MATLAB计算软件绘出了大、小活塞进给量与压力变化量的关系曲线图,得出了进给量与压力变化量之间近似呈线性关系,分析出可以通过精度较高的位移传感器来测量压力并且可以获得比标准压力传感器更高的精度,进而得出对于微小的压力波动可以通过位移传感器来精确标定的结论。 展开更多

关键词 深海环境 模拟系统 高精度 压力缸 MATLAB

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深海超高压模拟装置液压加载控制设计与仿真 被引量：2

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作者 杨槐 陈春俊 +1 位作者 周建容 强克勇 《机械设计与制造》 北大核心 2019年第5期52-55,59,共5页

深海设备的可靠性需要模拟试验装置检验,随着海洋资源的深度开发,对模拟试验装置的可靠性提出了更高的要求,急需为模拟试验装置设计一套精确性与可靠性高的压力加载系统。对此设计了一套全海深背景下大容积、超高压模拟装置的液压加载... 深海设备的可靠性需要模拟试验装置检验,随着海洋资源的深度开发,对模拟试验装置的可靠性提出了更高的要求,急需为模拟试验装置设计一套精确性与可靠性高的压力加载系统。对此设计了一套全海深背景下大容积、超高压模拟装置的液压加载控制系统,其最大试压能力可达180MPa;通过多系统建模软件AMEsim建立液压控制系统模型并与Simulink建立的控制器模型联合仿真,对设计的液压加载控制系统的可靠性与精度进行模拟。模拟了试验舱压力以2MPa/min速度上升的压力加载过程,采用迭代学习控制算法,控制精度在总体时间的1%秒以内便能达到设计要求,随着时间的增加,压力误差越来越小。验证了所设计的深海超高压模拟装置液压加载控制系统的可靠性与高精确性,为全海深压力试验提供支撑;同时AMEsim与Simulink联合仿真的方法对液压控制系统的设计优化提供了便捷与依据,具有重要的工程意义。 展开更多

关键词 深海超高压 模拟装置 液压加载控制 AMEsim Simulink 联合仿真

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压裂完井工具高温高压性能模拟试验装置 被引量：8

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作者 伊伟锴 叶金胜 +2 位作者 于学信 孙骞 曹雪梅 《石油机械》 2016年第7期27-30,共4页

针对常规试验装置不能满足压裂完井工具模拟试验要求的问题,研制了压裂完井工具高温高压性能模拟试验装置。该试验装置设计有可加热、可承高压的模拟井筒,可模拟井下工具的工作环境,对井下工具的性能进行有效检测;其地面加载装置可进行... 针对常规试验装置不能满足压裂完井工具模拟试验要求的问题,研制了压裂完井工具高温高压性能模拟试验装置。该试验装置设计有可加热、可承高压的模拟井筒,可模拟井下工具的工作环境,对井下工具的性能进行有效检测;其地面加载装置可进行拉、压以及扭转等动作,满足井下工具坐封和解封等要求,可在2口井之间移动,操作台架可倾斜,操作台面可前、后、左、右4个方向调节,方便试验操作;试验井筒与加热系统采用油浴循环加热方式,加热效率高,能耗低。试验结果表明,装置的动作机构可提供500 kN的上提和下压力以及5kN·m的扭矩,满足拉、压、扭试验要求。该装置的研制成功可为真实而有效地评价井下工具的性能提供参考。 展开更多

关键词 压裂完井工具 高温 高压 模拟试验 试验装置

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深水表层钻井动态压井装置的研制与应用试验 被引量：18

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作者 李迅科 周建良 +3 位作者 李嗣贵 殷志明 朱荣东 蒋世全 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期70-74,81,共6页

深水表层钻井不仅面临着浅层流、浅层气等浅层地质灾害风险,而且还要解决地层薄弱带来的窄压力窗口钻井难题。采用动态压井钻井技术精确控制井底压力,是解决这些问题的技术发展方向。通过近5年的技术攻关,成功研制了深水表层钻井动态压... 深水表层钻井不仅面临着浅层流、浅层气等浅层地质灾害风险,而且还要解决地层薄弱带来的窄压力窗口钻井难题。采用动态压井钻井技术精确控制井底压力,是解决这些问题的技术发展方向。通过近5年的技术攻关,成功研制了深水表层钻井动态压井装置,包括快速混浆装置和井下压力温度测量装置,并已在我国南海第1口深水井LW6-1-1井的领眼井中进行成功应用试验。实钻结果表明:所研制的动态压井装备性能稳定,测量数据能够真实反映钻井工况,各项指标均达到或超过国外同类产品水平,实现了深水表层钻井关键技术的突破,对我国南海深水油气田的开发具有长远的意义。 展开更多

关键词 深水表层钻井 动态压井装置 快速混浆装置 井下压力温度测量装置 应用试验 LW6-1-1井领眼 南海

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深海桶形基础安装设备设计及试验研究

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作者 李德威 丁忠军 +3 位作者 任玉刚 宿晓峰 李宝钢 杨雷 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期1568-1573,共6页

针对我国深海油气田勘探开发的需求,设计并制造了深海桶形基础安装设备样机,在保证安装设备耐压、密封等前提下,要求设备尺寸及质量尽量小,并能良好工作。对设计的样机进行了15 MPa高压试验,高压试验中采用了与南海相类似的沙子来模拟... 针对我国深海油气田勘探开发的需求,设计并制造了深海桶形基础安装设备样机,在保证安装设备耐压、密封等前提下,要求设备尺寸及质量尽量小,并能良好工作。对设计的样机进行了15 MPa高压试验,高压试验中采用了与南海相类似的沙子来模拟实际应用环境。试验结果表明:桶形基础实现沉贯,下降位移为11.23 mm,位移精度为1 mm;下降过程桶形基础基本稳定,X轴最大倾角为-1.24°,Y轴最大倾角为0.91°,倾角精度为0.1°,满足技术指标要求。 展开更多

关键词 深海桶形基础 安装设备 样机 高压试验

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水下高压井口头静水压测试装置的研制与应用

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作者 田红平 佘运玖 苏强 《石油机械》 2017年第3期63-66,共4页

高压井口头作为水下井口头系统中最关键的承压部件,出厂前必须通进行静水压测试,但国内前期对此研究较少,亟待深入。鉴于此,在参考相关标准及工程调研的基础上,结合待测高压井口头结构,兼顾测试操作安全性及经济性,设计了一套高压井口... 高压井口头作为水下井口头系统中最关键的承压部件,出厂前必须通进行静水压测试,但国内前期对此研究较少,亟待深入。鉴于此,在参考相关标准及工程调研的基础上,结合待测高压井口头结构,兼顾测试操作安全性及经济性,设计了一套高压井口头地面测试装置,顺利完成了测试并通过了DNV船级社现场认证,由此得出高压测试装置设计的几点建议:须考虑密封冗余,提高密封可靠性;须设计密封泄漏检测点,方便判断密封失效部位;尽量减小密封腔体积,以提高测试效率及测试安全;兼顾装配因素,须容易对中和调平,避免组装引起的密封损伤。该套测试装置的研制成功可为其他类似测试工装的设计提供借鉴与参考。 展开更多

关键词 深水 高压井口头 静水压测试 测试装置

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