一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法与流程

1.本发明涉及储气库井井筒完整性技术领域，尤其涉及一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法。


背景技术：

2.储气库井长期进行交替注采引起井筒温度压力的较大幅度变化，管柱受到低周期交变应力的作用。特别是注采管柱，在注采中承受轴向拉压交变和内压交变，螺纹成为管柱密封的薄弱环节，易引起螺纹密封面疲劳损伤和密封性失效。为保障储气库运行安全，在储气库井工程设计或运行工况转换时需对井筒管柱在交变载荷下的螺纹密封性进行测试与评价。
3.为此需要建立满足交变工况下管柱螺纹气密封能力的评价方法与装置，指导储气库井管柱优选与评价。目前储气库井管柱密封能力多通过试压测试静密封，未能考虑轴向交变的影响。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，包括：用于对管柱施加轴向交变荷载的液压试验机、用于检测管柱的螺纹接头是否泄漏的压力表、用于测量管柱内壁径向位移的应变测量仪、外管集气套、管柱、内压压力表、增压泵、气源阀、气源以及自控系统，所述管柱上设有螺纹接头，所述管柱安装在所述液压试验机的顶部，所述外管集气套套设在所述螺纹接头处，所述压力表与所述外管集气套连接，所述外管集气套安装在所述管柱的底部，所述气源通过管路与所述气源阀连接，所述气源阀通过管路与所述增压泵连接，所述增压泵通过管路与所述管柱的顶部连接，所述内压压力表与所述增压泵和所述管柱之间的管路连接，所述自控系统分别与所述液压试验机、所述应变测量仪以及所述增压泵连接。
6.采用本发明技术方案的有益效果是：通过液压试验机对管柱施加轴向交变载荷，并同时通过气体增压系统施加高低内压。通过自控系统实现内压力、轴向交变荷载的自动测量与采集、记录。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。可施加交变荷载及连续变化的管柱内压，充分模拟地下储气库注气采气交替运行的工况条件，可实现对不同交变荷载情况下管柱螺纹气密封能力的检测，与现场工程实际结合较为紧密，给出实际工程中管柱螺纹安全工作下交变荷载的推荐压力上线，指导储气库安全运行。
7.进一步地，所述增压泵和所述内压压力表之间的管路上设有内压卸压旁通阀。
8.采用上述进一步技术方案的有益效果是：内压卸压旁通阀的设置，用于泄压，便于对管柱内部压力进行泄压，防止管柱内部压力过载，防止增压泵过载，提高装置稳定性以及可靠性。
9.进一步地，所述管柱为注采管柱，所述管柱与所述液压试验机之间通过橡胶圈连接。
10.采用上述进一步技术方案的有益效果是：管柱为注采管柱，作为试验样品，提高试验精准度。橡胶圈的设置，提高管柱与液压试验机之间的密封性，防止气体泄漏影响实验精准度。
11.此外，本发明还提供了一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，基于上述任意一项所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法包括：
12.s1、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第一试验内压，保持第一预设时间；
13.s2、卸掉试验内压以及轴向拉伸载荷至零，通过液压试验机对管柱施加轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第二试验内压，保持第二预设时间；
14.s3、卸掉试验内压至零，通过液压试验机对管柱施加额定压缩载荷，保持第三预设时间；
15.s4、通过液压试验机将对管柱的额定压缩载荷调整为轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第三试验内压，保持第四预设时间；
16.s5、卸掉轴向压缩载荷至零，保持第五预设时间；
17.s6、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，保持第六预设时间；
18.s7、卸掉试验内压至零，循环进行步骤s1至步骤s7，直至预设次数，测定管柱在交变载荷下的密封能力。
19.采用本发明技术方案的有益效果是：通过液压试验机对管柱施加轴向交变载荷，并同时通过气体增压系统施加高低内压。通过自控系统实现内压力、轴向交变荷载的自动测量与采集、记录。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。可施加交变荷载及连续变化的管柱内压，充分模拟地下储气库注气采气交替运行的工况条件，可实现对不同交变荷载情况下管柱螺纹气密封能力的检测，与现场工程实际结合较为紧密，给出实际工程中管柱螺纹安全工作下交变荷载的推荐压力上线，指导储气库安全运行。
20.进一步地，还包括：进行步骤s1至步骤s7试验过程中，当管柱发生泄漏时，则试验终止。
21.采用上述进一步技术方案的有益效果是：当管柱发生泄漏时，则试验终止。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。
22.进一步地，轴向拉伸载荷的数值为第一安全系数与管柱最大拉伸载荷的乘积，轴向压缩载荷的数值为第二安全系数与管柱最大压缩载荷的乘积。
23.采用上述进一步技术方案的有益效果是：依据天然气井、储气库注采作业工况，计算管柱所承受最大工作载荷，考虑油田作业工况与室内模拟试验的差异，以工作载荷乘以相应的安全系数作为试验载荷。
24.进一步地，第一安全系数的数值范围为1.0～1.5，第二安全系数的数值范围为1.2～1.5，第三安全系数的数值范围为1.1～1.5。
25.采用上述进一步技术方案的有益效果是：安全系数的设置，充分考虑油田作业工况与室内模拟试验的差异，以工作载荷乘以相应的安全系数作为试验载荷，提高精准度。
26.进一步地，轴向拉伸载荷小于或等于额定拉伸载荷，轴向压缩载荷小于或等于额定压缩载荷。
27.采用上述进一步技术方案的有益效果是：施加的试验载荷应小于等于管柱的额定载荷。防止管柱过载试验，准确判断交变工况下管柱螺纹气密封能力。
28.进一步地，第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间、第五预设时间以及第六预设时间的数值范围均为5～15min，预设次数为30次。
29.采用上述进一步技术方案的有益效果是：鉴于地下储气库井至少30年的设计寿命，每年一次注气和采气，注采管柱内产生压力和温度交替变化(拉伸和压缩载荷往复)，因此管柱至少承受30周次的载荷交变。
30.进一步地，所述测定管柱在交变载荷下的密封能力的步骤包括：记录拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象；根据拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象，分析管柱在交变载荷下的密封能力。
31.采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象，可以评价管柱在经过一定轮次轴向交变荷载后螺纹的密封能力，也可以评价一定内压下螺纹泄露的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。根据拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象对交变工况下管柱螺纹气密封能力进行评价，并给出工程指导性意见。
32.本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
33.图1为本发明实施例提供的测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置的结构示意图。
34.图2为本发明实施例提供的测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法的示意性流程图。
35.图3为本发明实施例提供的测试管柱螺纹气密封能力的测试曲线之一。
36.图4为本发明实施例提供的测试管柱螺纹气密封能力的测试曲线之二。
37.附图标号说明：1、液压试验机；2、压力表；3、应变测量仪；4、外管集气套；5、管柱；6、内压压力表；7、内压卸压旁通阀；8、增压泵；9、气源阀；10、内压管路；11、气源；12、自控系统；13、螺纹接头。
具体实施方式
38.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
39.如图1所示，本发明实施例提供了一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，包括：用于对管柱施加轴向交变荷载的液压试验机1、用于检测管柱5的螺纹接头13是否泄漏的压力表2、用于测量管柱5内壁径向位移的应变测量仪3、外管集气套4、管柱5、内压压力表6、增压泵8、气源阀9、气源11以及自控系统12，所述管柱5上设有螺纹接头13，所述管柱5安装在所述液压试验机1的顶部，所述外管集气套4套设在所述螺纹接头13处，所述压力表2与所述外管集气套4连接，所述外管集气套4安装在所述管柱5的底部，所述气源11通过管路与所述气源阀9连接，所述气源阀9通过管路与所述增压泵8连接，所述增压泵8通过管路与所述管柱5的顶部连接，所述内压压力表6与所述增压泵8和所述管柱5之间的管路连接，所述自控系统12分别与所述液压试验机1、所述应变测量仪3以及所述增压泵8连接。
40.采用本发明技术方案的有益效果是：通过液压试验机对管柱施加轴向交变载荷，并同时通过气体增压系统施加高低内压。通过自控系统(增压泵以及气源)实现高低内压力、轴向交变荷载的自动测量与采集、记录。从而模拟储气库管柱交变荷载的实际工况，并通过模拟不同内压下交变轴向荷载的承载能力评价管柱螺纹气密封能力。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。可施加交变荷载及连续变化的管柱内压，充分模拟地下储气库注气采气交替运行的工况条件，可实现对不同交变荷载情况下管柱螺纹气密封能力的检测，与现场工程实际结合较为紧密，给出实际工程中管柱螺纹安全工作下交变荷载的推荐压力上线，指导储气库安全运行。
41.其中，部件之间的管路可以为内压管路10。
42.测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置提供了评价轴向交变工况下检测管柱螺纹气密封能力和密封寿命的解决思路，从而指导地下储气库井工程评估。准备注采管柱(管柱)螺纹连接接头(螺纹接头)试样，并装配好密封检测装置(测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置)，安装在液压试验机上。通过轴向交变载荷施加系统(液压试验机)、交变内压系统(增压泵以及气源)、密封检测系统(压力表2以及外管集气套4)和自控系统设置，实现施加预设轴向交变载荷、连续加载卸载内压条件下测试螺纹气密封能力，并根据上限压力测试螺纹泄漏的临界周次，可以解决现有储气库管柱密封性评价中未考虑交变载荷的不足，直接指导储气库井筒适应性评价。
43.本发明实施例设计了一种柱状密闭设备，包括轴向交变载荷施加系统(液压试验机)、交变内压系统(增压泵以及气源)、密封检测系统(压力表2以及外管集气套4)和自控系统。可施加交变荷载及连续变化的管柱内压，充分模拟地下储气库注气采气交替运行的工况条件，可实现对不同交变荷载情况下管柱螺纹气密封能力的检测，与现场工程实际结合较为紧密，增加了实用性。
44.考虑实际材料、压力-温度等影响因素，直接测试管柱螺纹对气体的密封能力，通过拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象，可以评价管柱在经过一定轮次轴向交变荷载后螺纹的密封能力该方法及装置也可以评价一定内压下螺纹泄露的临界周次，从而定量测试
螺纹密封能力和密封寿命。
45.给出实际工程中管柱螺纹安全工作下交变荷载的推荐压力上限，指导储气库安全运行。
46.也可模拟井下不同温压下管柱螺纹气密封的能力，为室内优化设计气密封螺纹和现场入井之前进行气密封检测及试验提供实验指导。
47.如图1所示，进一步地，所述增压泵8和所述内压压力表6之间的管路上设有内压卸压旁通阀7。
48.采用上述进一步技术方案的有益效果是：内压卸压旁通阀的设置，用于泄压，便于对管柱内部压力进行泄压，防止管柱内部压力过载，防止增压泵过载，提高装置稳定性以及可靠性。
49.如图1所示，进一步地，所述管柱5为注采管柱，所述管柱5与所述液压试验机1之间通过橡胶圈连接。
50.采用上述进一步技术方案的有益效果是：管柱为注采管柱，作为试验样品，提高试验精准度。橡胶圈的设置，提高管柱与液压试验机之间的密封性，防止气体泄漏影响实验精准度。
51.测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置可以为管柱-液压试验机的组合密闭设备，通过设置拉压载荷和内压的施加、调节及测量管线，实现连续加载卸载轴向荷载和内压加热条件下测试管柱螺纹气密封能力的强弱，以期达到模拟评价管柱螺纹密封性的目的。
52.液压试验机1为已知结构，连接自控系统12，通过自控系统12可对管柱5施加轴向交变荷载，产生压力和温度交替变化(拉伸和压缩载荷反复)。
53.管柱5为注采管柱，采用螺纹连接，位于液压试验机1中心，穿过顶盖，并采用橡胶圈密封，顶端连接内压管路10。
54.交变内压系统包括内压气源(气源11)、内压管路10、内压气源阀(气源阀9)、内压增压泵(增压泵8)、内压压力表6和内压卸压旁通阀7，其中内压气源(气源11)和内压增压泵(增压泵8)可提供稳定的内压，内压压力表6可进行内压实时监测，内压增压泵(增压泵8)连接自控系统12，可通过自控系统12进行压力控制和测量记录。
55.密封检测系统包括压力表2和管外集气套(外管集气套4)，其中管外集气套(外管集气套4)连接压力表2可检测螺纹是否泄露。
56.应变测量仪3安装在管柱5的底端，与自控系统12连接，用于测量管柱5内壁径向位移的测量装置。
57.如图2所示，此外，本发明还提供了一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，基于上述任意一项所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法包括：
58.s1、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第一试验内压，保持第一预设时间；
59.s2、卸掉试验内压以及轴向拉伸载荷至零，通过液压试验机对管柱施加轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第二试验内压，保持第二预设时间；
60.s3、卸掉试验内压至零，通过液压试验机对管柱施加额定压缩载荷，保持第三预设时间；
61.s4、通过液压试验机将对管柱的额定压缩载荷调整为轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第三试验内压，保持第四预设时间；
62.s5、卸掉轴向压缩载荷至零，保持第五预设时间；
63.s6、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，保持第六预设时间；
64.s7、卸掉试验内压至零，循环进行步骤s1至步骤s7，直至预设次数，测定管柱在交变载荷下的密封能力。
65.采用本发明技术方案的有益效果是：通过液压试验机对管柱施加轴向交变载荷，并同时通过气体增压系统施加高低内压。通过自控系统实现内压力、轴向交变荷载的自动测量与采集、记录。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。可施加交变荷载及连续变化的管柱内压，充分模拟地下储气库注气采气交替运行的工况条件，可实现对不同交变荷载情况下管柱螺纹气密封能力的检测，与现场工程实际结合较为紧密，给出实际工程中管柱螺纹安全工作下交变荷载的推荐压力上线，指导储气库安全运行。
66.如图3所示，图3中，示出了按照上述测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法测试管柱螺纹气密封能力得到的测试曲线。测试对象为第一管柱，在图示轴向载荷水平下，经过10个周次拉压交变未发生泄漏，试验证明螺纹可以密封50mpa内压。图中，横坐标为时间，单位为分钟min，第一纵坐标(左侧纵坐标)为轴向力，单位为kn，第二纵坐标(右侧纵坐标)为内压，单位为mpa。直线代表轴向载荷，单位为kn，虚线代表内压，单位为mpa，经10周次循环加载，管柱未发生泄漏。
67.如图4所示，图4中，示出了按照上述测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法测试管柱螺纹气密封能力得到的测试曲线。测试对象为第二管柱，在图示轴向载荷水平下，第2周次50mpa内压发生泄漏。图中，横坐标为时间，单位为分钟min，第一纵坐标(左侧纵坐标)为轴向力，单位为kn，第二纵坐标(右侧纵坐标)为内压，单位为mpa。直线代表轴向载荷，单位为kn，虚线代表内压，单位为mpa，第2周次，管柱发生泄漏。
68.进一步地，还包括：进行步骤s1至步骤s7试验过程中，当管柱发生泄漏时，则试验终止。
69.采用上述进一步技术方案的有益效果是：当管柱发生泄漏时，则试验终止。评价管柱在经过一定轮次轴向交变后螺纹的密封能力，评价一定内压下螺纹泄漏的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。测试结果可直接指导储气库井的工况适应性评估，为储气库提压运行、扩大生产压差运行方案编制提供依据。指导地下储气库井工程评估。
70.进一步地，轴向拉伸载荷的数值为第一安全系数与管柱最大拉伸载荷的乘积，轴向压缩载荷的数值为第二安全系数与管柱最大压缩载荷的乘积。
71.采用上述进一步技术方案的有益效果是：依据天然气井、储气库注采作业工况，计算管柱所承受最大工作载荷，考虑油田作业工况与室内模拟试验的差异，以工作载荷乘以相应的安全系数作为试验载荷。
72.进一步地，第一安全系数的数值范围为1.0～1.5，第二安全系数的数值范围为1.2～1.5，第三安全系数的数值范围为1.1～1.5。
73.采用上述进一步技术方案的有益效果是：安全系数的设置，充分考虑油田作业工况与室内模拟试验的差异，以工作载荷乘以相应的安全系数作为试验载荷，提高精准度。
74.进一步地，轴向拉伸载荷小于或等于额定拉伸载荷，轴向压缩载荷小于或等于额定压缩载荷。
75.采用上述进一步技术方案的有益效果是：施加的试验载荷应小于等于管柱的额定载荷。防止管柱过载试验，准确判断交变工况下管柱螺纹气密封能力。
76.进一步地，第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间、第五预设时间以及第六预设时间的数值范围均为5～15min，预设次数为30次。
77.采用上述进一步技术方案的有益效果是：鉴于地下储气库井至少30年的设计寿命，每年一次注气和采气，注采管柱内产生压力和温度交替变化(拉伸和压缩载荷往复)，因此管柱至少承受30周次的载荷交变。
78.进一步地，所述测定管柱在交变载荷下的密封能力的步骤包括：记录拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象；根据拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象，分析管柱在交变载荷下的密封能力。
79.采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象，可以评价管柱在经过一定轮次轴向交变荷载后螺纹的密封能力，也可以评价一定内压下螺纹泄露的临界周次，从而定量测试螺纹密封能力和密封寿命。根据拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象对交变工况下管柱螺纹气密封能力进行评价，并给出工程指导性意见。
80.一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，具体步骤包括：
81.1、准备注采管柱螺纹连接接头试样(带有螺纹接头13的管柱5)，并装配好密封检测装置(压力表2以及外管集气套4)，安装在液压试验机1上。
82.2、试验载荷计算
83.a)依据天然气井、储气库注采作业工况，计算管柱所承受工作载荷，即最大拉伸载荷t
to
、最大压缩载荷t
co
、最大注采压力p
io
，考虑油田作业工况与室内模拟试验的差异，以工作载荷乘以相应的安全系数作为试验载荷，即以(轴向拉伸载荷)t
t
＝(1.0～1.5)t
to
，(轴向压缩载荷)tc＝(1.2～1.5)t
co
，(试验内压)pi＝(1.1～1.5)p
io
等为最终试验施加载荷。
84.b)需注意施加的试验载荷应小于等于管柱的额定载荷，即：t
t
≤t
te
，tc≤t
ce
，其中t
te
、t
ce
分别为管柱的额定拉伸载荷和额定压缩载荷(一般t
te
＝t
ce
)，且试验施加的拉伸载荷(轴向拉伸载荷)t
t
至少要达到85％t
te
。
85.3、试验载荷加载步骤
86.a)对管柱施加拉伸载荷t
t
(轴向拉伸载荷)，再向管柱内打气体压力至pi(第一试验内压)，保载5～15min(第一预设时间)；
87.b)卸掉内压至零，卸掉拉伸载荷至零，后施加压缩载荷tc(轴向压缩载荷)，并向管柱内打气体压力至pi(第二试验内压)，保载5～15min(第二预设时间)；
88.c)卸掉内压至零，施加压缩载荷至t
ce
(额定压缩载荷)，保载5～15min(第三预设时间)；
89.d)降低压缩载荷至tc(轴向压缩载荷)，并施加内压至pi(第三试验内压)，保载5～15min(第四预设时间)；
90.e)卸掉压缩载荷至零，保载5～15min(第五预设时间)；
91.f)施加拉伸载荷至t
t
(轴向拉伸载荷)，保载5～15min(第六预设时间)；
92.g)卸掉内压至零，重复步骤a)～步骤f)，共进行30周次密封循环，测定管柱在交变载荷下长期密封性能；
93.h)若中间发生泄漏，则试验终止。
94.4、记录试验过程，包括拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象。
95.5、根据拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象对交变工况下管柱螺纹气密封能力进行评价，并给出工程指导性意见。
96.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，其特征在于，包括：用于对管柱施加轴向交变荷载的液压试验机、用于检测管柱的螺纹接头是否泄漏的压力表、用于测量管柱内壁径向位移的应变测量仪、外管集气套、管柱、内压压力表、增压泵、气源阀、气源以及自控系统，所述管柱上设有螺纹接头，所述管柱安装在所述液压试验机的顶部，所述外管集气套套设在所述螺纹接头处，所述压力表与所述外管集气套连接，所述外管集气套安装在所述管柱的底部，所述气源通过管路与所述气源阀连接，所述气源阀通过管路与所述增压泵连接，所述增压泵通过管路与所述管柱的顶部连接，所述内压压力表与所述增压泵和所述管柱之间的管路连接，所述自控系统分别与所述液压试验机、所述应变测量仪以及所述增压泵连接。2.根据权利要求1所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，其特征在于，所述增压泵和所述内压压力表之间的管路上设有内压卸压旁通阀。3.根据权利要求1所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，其特征在于，所述管柱为注采管柱，所述管柱与所述液压试验机之间通过橡胶圈连接。4.一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在于，基于上述权利要求1至3任意一项所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置，测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法包括：s1、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第一试验内压，保持第一预设时间；s2、卸掉试验内压以及轴向拉伸载荷至零，通过液压试验机对管柱施加轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第二试验内压，保持第二预设时间；s3、卸掉试验内压至零，通过液压试验机对管柱施加额定压缩载荷，保持第三预设时间；s4、通过液压试验机将对管柱的额定压缩载荷调整为轴向压缩载荷，通过增压泵向管柱内充入气体直至管柱内部压力达到第三试验内压，保持第四预设时间；s5、卸掉轴向压缩载荷至零，保持第五预设时间；s6、通过液压试验机对管柱施加轴向拉伸载荷，保持第六预设时间；s7、卸掉试验内压至零，循环进行步骤s1至步骤s7，直至预设次数，测定管柱在交变载荷下的密封能力。5.根据权利要求4所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在于，还包括：进行步骤s1至步骤s7试验过程中，当管柱发生泄漏时，则试验终止。6.根据权利要求4所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在于，轴向拉伸载荷的数值为第一安全系数与管柱最大拉伸载荷的乘积，轴向压缩载荷的数值为第二安全系数与管柱最大压缩载荷的乘积。7.根据权利要求6所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在于，第一安全系数的数值范围为1.0～1.5，第二安全系数的数值范围为1.2～1.5，第三安全系数的数值范围为1.1～1.5。8.根据权利要求4所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在于，轴向拉伸载荷小于或等于额定拉伸载荷，轴向压缩载荷小于或等于额定压缩载荷。9.根据权利要求4所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在
于，第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间、第四预设时间、第五预设时间以及第六预设时间的数值范围均为5～15min，预设次数为30次。10.根据权利要求4所述的一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的方法，其特征在于，所述测定管柱在交变载荷下的密封能力的步骤包括：记录拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象；根据拉压载荷、内压变化曲线以及试验现象，分析管柱在交变载荷下的密封能力。

技术总结
本发明提供了一种测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置及方法。测试交变工况下管柱螺纹气密封能力的装置包括：用于对管柱施加轴向交变荷载的液压试验机、用于检测管柱的螺纹接头是否泄漏的压力表、用于测量管柱内壁径向位移的应变测量仪、外管集气套、管柱、内压压力表、增压泵、气源阀、气源以及自控系统，管柱上设有螺纹接头，管柱安装在液压试验机的顶部，外管集气套套设在螺纹接头处，压力表与外管集气套连接，外管集气套安装在管柱的底部，气源通过管路与气源阀连接，气源阀通过管路与增压泵连接，增压泵通过管路与管柱的顶部连接，内压压力表与增压泵和管柱之间的管路连接，自控系统分别与液压试验机、应变测量仪以及增压泵连接。及增压泵连接。及增压泵连接。


技术研发人员：张弘 庞宇晗 袁光杰 夏焱 金根泰 刘天恩 李景翠 路立君 付盼 宋恒宇 庄晓谦 万继方 戴鹍 任世举
受保护的技术使用者：中国石油集团工程技术研究院有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/12