宋彬，王亮，梅少良，张树森

（中海油田服务股份有限公司，天津 300459）

0 引言

在保养PVT取样筒时，需要拆解成零部件，清洗样品残渣，更换密封圈，组装好后再进行充氮气。目前维保面临的困难是高压后密封堵锈蚀后很难拆卸。取样筒高压后密封堵由于受到泥浆的浸泡，长期不处理，会被锈蚀，再进行拆卸内六方会打滑，这样就无法再泄高压氮气，影响到取样筒的保养。

经过对PVT取样筒转接活塞结构论证，有3种办法拆卸密封堵，泄高压氮气，技术方案如下：1）使用电钻在密封堵上打孔，然后用退扣工具退扣，再用专用工具泄高压氮气。缺点是由于硬质合金材质较硬，所以对钻头材质要求较高，操作比较困难。2）用电火花灼蚀密封锗，清理干净充氮入口，再用专用工具泄高压氮气。缺点是密封堵的位置比较深，电火花电极接触要精准，取样筒结构特殊，若操作不规范，容易造成失误，破坏本体。3）研制专用泄压装置，首先泄高压氮气，其次拆下转接活塞，再用相关措施处理密封堵，这样会相对容易。

前两种方法带高压操作，可靠性不高，第三种方法研制专用装置，先泄高压氮气，再常压操作取堵，所以采取第三种方案更妥当。

1 方案设计

1.1 技术方案规划

1.1.1 液压方案设计研究

采用液压缸伸出活塞杆作用力与反作用力的平衡原理，设计相关液压装置，装置液压原理图如图1所示。

图1 装置液压原理图

该装置液压系统包括ENERPACP392手压泵、液压缸HSG50×28、三位四通换向阀及配套的管线接头等。

装置工作原理具体如下：本方案采用专用装置液压缸活塞杆伸出顶住转接活塞的方法，使专用装置伸出活塞杆的推力等于取样筒转接活塞的推力，达到力的平衡后，相当于解除了转接活塞对后部堵头的压力，然后比较容易拆下后部堵头，再换成专用螺纹环限位，继续按照操作流程完成高压氮气泄压和转接活塞取出的步骤，具体操作后面将详细介绍[1]。

1.1.2 结构组合配置

根据液压原理图组装的结构体如图2所示。

图2 装置基本结构图

该装置详细说明如下：1）可移动支架。上面焊接液压缸固定座和PVT样筒固定座，使其液压缸和PVT样筒中心点在一条直线上，让活塞杆推力作用在后端底座中心位置。2）HSG液压缸。根据样筒内氮气压力的大小，计算出液压缸合适的推力范围，再选择相应型号。3）PVT样筒固定环。紧紧束缚住样筒，保持样筒的受力稳定。4）液压缸固定环。液压缸活塞杆伸出时，由于推力的作用，液压缸位置将发生位移，使用液压缸固定环固定缸体。5）防护罩。固定在液压缸与PVT样筒之间，可打开，目的是防止高压气体释放时吹动颗粒杂质蹦出。6）后部堵头拆卸工具。开1/4槽口，可从加长杆中取出。7）ENERPAC手压泵。内置单向阀，加装压力表，此手压泵可根据负载压力大小适当调节液压压力输出。8）三位四通换向阀。此换向阀为手动阀，操作更灵活，方便安装。9）脚轮。此专用装置比较重，安装脚轮，利于推拉到合适的地点操作。10）PVT样筒。为操作目的对象。11）加长杆。延长活塞杆的伸长长度。12）螺纹环T60×3。起到限位作用。

1.2 工作步骤流程

1）安装PVT取样筒，活塞杆的加长杆放在样筒后端的轴线上，然后紧固样筒固定环；2）调试三位四通阀，按手压泵，使液压缸活塞前后动作，调整加长杆伸出量，最后使加长杆处于初始位置（杆头在后端盖内）；3）按压手压泵，让活塞上的加长杆继续伸出，顶住充氮活塞，确保活塞杆的推力和转接活塞的压力保持平衡；4）调节三位四通阀到中位，使加长杆伸出长度保持不变，此时液压缸顶住转接活塞压力，然后用拆卸工具6拆下后部堵头，拉到后侧，安装螺纹环，限定转接活塞泄氮气的位置；5）取下拆卸工具，调节三位四通阀，通过手压泵针阀将压力油缓慢泄掉，此时活塞在高压氮气作用下后移，因为螺纹环的原因，所以活塞不会顶出，活塞密封圈到螺纹处后，自动泄掉内部氮气压力。调节三位四通阀，将液压缸活塞收回；6）取下PVT转接活塞，进行后续操作。

1.3 关键技术参数

此设备设计主要解决问题是将PVT样筒氮气压力泄掉，然后将带有密封堵的转接活塞取出，进行后续操作。根据PVT取样筒后端剖视图所示，由转接活塞的直径计算出转接活塞受的高压氮气的压力数值。

由负载的平衡力选择液压缸和液压泵的参数型号。转接活塞一侧直径D1=50 mm，另一侧直径d1=25 mm，如图3所示。

图3 PVT取样筒后端剖视图

1.3.1 液压系统的设计影响因素

1）参考PVT样筒氮气压力（最高8 MPa）选择液压缸和手压泵的型号，最高氮气压力计算：由Fmax=P·S，S=πr2=π（D1/2）2，得Fmax=8×106×3.14×0.0252=15700 N。

2）考虑液压缸液压杆的回位及稳定性选用中位机能O型三位四通阀。

1.3.2 加长杆的长度计算设计

在液压缸完全收回位置，加长杆与PVT样筒方向相切，始终保持加长杆作用点在样筒后端内部，这样即使液压缸出现故障或螺纹环出现掉落，转接活塞也不会失控被推出，保证操作人员安全。

1.3.3 防护罩

防护罩在泄高压氮气环节起至关重要作用，可以有效地阻挡泥浆及杂物的飞溅，提高安全性，保护操作人员。

1.3.4 液压缸

此方案设计中概述其工作原理：液压缸安装在PVT取样筒同轴线上，用加长杆调整伸出量，然后加长杆继续伸出，顶住充氮活塞，以此平衡高压氮气压力。

技术特点：根据本专用装置活塞杆的作用行程，采取单杆式双作用缸形式，运动方式为直线往复移动。本方案根据以下参数选择合适HSG液压缸。

油缸的主要尺寸包括缸筒内径、活塞杆直径、缸筒长度及缸筒壁厚等[2]。

1）缸筒直径的确定。

根据公式F=P·A, 由活塞所需要的最大推力Fmax和工作压力P, 可求得的活塞有效面积A，进一步根据油缸的不同结构形式，计算缸筒的内径D，如表1所示。

表1 缸工作压力与负载的关系

2）活塞杆尺寸的选取。

按活塞工作时的端面积受力情况，确定活塞杆的直径d。计算公式为d=0.4D 。其中D为缸筒内径。

缸筒内径和活塞杆直径是本方案最主要的确定对象，根据以上计算参数选择合适HSG系列液压缸。

1.3.5 手压泵

此方案设计中其工作原理为：柱塞通过手柄上提时，泵体内产生真空，进油阀开启，液压油进入泵体，手柄施力下压时进油阀关闭，出油阀顶开，输出压力油，并进入被测器件，如此往复进行工作，实现额定压力的输出。

根据负载作用力Fmax和手压泵缸体活塞面积S，确定手压泵的油压P，一般以负载的2倍以上选择量程液压表即可。

本方案根据以上计算参数选择合适的ENERPAC系列手压泵。

1.3.6 三位四通换向阀

手动换向阀在一些小型油压机上使用得较为普遍，其工作原理与其他换向阀相同，阀芯的复位和对中主要靠扳动手柄及弹簧复位的方式，考虑液压缸液压杆的回位及稳定性选用中位机能O型三位四通阀，技术特点：1）手柄扳动在一定位置保持不动，维持较好的换位姿态；2）换挡比较平稳，回油腔中的油液起缓冲作用[3]。

1.3.7 可移动支架用于固定主要的配件，定位精度高，受力点测量准确，位置调整合理，人员随时推拉到指定位置，且方便操作。

2 使用效果

通过此专项装置的应用，产生了良好的效果。比较如下：1）专用装置实施前，运用传统方式取密封堵，安全性能不高，工作耗时长，拆卸过程极易损坏转接活塞，可操作性不高；2）专用装置实施后，操作安全性高，不易损坏活塞，装置成本低。

很显然，专用泄压装置在降低操作风险、保护转接活塞方面更好，提高维保工作效率。

3 实施案例

该装置设计完成后，针对PVT取样筒转接活塞泄压进行测试，累计完成12套PVT取样筒高压氮气泄压作业，使用安全可靠，极大地节约由于传统取密封堵损坏转接活塞的成本，后续将推广应用。