CN102494853A - 封隔器高温高压液压连续增压试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封隔器高温高压液压连续增压试验装置。本试验装置包括冷却器、定量齿轮泵、压力调节阀、液压缸连续增压回路、先导式超高压电液比例溢流阀、压力传感器、流量传感器、高温高压试验油井换向回路。本发明采用低成本定量齿轮泵和液压缸连续增压回路实现以低压产生高压的目的，同时采用闭环压力控制方案，提高了试验的精度。本发明可以模拟井下高温高压工况，并对井下封隔器的高温高压性能进行测试，尤其是能测量井下封隔器高温高压状况下的泄露流量。

Description

封隔器高温高压液压连续增压试验装置

技术领域

本发明涉及一种测试封隔器耐压性能的液压连续增压试验装置，属于石油工程及机电一体化技术领域。

背景技术

现在，随着钻井深度的增加，由于地温梯度和液柱压力作用，井下的温度和压力也相应增加，因此，工作过程中井下封隔器失效可能引发多种井下复杂情况及事故，并造成巨大的经济损失。为了验证封隔器的高温高压性能，就需要一种可以模拟井下高温高压工况的高温高压试验设备。目前，已有的封隔器高温高压模拟试验设备(如中原油田分公司封隔器高温性能试验系统)，为了满足不同封隔器的注油压力试验要求，采用了两台或两台以上不同压力和排量的动力泵。这种方法不仅增加了设备的数量和液压回路的复杂程度，而且占用了更多的场地面积，无形中增加了试验成本。研究通过增加增压装置，改变试验设备的工作压力，达到以低压产生高压的目的。

发明内容

本发明的目的在于，针对当前不同压力封隔器试验所需的泵类设备较多，系统复杂的问题，提供一种封隔器高温高压液压连续增压试验装置，能节约试验成本，减少能量消耗和设备数量，并且可满足多种封隔器的高温高压压力试验要求。该试验装置不仅能准确控制封隔器的试验压力，而且还可以测量封隔器在一定试验压力下的泄露流量。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种封隔器高温高压液压连续增压实验装置，包括冷却器、定量齿轮泵、压力调节阀、液压缸连续增压回路、先导式超高压电液比例溢流阀、压力传感器、流量传感器、高温高压试验油井换向回路，其特征在于：所述定量齿轮泵的出油口和液压缸连续增压回路的进油口连接，并在两者之间的液压管路上并联压力调节阀，所述液压缸连续增压回路的出油口与高温高压试验油井换向回路的进油口相连，所述先导式超高压电液比例溢流阀、压力传感器和流量传感器连接在液压缸连续增压回路和高温高压试验油井换向回路之间的液压管路上。

所述液压缸连续增压回路由两个超高压单向阀、一个三位四通电磁换向阀、一个双作用增压器、两个极限位置限位开关、一个梭阀、一个压力传感器、两个两位三通电磁换向阀和两个超高压液控单向阀组成，所述两个超高压单向阀的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口，出油口连接双作用增压器左右两端的两个小活塞腔，所述三位四通电磁换向阀的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口，两个控制油口则分别连接双作用增压器中间大活塞腔的左右两端，出油口连接油箱，所述两个超高压液控单向阀的进油口分别连接双作用增压器左右两端的两个小活塞腔，出油口连接在一起形成整个液压缸连续增压回路的出油口，所述压力传感器通过梭阀连接在双作用增压器的两个小活塞腔上，所述两个两位三通电磁换向阀连接在液压缸连续增压回路的进油口和超高压液控单向阀的控制油口之间，用于反向开启超高压液控单向阀，所述两个极限位置限位开关分别安装在双作用增压器大活塞腔的左右两端。

所述高温高压试验油井换向回路主要由三个超高压两位三通电磁换向阀、高温高压试验油井、三个超高压单向阀、一个自动排气阀和一个超高压两位两通电磁换向阀组成，所述高温高压试验油井主要包括环空加热套、井筒、油管及试验封隔器，所述环空加热套包裹在井筒外部，所述井筒和油管的下部封死，上部通过密封堵头密封，所述试验封隔器连接在油管的中部，形成油管的一段，并嵌套入井筒，井筒和油管之间的环空被试验封隔器分割形成上压腔和下压腔，油管内部空间形成内压腔，在油管底端及井筒上下两端各开有一个注油孔，分别连通上压腔、下压腔和内压腔，所述超高压两位三通电磁换向阀分别串联在液压缸连续增压回路出油口和高温高压试验油井的三个注油孔之间，并且安装在高温高压试验油井底部，所述三个超高压单向阀安装在高温高压试验油井的顶部,进油端分别与上压腔、下压腔和内压腔的顶端连通，出油端连接自动排气阀，所述自动排气阀安装在高温高压试验油井的顶部，所述超高压两位两通电磁换向阀进口连接三个超高压单向阀的出油端，出口连接油箱。

试验前首先设定先导式超高压电液比例溢流阀和压力调节阀的溢流压力，然后开启定量齿轮泵开始试验。流量传感器测量进入高温高压试验油井换向回路的液压油流量，压力传感器测量高温高压试验油井换向回路的试验压力。将压力传感器测量得到的压力信号与系统设定的试验压力进行比较，得到一个偏差信号，然后根据这一偏差信号由PLC控制器动态调节压力调节阀的溢流压力，就可以通过液压缸连续增压回路来间接改变系统的高压端试验压力。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1、本发明采用了制造成本低的齿轮泵来代替高压低排量的超高压柱塞泵，不仅节省了整个系统的制造费用，而且还可以实现试验初始阶段系统的快速充液增压。

2、本发明采用了液压缸连续增压回路给系统增压，实现了以低压产生高压的目的，减少了工作人员直接操纵高压带来的危险，同时液压缸连续增压回路内采用了压力平衡逆向开启超高压液控单向阀，减少了双作用增压器换向带来的压力波动。

3、本发明的压力控制采用了闭环控制方案，试验过程中压力波动小，压力控制准确，并可以动态测量封隔器在井下高温高压状况下的泄露流量。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构简图。

图2是本发明所用高温高压试验油井结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1，本封隔器高温高压液压连续增压试验装置主要包括冷却器1、定量齿轮泵2、压力调节阀3、液压缸连续增压回路Ⅰ、先导式超高压电液比例溢流阀12、压力传感器13、流量传感器14、高温高压试验油井换向回路Ⅱ，其特征在于：所述液压缸连续增压回路Ⅰ串联在定量齿轮泵2和高温高压试验油井换向回路Ⅱ之间；所述压力调节阀3是一个电液比例溢流阀并联在定量齿轮泵2和液压缸连续增压回路Ⅰ之间的液压管路上，用于调整系统的试验压力；所述先导式超高压电液比例溢流阀12的设定压力为封隔器试验压力的 1.05被，并联在液压缸连续增压回路Ⅰ和高温高压试验油井换向回路Ⅱ之间的液压管路上，充当安全阀使用；所述压力传感器13也并联在液压缸连续增压回路Ⅰ和高温高压试验油井换向回路Ⅱ之间的液压管路上，用于测量封隔器的试验压力；所述流量传感器14串联在液压缸连续增压回路Ⅰ和高温高压试验油井换向回路Ⅱ之间的液压管路上，用于测量流入高温高压试验油井换向回路Ⅱ的液压油流量。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：

参见图1，本封隔器高温高压液压连续增压试验装置所述液压缸连续增压回路Ⅰ主要由两个超高压单向阀4、一个三位四通电磁换向阀5、一个双作用增压器6、两个极限位置限位开关7、一个梭阀8、一个压力传感器9、两个两位三通电磁换向阀10和两个超高压液控单向阀11组成，所述两个超高压单向阀4的进油口连接液压缸连续增压回路Ⅰ的进油口，出油口连接双作用增压器6左右两端的两个小活塞腔，所述三位四通电磁换向阀5的进油口连接油源，控制油口则分别连接双作用增压器6中间大活塞腔的左右两端，超高压单向阀4和三位四通电磁换向阀5的进油口也形成整个液压缸连续增压回路Ⅰ的进油口，所述两个超高压液控单向阀11的进油口分别连接双作用增压器6左右两端的两个小活塞腔，出油口连接在一起形成整个液压缸连续增压回路Ⅰ的出油口，所述压力传感器9通过梭阀8连接在双作用增压器6的两个小活塞腔上，用来测量双作用增压器6高压腔的压力，所述两位三通电磁换向阀10与油源和超高压液控单向阀11的控制油口相连，用于反向开启超高压液控单向阀11，所述两个极限位置限位开关7分别安装在双作用增压器6大活塞腔的左右两端，用于双作用增压器6活塞的换向。

实施例三：本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：

参见图1，本封隔器高温高压液压连续增压试验装置所述高温高压试验油井换向回路Ⅱ主要由超高压两位三通电磁换向阀15、16、17、高温高压试验油井18、三个超高压单向阀19、自动排气阀20和超高压两位两通电磁换向阀21组成，所述高温高压试验油井18（参见图2）主要包括环空加热套22、井筒23、油管24及试验封隔器25；所述环空加热套22包裹在井筒23外部，所述井筒23和油管24的下部封死，上部通过密封堵头密封；所述试验封隔器25连接在油管24的中部，形成油管的一段，并嵌套入井筒，井筒23和油管24之间的环空被试验封隔器25分割形成上压腔和下压腔，油管24内部空间形成内压腔，在油管24底端及井筒23上下两端分别开有一个注油孔，分别连通上压腔、下压腔和内压腔；所述超高压两位三通电磁换向阀15、16、17分别串联在液压缸连续增压回路Ⅰ的出油口和高温高压试验油井18的三个注油孔之间，并且安装在高温高压试验油井18的底部，所述三个超高压单向阀19安装在高温高压试验油井18的顶部,进油端分别与上压腔、下压腔和内压腔的顶端连通，出油端连接自动排气阀20；所述自动排气阀20安装在高温高压试验油井的顶部；所述超高压两位两通电磁换向阀21的进口连接三个超高压单向阀的出油端，出口连接油箱。

下面以封隔器上压试验来说明封隔器高温高压液压连续增压试验装置的具体工作过程。参见图1所示，其具体过程是：

1、有一个PLC控制器根据试验封隔器的试验压力初步设定压力调节阀3的溢流压力，同时设定先导式超高压电液比例溢流阀12的溢流压力为封隔器试验压力的1.05倍。

2、PLC控制超高压两位三通电磁换向阀17换向，处于左位工作状态，超高压两位两通电磁换向阀21换向，处于左位工作状态。

3、开启定量齿轮泵2，三位四通电磁换向阀5处于中位状态，液压油通过双作用增压器6两端的超高压单向阀4和液控单向阀11直接进入高温高压试验油井18的上压试验腔a，试验腔内的气体则通过自动排气阀20排出。

4、经过一段时间的加压后，当压力传感器13检测到系统压力达到或超过压力调节阀3所设定溢流压力的80%时，三位四通电磁换向阀5换向处于左位工作状态，液压油进入双作用增压器6左端的小活塞腔和大活塞腔，增压器活塞右移继续给系统增压，当两个压力传感器9、13测得右侧超高压液控单向阀11两端的压力达到平衡时，右侧两位三通电磁换向阀10换向，反向开启右侧液控单向阀11。当增压器大活塞接触到右端的限位开关7时，右侧两位三通电磁换向阀10的电磁线圈失电，右侧液控单向阀11反向关闭，同时三位四通电磁换向阀5换向处于右位工作状态，液压油进入双作用增压器6右端的小活塞腔和大活塞腔，增压器活塞左移给系统增压，当两个压力传感器9、13测得左侧超高压液控单向阀两端的压力达到平衡时，左侧两位三通电磁换向阀10换向，反向开启左侧液控单向阀11。当双作用增压器大活塞接触到左端限位开关7时，三位四通电磁换向阀5再次换向处于左位工作状态，以此往复循环增压。PLC控制器将高压端压力传感器13反馈的压力信号与此时系统设定的封隔器实验压力相比较，得到偏差信号，然后动态调节压力调节阀3的溢流压力来调节高温高压试验油井18的压力。

    5、试验完成后，首先关闭定量齿轮泵2，然后先导式超高压两位三通电磁换向阀17和超高压两位两通电磁换向阀21的电磁线圈失电，系统泄压。

Claims (3)

1.一种封隔器高温高压液压连续增压试验装置，包括冷却器(1)、定量齿轮泵(2)、压力调节阀(3)、液压缸连续增压回路(Ⅰ)、先导式超高压电液比例溢流阀(12)、压力传感器(13)、流量传感器(14)、高温高压试验油井换向回路(Ⅱ)，其特征在于：所述定量齿轮泵(2)的出油口和液压缸连续增压回路(Ⅰ)的进油口连接，并在两者之间的液压管路上并联压力调节阀(3)，所述液压缸连续增压回路(Ⅰ)的出油口与高温高压试验油井换向回路(Ⅱ)的进油口相连，所述先导式超高压电液比例溢流阀(12)、压力传感器(13)和流量传感器(14)连接在液压缸连续增压回路(Ⅰ)和高温高压试验油井换向回路(Ⅱ)之间的液压管路上。

2.根据权利要求1所述的封隔器高温高压液压连续增压试验装置，其特征在于：所述液压缸连续增压回路(Ⅰ)由两个超高压单向阀(4)、一个三位四通电磁换向阀(5)、一个双作用增压器(6)、两个极限位置限位开关(7)、一个梭阀(8)、一个压力传感器(9)、两个两位三通电磁换向阀(10)和两个超高压液控单向阀(11)组成，所述两个超高压单向阀(4)的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口，出油口连接双作用增压器(6)左右两端的两个小活塞腔，所述三位四通电磁换向阀(5)的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口，两个控制油口则分别连接双作用增压器(6)中间大活塞腔的左右两端，出油口连接油箱，所述两个超高压液控单向阀(11)的进油口分别连接双作用增压器(6)左右两端的两个小活塞腔，出油口连接在一起形成整个液压缸连续增压回路(Ⅰ)的出油口，所述压力传感器(9)通过梭阀(8)连接在双作用增压器(6)的两个小活塞腔上，所述两个两位三通电磁换向阀(10)连接在液压缸连续增压回路(Ⅰ)的进油口和超高压液控单向阀(11)的控制油口之间，所述两个极限位置限位开关(7)分别安装在双作用增压器(6)大活塞腔的左右两端。

3.根据权利要求1所述的封隔器高温高压液压连续增压试验装置，其特征在于：所述高温高压试验油井换向回路(Ⅱ)主要由三个超高压两位三通电磁换向阀(15、16、17)、高温高压试验油井(18)、三个超高压单向阀(19)、一个自动排气阀(20)和一个超高压两位两通电磁换向阀(21)组成，所述高温高压试验油井(18)主要包括环空加热套(22)、井筒(23)、油管(24)及试验封隔器(25)，所述环空加热套(22)包裹在井筒(23)外部，所述井筒(23)和油管(24)的下部封死，上部通过密封堵头密封，所述试验封隔器(25)连接在油管(24)的中部，形成油管的一段，并嵌套入井筒(23)，井筒(23)和油管(24)之间的环空被试验封隔器(25)分割形成上压腔(a)和下压腔(b)，油管(24)内部空间形成内压腔(c)，在油管(24)底端及井筒(23)上下两端各开有一个注油孔，分别连通上压腔(a)、下压腔(b)和内压腔(c)，所述超高压两位三通电磁换向阀(15、16、17)分别串联在液压缸连续增压回路(Ⅰ)出油口和高温高压试验油井(18)的三个注油孔之间，并且安装在高温高压试验油井(18)底部，所述三个超高压单向阀(19)安装在高温高压试验油井(18)的顶部,进油端分别与上压腔(a)、下压腔(b)和内压腔(c)的顶端连通，出油端连接自动排气阀(20)，所述自动排气阀(20)安装在高温高压试验油井的顶部，所述超高压两位两通电磁换向阀(21)进口连接三个超高压单向阀(19)的出油端，出口连接油箱。

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