CN103454107B - 一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，包括套管感应加热装置、中频电源与控制系统、加压装置、计算机监控系统，所述套管感应加热装置包括表层套管、设置表层套管内的加热套管、设置在加热套管表面的感应加热机构，加热套管与加压装置连接，感应加热机构与所述的中频电源与控制系统连接，中频电源与控制系统、加压装置均与计算机监控系统连接。在本发明中，待测试的井下工具在加热套管内完成打压加热试验。本发明采用中频感应加热的方式，将感应加热线圈绕制在加热套管上，加热速度快，从而提高了试验效率。本发明设备结构简单，一次性设备投入少，运行管理成本低，安全环保性能好。

Description

一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统

技术领域

本发明涉及一种模拟试验，具体来说涉及一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，用来模拟地层环境的温度、压力等参数，对工作于类似地层环境的仪器性能进行检测试验。

背景技术

试验用高温高压装置用来模拟地层环境的温度、压力等参数，对工作于类似地层环境的仪器行性能进行检测试验，广泛应用于石油、化工、煤炭、兵器、航天等领域。现有试验装置大多采用类似导热油为传热介质的强制循环加热方式，这种加热方式由于加热原理限制，加热速度慢，试验效率低下，应用范围受限，且加热装置设备复杂，运行管理成本较高，安全环保性能较差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，以解决现有技术中加热速度慢、试验效率低下的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，包括套管感应加热装置、中频电源与控制系统、加压装置、计算机监控系统，所述套管感应加热装置包括表层套管、设置表层套管内的用以放置封隔器胶筒的加热套管、设置在加热套管表面的感应加热机构，所述加热套管的下端封闭，上端与加压装置连接，所述感应加热机构与所述的中频电源与控制系统连接，所述中频电源与控制系统、加压装置均与计算机监控系统连接。

在本发明的一个实施例中，所述加压装置包括井口打压试验装置、高压泵站及控制系统，高压泵站及控制系统通过井口四通与井口打压试验装置连接，井口打压试验装置通过套管头与加热套管连接。实现打压功能来模拟地层压力。

在本发明的一个实施例中，所述感应加热机构包括绝缘胶木套筒、感应加热线圈、绝缘胶木立柱，感应加热线圈绕制在绝缘胶木套筒上，绝缘胶木立柱垂直固定在感应加热线圈外圆，所述感应加热线圈通过水冷电缆与中频电源与控制系统连接。进一步，所述加热套管的底部设置有承托板，所述感应加热机构设置在该承托板上。

在本发明的一个实施例中，所述感应加热机构还包括若干个测温元件，所述测温元件设置在加热套管上。

在本发明的一个实施例中，所述表层套管的顶部设置有表层套管顶部法兰，加热套管上设置有加热套管固定法兰，在表层套管顶部法兰于加热套管固定法兰之间设置有法兰短节，以便于安装、检修和维护。

在本发明的一个实施例中，所述加热套管内设置有导热介质，使内部温度均匀。

在本发明的一个实施例中，所述加热套管及其表面的感应加热机构悬设于表层套管内。

在本发明的一个实施例中，所述加热套管内还设置有试验油套管。

在本发明中，待测试的井下工具在加热套管内完成打压加热试验。加热套管表面的感应加热机构通过水电接头连接中频电源与控制系统，实现加热功能来模拟地层温度；加热套管与加压机构连接，实现打压功能来模拟地层压力；通过对应的通讯接口使中频电源与控制系统、加压装置与计算机监控系统进行数据交互，实现整个系统的数据采集和监控管理功能。

本发明采用中频感应加热的方式，将感应加热线圈绕制在加热套管上，加热速度快，从而提高了试验效率。

本发明在加热套管上装上测温元件，按照试验要求来模拟地层温度；配合加压机构完成封隔器胶筒耐温耐压性能参数模拟测试，并可出具对应试验参数检测报告。

本发明设备结构简单，一次性设备投入少，运行管理成本低，安全环保性能好。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的套管感应加热装置的示意图；

图3为本发明的功能组成示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

如图1、2、3所示，一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，主要包括套管感应加热装置100、中频电源与控制系统200、加压装置、计算机监控系统400。

套管感应加热装置100是整个系统的核心，其它部分都是通过相应的接口与之连接，待测试的井下工具在加热套管内完成打压加热试验。加热套管表面的感应加热机构通过水电接头110连接中频电源与控制系统200，实现加热功能来模拟地层温度；加压装置包括井口打压试验装置310、高压泵站及控制系统320，高压泵站及控制系统320通过井口四通330与井口打压试验装置310连接，井口打压试验装置310通过套管头340与加热套管连接，实现打压功能来模拟地层压力；中频电源与控制系统200通过通讯接口210与计算机监控系统400进行数据交互，高压泵站及控制系统320通过通讯接口450与计算机监控系统400进行数据交互，实现整个系统的数据采集和监控管理功能。

参见图2，套管感应加热装置100包括表层套管13、设置表层套管内的用以放置封隔器胶筒的加热套管2、设置在加热套管表面的感应加热机构、若干个测温元件17。

表层套管13主要用来放置加热套管2、感应加热机构，并与地层隔离形成井式垂直筒状空间。表层套管13选用石油专用钢管，直径约475mm，厚度10mm，长度根据试验要求来决定。表层套管13底部焊接表层套管封头16，形成封闭的井底，表层套管13的顶部焊接表层套管顶部法兰5，用以连接加热套管等试验装置。表层套管13垂直放置于试验井内，周围焊接筋板，填充隔热材料，并用混凝土灌浆凝固，承接包括加热套管在内的所有加热打压试验装置的重量，要求能够承重且抗拉。

加热套管2外壁上固定有绕制好的感应加热线圈实现加热保温功能，加热套管2的顶部设置有加热套管顶部法兰1，加热套管顶部法兰1通过井口四通接口连接试验油套管12及加压机构实现打压测试功能，加热套管2的底部通过加热套管封头14封死。加热套管2内部充满导热介质11，传导感应加热套管壁的热量，使试验套管12处于温度均匀介质当中，准确模拟给定地层温度。加热套管选用石油专用95/8套管，直径245mm，长度根据试验要求来决定。加热套管上设置有加热套管固定法兰3，在表层套管顶部法兰于加热套管固定法兰之间设置有法兰短节4，加热套管通过加热套管固定法兰3连接法兰短节4上部，法兰短节下部再和表层套管法兰连接，使加热套管通过法兰短节悬坐于表层套管上，承接连接于其上的所有试验油套管及井口装置的重量。加热套管的下端通过加热套管封头14封闭。加热套管最底部装有感应加热装置承托板15，通过螺丝将承托板15与加热套管封头14连接，用来承接感应加热机构的绝缘胶木立柱7。

法兰短节4主要是为安装检修维护方便设计，法兰短节4中部设有进出线孔20，当需要检修吊出时，断开使加热主回路电缆水电接头和测温信号电缆的航空插头，松开法兰短节连接螺栓，则可方便地将感应加热机构及加热套管等一同吊出。

试验油套管12通过加热套管顶部法兰1和井口四通以管串连接的方式，连接各种规格的试验油套管，并悬坐于充满导热介质的加热套管上。在试验油套管12内投放封隔器胶筒，分别进行油压和套压的打压加热试验。

感应加热机构包括吊耳6、绝缘胶木立柱7、感应加热线圈8、绝缘胶木套筒9、测温元件17、水冷电缆18、水电接头19等。

吊耳6是设在绝缘胶木立柱7上的环状连接装置，在初次安装或检修过程中，起吊感应加热机构；绝缘胶木立柱7起承托和固定作用，通过4条绝缘胶木立柱支撑起整个感应加热机构的重量，同时将绝缘胶木套筒9和感应加热线圈8固定在绝缘胶木立柱7上。

感应加热线圈8绕制在绝缘胶木套筒9上，感应加热线圈8与水冷电缆18连接，利用电磁感应加热原理，使加热套管以及其内的导热介质被加热。

绝缘胶木套筒9主要起保护作用，相当于加热线圈的内胆，使得感应加热线圈8不和加热套管直接接触，方便于起吊检修安装，且不影响加热效果；测温元件17为贴片式测温元件，固定在加热套管外壁上，其信号线通过在绝缘胶木套筒9上打孔，从感应加热线圈和绝缘胶木套筒之间引出，再从法兰短节上的出线孔20引至控温仪表，进行测温控温。

为了保证测温可靠性和准确性，减少因测温元件损坏失灵而吊装检修的麻烦，设计多点同步测温系统，选用多个同型号的测温元件，并联接于同一仪表，保证某一测温元件损坏而不影响控温，也可分别接于不同仪表，分别显示以便观察不同部位加热温度的均匀性。

水冷电缆是一种中空通水、由电极(电缆头)、导线、外护套管三部分组成的特种电缆，用于大电流加热设备，连接中频电源与控制系统200的电容器和加热线圈。

水电接头19是感应线圈端部结构的关键部件，它不仅是上下层间或极间连接线的电联结，而且同时还必须是一个可靠的水接头，既能接通电路又能方便地从外部水系统引入冷却水或从线圈内排出；信号连接采用航空插头，以方便检修维护时温度信号电缆通断连接。

首次安装固定次序：

1、首先松开加热套管封头14和承托板15的连接螺丝，将加热套管底部的承托板取下，准备安装感应加热机构；

2、把感应加热机构从加热套管下部由下往上套装，再把承托板和加热套管底部封头的螺丝连上，使感应加热机构立于承托板15上；

3、把感应加热机构从绝缘胶木立柱用固定螺丝和加热套管固定，使感应加热机构和加热套管成为一体，称之为套筒加热装置；

4、在表层套管的表层套管顶部法兰上安装法兰短节4，将法兰短节的下部和表层套管顶部法兰连接固定好；

5、然后通过加热套管上的加热套管固定法兰3，将套筒加热装置整体吊入表层套管13的井式空间里；

6、将加热套管固定法兰3和法兰短节4的上部进行连接，使套筒加热装置整体通过法兰短节4悬坐于表层套管顶部法兰5上；

7、在吊装工程中，把水冷电缆和测温信号电缆整体从法兰短节上的出线孔引出，连接到水电接头装置上。

检修拆卸顺序与安装固定顺序基本相反，主要有以下步骤：

1、首先断开水冷电缆和测温信号电缆与水电接头装置的连接；

2、将加热套管上的加热套管固定法兰和法兰短节的上部进行连接断开；

3、将套筒加热装置整体从表层套管的井式空间里吊出，此时可以进行检查维修；

4、若要进一步维修或更换部件，将套筒加热装置上固定螺丝松开，使感应加热装置和加热套管分离；

5、卸下加热套管底部的承托板和加热套管封头的连接螺丝，移走承托板，将感应加热机构由上往下取下来，进行感应加热线圈单独维修。

本发明在加热套管上装上测温元件，按照试验要求来模拟地层温度；配合加压机构完成封隔器胶筒耐温耐压性能参数模拟测试，并可出具对应试验参数检测报告。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，包括套管感应加热装置、中频电源与控制系统、加压装置和计算机监控系统，所述套管感应加热装置包括表层套管、设置在表层套管内的用以放置封隔器胶筒的加热套管、设置在加热套管表面的感应加热机构，所述加热套管的下端封闭，上端与加压装置连接，所述感应加热机构与所述的中频电源与控制系统连接，所述中频电源与控制系统、加压装置均与计算机监控系统连接。

2.根据权利要求1所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述加压装置包括井口打压试验装置、高压泵站及控制系统，高压泵站及控制系统通过井口四通与井口打压试验装置连接，井口打压试验装置通过套管头与加热套管连接。

3.根据权利要求1所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述加热套管的底部设置有承托板，所述感应加热机构设置在该承托板上。

4.根据权利要求1所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述感应加热机构包括绝缘胶木套筒、感应加热线圈和绝缘胶木立柱，感应加热线圈绕制在绝缘胶木套筒上，绝缘胶木立柱垂直固定在感应加热线圈外圆，所述感应加热线圈通过水冷电缆与中频电源与控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述感应加热机构还包括若干个测温元件，所述测温元件设置在加热套管上。

6.根据权利要求1所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述表层套管的顶部设置有表层套管顶部法兰，加热套管上设置有加热套管固定法兰，在表层套管顶部法兰与加热套管固定法兰之间设置有法兰短节。

7.根据权利要求1所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述加热套管内设置有导热介质。

8.根据权利要求1所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述加热套管及其表面的感应加热机构悬设于表层套管内。

9.根据权利要求1所述的封隔器胶筒耐温耐压性能模拟试验系统，其特征在于，所述加热套管内还设置有试验油套管。