CN108775300B - 一种高温高压数字回压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明所公开了一种高温高压数字回压系统，其主要包括通过连接管线连接的回压阀、控制显示系统和置于回压阀和控制显示系统之间的冷却装置，通过阀针和阀体膜片的配合设置，使阀针能够精准地监测回压阀中流体的压力值变化并集中反馈在阀体膜片上，从而通过阀体膜片的形变引发后续步骤实现压力值的监测；此外抗压材料制成的回压阀具有良好的抗压能力，配合冷却装置的设置，使得从回压阀流向控制显示系统的过热介质在冷却装置中急速冷却，不会损坏控制电器部件，从而使得整个回压系统的耐高温性能提高，从而实现在高温高压的环境下正常工作。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气开采模拟技术领域，尤其涉及一种高温高压数字回压系统。
背景技术
在油气田及煤层气等众多开发领域中，为了提高对被开发资源的开采效率，通常都会对该矿场的地层的开采条件和开采效率进行取样以便于进行试验研究，对提取的样品进行试验研究时需要恢复当时的地层条件,包括温度和压力，这时就需要一种可以模拟当时地层温度和压力，即高温高压回压装置。
岩心驱替实验室是由天然气开采过程中提高采收率的主要评价技术手段，是在地层(温度、压力)条件下对岩心空隙中油、气采出的科学研究。实验过程中稳定精准地控制底层压力，是实验的关键。油井越深，地层压力和温度就越高，目前，超高温高压的油气藏不断被发现，就目前我国稠油开采一般为火烧油层和蒸汽驱替，温度都达到420℃左右，这对各种实验仪器的耐高温提出了更高的要求。但是目前市场上所有的回压装置，包括自动可调节压力的数字回压装置，其使用的温度范围最高温度不超过200℃，远远不能满足现代的实验要求，更无法用于超高压和高温条件下的躯体实验的回压控制。
因此，针对以上不足，研发测试精度更高、使用范围更广、操作稳定性更好的回压阀非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压高压数字回压系统，用于超高压高温驱替实验中，以解决现有技术中回压装置的耐高温强度不能达到要求的问题。
本发明提供了下述方案：
一种高温高压数字回压系统，包括：回压阀，所述回压阀包括流体控制部件、流体回压部件和阀体膜片，其中所述流体控制部件中设置有流道以及与所述流道联通的容腔，所述回压控制部件中设置有用于装载回压介质的回压腔以及与回压腔联通的回压介质入口，所述回压腔和所述容腔通过所述阀体膜片密封隔开，在所述阀体膜片上还安装有一端置于所述容腔中的阀针；控制显示系统，所述控制显示系统包括回压反馈组件和自动回压跟踪组件，所述回压反馈组件和所述自动回压跟踪组件分别与所述回压介质入口连接，用于检测并调整所述回压介质的压力值；和冷却装置，所述冷却装置设置在所述回压阀和所述控制显示系统之间，用于冷却流通于所述回压阀和所述控制显示系统之间的回压介质。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述阀体膜片设置为型号为316L的不锈钢材料制成的圆形薄片，所述阀体膜片的厚度为0.2mm。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述回压阀还包括蓄能环和C型环，其中所述蓄能环安装在所述流体控制部件和所述流体回压部件之间，所述C型环设置在所述阀体膜片周围。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述冷却装置包括两个冷却管，其中一个冷却管连接在所述回压介质入口管和所述所述回压反馈组件之间，另一个冷却管连接在所述回压介质入口管和所述自动回压跟踪组件之间。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述冷却管包括长条状的管体，所述管体两端各设置有一个堵头用于形成密封腔，在所述管体的侧壁上还设置有两个进出口用于向所述密封腔中注入冷却介质；在所述管体的内部还设置有连接管，所述连接管的两端分别与所述回压阀和所述控制显示系统连接。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述连接管为螺旋管。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述管体的两端和两个所述堵头均为台阶面设置，且所述管体两端的台阶面可与两个所述堵头的台阶面对应安装。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述流体控制部件中的所述流道呈L型，所述阀针的一端呈锥形并插入所述流道中，用于调整所述流体的压力。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述阀针的另一端与阀针螺帽连接，在所述阀体膜片和所述阀针螺帽之间还设置有金属复合密封环，用于压紧密封。
如上所述的高温高压数字回压系统，进一步优选为，所述堵头中心设置有贯通孔，所述连接管通过所述贯通孔与所述回压阀、控制显示系统连接，所述连接处还设置有密封接头用于密封。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
本发明所公开了一种高温高压数字回压系统，其主要包括通过连接管线连接的回压阀、控制显示系统和置于回压阀和控制显示系统之间的冷却装置，通过阀针和阀体膜片的配合设置，使阀针能够精准地监测回压阀中流体的压力值变化并集中反馈在阀体膜片上，从而通过阀体膜片的形变引发后续步骤实现压力值的监测；此外抗压材料制成的回压阀具有良好的抗压能力，配合冷却装置的设置，使得从回压阀流向控制显示系统的过热介质在冷却装置中急速冷却，不会损坏控制电器部件，从而使得整个回压系统的耐高温性能提高，从而实现在高温高压的环境下正常工作。
附图说明
图1为本发明的一种高温高压数字回压系统的组成结构示意图；
图2为本发明的一种高温高压数字回压系统的回压阀结构示意图；
图3为本发明的阀针和阀体膜片结构示意图；
图4为本发明的第一冷却管和第二冷却管的机构示意图；
图5为图4的结构结构放大图；
图6、7、8、9和10分别为本发明一种高温高压数字回压系统在给定温度下给定回压值与开启值之间的关系。
附图标记说明：
1-回压阀，2-控制显示系统，3-连接管线，4-第二冷却管，5-第一冷却管，6-回压反馈组件，7-自动回压跟踪组件，8-流体控制部件，9-流体回压部件，10-流道，11-回压腔，12-回压介质入口，13-容腔，14-阀体膜片，15-阀针，16-蓄能环，17-C型环，18-金属复合密封环，19-阀针螺帽，20-螺栓，21-流体出口，22-流体入口，23-堵头，24-连接管，25-出口，26-密封接头，27-进口，28-三通阀，29-管体。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本实施例公开了一种高温高压数字回压系统，主要包括回压阀1、控制显示系统2以及连接在回压阀1和控制显示系统2之间的冷却装置，上述装置均通过连接管线3连接。回压阀1包括流体控制部件8、流体回压部件9和阀体膜片14三部分设置，其中，流体控制部件8设置有流体入口22、流体出口21以及联通流体入口22和流体出口21的流道10用于控制流体的流通，同时还设置有与流道10联通的容腔13，而流体回压部件9则用于调整流体控制部件8内流体的压力值，主要包括用于装载回压介质的回压腔11以及与回压腔11联通的回压介质入口12；且为满足抗压力值度，流体控制部件8和流体回压部件9两部分结构均采用抗压材料制成，优选牌号为316L的不锈钢制成，通过316L优异的耐腐蚀性能和高温高压力值度性能来满足实验强度的需求；阀体膜片14则设置在流体控制部件8和流体回压部件9之间，用于密封隔开容腔13和回压腔11，在阀体膜片14上还穿透安装有一阀针15，阀针15的一端置于容腔13中，而另一端则置于回压腔11中，且与阀体膜片14固定并密封。控制显示系统2则包括回压反馈组件6和自动回压跟踪组件7，且回压反馈组件6和自动回压跟踪组件7均与回压阀1中的回压介质入口12连接，连接结构为连接管线3，通过连接管线3，回压反馈组件6与回压腔11中介质联通，回压反馈组件6的主要功能与压敏传感器相同，主要用于监测回压介质的压力值，而自动回压跟踪组件7的主要功能与增压泵相同，主要调整回压介质的压力值。此外，本实施例中的高温高压数字回压系统还包括冷却装置，其设置在回压阀1和控制显示系统2之间的连接管线3上，用于冷却流通在连接管线3中的回压介质，以避免回压阀1中高温高压的回压直接直接接触并损害控制显示系统2，影响其使用寿命的同时影响实验精准度。
上述装置的使用过程如下：
上述装置主要用于岩心驱替实验中帮助模拟地层中高温高压的环境，因此，回压阀1整体处于高温状态中，且回压腔内的介质给予阀体膜片和阀针一个压力，使得阀体膜片变形带动阀针移动关闭流道的通路，当高温高压的流体从回压阀1的流体入口22进入流道10中流向流体出口21，在途经容腔13时，其自身的高温高压会挤压阀针15给阀针15一个推力，当推力大于回压腔11内的压力时，阀针15在推力的作用下将阀体膜片14顶起来，这样阀针15向另一端移动，打开流道10，使得流体由流体出口流出。根据作用力与反作用力的关系，在回压介质处于额定压力的情况下要保证流道畅通，则流体的压力也需要保持在一定的范围。为了保证回压腔11中的回压介质处于额定的压力，则需要通过控制显示系统实现，流体挤压阀针15使阀体膜片14产生偏向回压腔11一侧的方向上的变形，从而挤压回压腔11中的高温回压介质，使其具有流体的高压，处于高温状态的回压介质通过连接管线3经冷却装置冷却后处于低温高压状态，抵达控制显示系统2处，回压反馈组件6测得当前状态的回压介质的压力值，并反馈给控制显示系统2，控制显示系统2接收反馈的压力值数据，并与预设阈值比较，当反馈的压力值小于预设阈值时，则控制显示系统2指示自动回压跟踪组件7给回压介质加压补填到预设值，此时，回压介质增压，会挤压阀体膜片14，阀体膜片14上的阀针15则向容纳腔一侧移动，挤压流道10中流体的流动空间；当反馈的压力值大于预设阈值时，则控制显示系统2指示自动回压跟踪组件7自动退泵将回压介质的压力值降低到预设值，此时，阀体膜片14上所受的压力下降，会打开流道。
本实施例中，通过阀针15和阀体膜片14的配合设置，使阀针15能够能够精准地监测回压阀1中流体的压力值变化并通过阀体膜片14反馈到回压介质中从而实现后续控制；同时还通过冷却装置的设置使得回压阀1中过热的介质不会损坏控制电器部件，提高了整个回压系统的耐高温性能，使其能够在高温高压的环境下工作。
在上述实施例中，为了能够精准地反馈流体控制部件8流道10中流体的压力，本实施例中的阀体膜片14为型号是316L的不锈钢材料制成的圆形薄片，且圆形薄片的厚度为0.2mm。316L不锈钢的耐高温高压性能好，弹性形变能力强，因此在受压后极易发生弹性变形，也极易回复形变；此外，厚度也较小，优选为0.2mm，因此控制精度较高，能精准地反馈流体控制部件8流道10中流体的压力。
在上述实施例中，阀体膜片14同时还用于密封隔开流道10中的流体和回压腔11中的回压介质，以防止窜流，但其在使用过程中会发生形变，也会小幅度移动因而产生缝隙，密封效果不强；此外，对应安装的流体控制部件8和流体回压部件9大多通过螺栓20对应安装的，而对应安装的两个面又均为平面，本身密封性不强，而模拟实验时，流道10中的流体处于高温高压状态，很容易从流体控制部件8和流体回压部件9之间的缝隙流出。为了解决上述问题，本实施例中还设置了蓄能环16和C型环17，其中，蓄能环16安装在流体控制部件8和流体回压部件9之间，用于解决流体控制部件8和流体回压部件9之间的密封问题，C型环17设置在阀体膜片14周围，且C型环17的开口处于阀体膜片14的边缘卡接，用于解决因阀体膜片14形变而产生的密封问题。此外，蓄能环16和C型环17均选用耐高温高压的金属材料制成，金属蓄能环16和金属C型环17本身在高压环境下会随介质压力的大小膨胀，不会因为挤压力而变形或压扁失去密封效果。
如图1所示，在本实施例中，冷却装置包括两个冷却管，即第一冷却管5和第二冷却管4，两个冷却管的一端分别通过三通阀28与回压介质入口12管连接，另一端分别与回压反馈组件6和自动回压跟踪组件7管连接。两个冷却管的设置使回压阀1和控制显示系统2之间形成两条通路，将压力值的检测和回压跟踪分离开来，避免了回压反馈组件6和自动回压跟踪组件7之间的相互干扰，保证了实验结果的准确性。
如图4所示，在上述实施例中，冷却管包括长条状管体29，管体29两端各设置有一个堵头23用于形成密封腔，在管体29的侧壁上还设置有两个进出口用于向密封腔中注入冷却介质；在管体29的内部还设置有连接管24，所述连接管24的两端穿透所述堵头23分别与回压阀1和控制显示系统2连接。在本实施例中，作为冷却装置，冷却管中长条状管体29和设置在管体29两端的堵头23则形成了用于承载冷却介质的腔体，而连接于两个堵头23之间的连接管24则形成了被冷却介质的流道10，且连接管24两端分别与回压阀1的回压介质入口12和控制显示系统2连接；管体29上还设置有两个进出口，进出口分别与外设冷却装置连接，通过外设冷却装置以及增加冷却介质流动性来保证冷却介质始终处于相对较低的温度，避免冷却介质因吸收连接管24中高温高压状态回压介质的热量而提升温度以至于影响冷却效果而造成控制显示系统2损伤，优选的，进口27位于出口25的下方。在上述实施例中，连接管24为螺旋管设置，螺旋管的设置极大地增加了连接管24和冷却介质的接触面积，能够进一步保证冷却效率。此外，本实施例中将管体29两端和堵头23都设置为台阶面，且管体29的台阶面可以与堵头23对应安装，相较于平面安装，阶梯面安装能够更好的保障密封腔的密封性，同时，在对应安装的台阶面上，还设置有密封圈。
如图2所示，在本实施例中，流体控制部件8中的流道10呈转角L型，容腔13与流道10在同一平面上，且与流体的入口27方向垂直，即容腔13与流道10整体呈T型，且优选的，流道10和容腔13的截面均为圆形。阀针15的形状与容腔13大致相同，同时，其置于容腔13一端呈锥形，方便阀针15在控制显示系统2给回压阀1增加压力时向流道10处移动并插入并堵塞流道10，使得流向出口25的流体受阻，进而增加流体的压力，实现压力值的调节。阀针15的另一侧则置于回压腔11中，用于与阀体膜片14密封固定，其密封固定是通过阀针螺帽19和金属复合密封环18实现的，其中，阀针螺帽19与阀针15的另一端螺旋固定，金属复合密封环18置于阀体膜片14和阀针螺帽19之间，金属复合密封环18的设置有效地解决了因阀针螺帽19和金属密封环密封不严而造成流道10中的流体从阀针15穿透阀体膜片14所形成的缝隙中渗漏的问题。
在上述实施例的冷却管中，堵头23中心设置有贯通孔，设置于管体29内部的连接管24通过堵头23上的贯通孔实现与回压阀1、控制显示系统2管连接，且连接处还设置有用于密封的密封接头26。
实验分析
为了验证上述装置的可行性，本实施例采用上述公开的一种高温高压数字回压系统做了如下实验：
表1为430℃下各给定回压值下的开启表
| 给定回压值(Mpa) | 15 | 20 | 35 | 39 | 48 |
| 开启值(Mpa) | 15.15 | 20.2 | 35.2 | 39.25 | 48.3 |
并依据上述表格，绘制了在给定温度和给定压强下，给定回压值和开启值之间的曲线关系，如图6-10所示，其中系列1对应开启值(Mpa)，系列2对应给定回压值(Mpa)。图中纵坐标表示压强，横坐标表示时间变化。与现有技术相比，本发明所公开的一种高温高压数字回压系统具有以下有益效果：
1、在本发明中，通过阀针15和阀体膜片14的配合设置，使阀针15能够精准地监测回压阀1中流体的压力值变化并集中反馈在阀体膜片14上，从而通过阀体膜片14的形变引发后续步骤实现压力值的监测；同时还通过冷却装置的设置使得回压阀1中过热的介质不会损坏控制电器部件，提高了整个回压系统的耐高温性能，使其能够在高温高压的环境下工作；
2、在本发明中，阀体膜片14为型号是316L的不锈钢材料制成的圆形薄片，且圆形薄片的厚度为0.2mm，通过材料本身具有的耐高温高压性能以及良好的弹性形变能力，提高了压力阀对流道10中流体压力的感知能力，并精准地反馈到控制显示系统2中，实现对压力阀中流体压力的精准控制；
3、在本发明中，通过蓄能环16和C型环17的设置，解决了因回压阀1安装以及阀体膜片14变形所产生的密封不严的问题，同时采用耐高温高压金属材料制成的金属蓄能环16和金属C型环17本身在高压环境下会随介质压力的大小膨胀，不会因为挤压力而变形或压扁失去密封效果，保证了回压阀1整体的密封性，进一步保证了实验的进准度。
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。
Claims (6)
1.一种高温高压数字回压系统，其特征在于，包括：
回压阀，所述回压阀包括流体控制部件、流体回压部件和阀体膜片，其中所述流体控制部件中设置有流道以及与所述流道联通的容腔，所述流体回压部件中设置有用于装载回压介质的回压腔以及与回压腔联通的回压介质入口，所述回压腔和所述容腔通过所述阀体膜片密封隔开，在所述阀体膜片上还安装有一端置于所述容腔中的阀针；
控制显示系统，所述控制显示系统包括回压反馈组件和自动回压跟踪组件，所述回压反馈组件和所述自动回压跟踪组件分别与所述回压介质入口连接，用于检测并调整所述回压介质的压力值；
和冷却装置，所述冷却装置设置在所述回压阀和所述控制显示系统之间，用于冷却流通于所述回压阀和所述控制显示系统之间的回压介质；
所述回压阀还包括蓄能环和C型环，其中所述蓄能环安装在所述流体控制部件和所述流体回压部件之间，所述C型环设置在所述阀体膜片周围；
所述冷却装置包括两个冷却管，其中一个冷却管连接在所述回压介质入口管和所述回压反馈组件之间，另一个冷却管连接在所述回压介质入口管和所述自动回压跟踪组件之间；
所述冷却管包括长条状的管体，所述管体两端各设置有一个堵头用于形成密封腔，在所述管体的侧壁上还设置有两个进出口用于向所述密封腔中注入冷却介质；在所述管体的内部还设置有连接管，所述连接管的两端分别与所述回压阀和所述控制显示系统连接；
所述连接管为螺旋管。
2.根据权利要求1所述的高温高压数字回压系统，其特征在于，所述阀体膜片设置为型号为316L的不锈钢材料制成的圆形薄片，所述阀体膜片的厚度为0.2mm。
3.根据权利要求1所述的高温高压数字回压系统，其特征在于，所述管体的两端和两个所述堵头均为台阶面设置，且所述管体两端的台阶面可与两个所述堵头的台阶面对应安装。
4.根据权利要求1所述的高温高压数字回压系统，其特征在于，所述流体控制部件中的所述流道呈L型，所述阀针的一端呈锥形并插入所述流道中，用于调整所述流体的压力。
5.根据权利要求4所述的高温高压数字回压系统，其特征在于，所述阀针的另一端与阀针螺帽连接，在所述阀体膜片和所述阀针螺帽之间还设置有金属复合密封环，用于压紧密封。
6.根据权利要求1所述的高温高压数字回压系统，其特征在于，所述堵头中心设置有贯通孔，所述连接管通过所述贯通孔与所述回压阀、控制显示系统连接，所述连接处还设置有密封接头用于密封。
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