CN112747871A - 管道封堵器锚定、密封性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道封堵器锚定、密封性能测试装置及测试方法，该装置包括：模拟管道，其为用于模拟油气管道的试验台架，模拟管道一端封闭，用于注入加压的液体介质，另一端处于开放状态；模拟封堵器，其设置在管道内，该模拟封堵器具有一中心轴，沿中心轴周向设置与管道内壁间隙配合的滑齿和胶封，在对中心轴施加一轴向力后，滑齿沿径向方向外移并在管道内壁形成锚定；胶封在轴向力的作用下受压并径向膨胀形成对管道的密封。本发明能够有效验证所设计的封堵器的关键性能，即有效验证胶封的密封性能和径向滑齿的锚定性能。

Description

管道封堵器锚定、密封性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及油气管道封堵技术领域，特别涉及一种管道封堵器锚定、密封性能测试装置及测试方法。

背景技术

管道运输具有一次性投资少、运输成本低、安全性高、利于环保等独特优势，尤其适合长距离运输易燃、易爆的石油天然气。随着这些管道在天然气输送的广泛应用以及使用年限的增长，对管道维抢修技术提出越来越高的要求。

目前，在不停输封堵作业中应用较多的是悬挂式封堵器，又称盘式封堵器，使用悬挂式封堵器的前提是必须在管道上开出与管道内径等径的孔，使管道的强度受到影响。管道安全管理方式和维护技术也在不断改进，特别是在管道维护过程中用于封隔管道内部输送介质的管内高压智能封堵技术的应用。相对于目前广泛使用的管道带压开孔封堵技术而言，管内高压智能封堵技术突破了开孔封堵时封堵器必须由开孔进入管道的结构局限，工艺更简单，停输损失更小，封堵压力更大，极大地扩展了在陆地及海底的应用领域，市场应用前景广阔。

管内高压智能封堵作业所需时间更短，可实现不停输封堵作业，作业完成后不会在管道上留下其他附加装置，减少了故障点，显著降低了维修成本和维修时间。管内高压智能封堵器通过清管器的发球端进入管内，在管道介质推动下向前运动，到达欲封堵管段时在超低频电磁脉冲信号（ELF）的控制下启动微型液压系统实现刹车并封堵。作业完成后在ELF信号控制下自动解封，继续在管内介质的推动下直至收球端取出。

目前，针对智能封堵器的研究还停留在工程样机的阶段，相对成熟的产品较少，并且对于智能封堵器样机的锚定、密封单元的功能还未进行过有效的验证。因此，亟需一种新的专门用于管道智能封堵器锚定、密封性能测试的装置和方法，从而验证智能封堵器的锚定与密封性能，加快智能封堵器成品的研究进度。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道封堵器锚定、密封性能测试装置及测试方法，从而克服现有技术中无法通过专用的设备对锚定、密封单元的功能进行有效验证的缺点。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种管道封堵器锚定、密封性能测试装置，包括：模拟管道，其为用于模拟油气管道的试验台架，模拟管道一端封闭，用于注入加压的液体介质，另一端处于开放状态；模拟封堵器，其设置在管道内，该模拟封堵器具有一中心轴，沿中心轴周向设置与管道内壁间隙配合的滑齿和胶封，在对中心轴施加一轴向力后，滑齿沿径向方向外移并在管道内壁形成锚定；胶封在轴向力的作用下受压并径向膨胀形成对管道的密封。

进一步，上述技术方案中，胶封包括：第一胶筒，其设置于靠近模拟管道的封闭一端；第二胶筒，其与第一胶筒隔离设置；隔离环，其设置于第一胶筒和第二胶筒之间且为硬质材料制成；在轴向力的作用下，第一胶筒和第二胶筒均形成径向膨胀，两者与隔离环形成封闭的环腔。

进一步，上述技术方案中，轴向力可由液压驱动单元提供，该液压驱动单元包括：活塞杆，其一端穿设在液压缸套筒中并与中心轴可拆卸连接；液压缸，其与液压缸套筒固定连接并为活塞杆提供动力。

进一步，上述技术方案中，滑齿位于靠近所述模拟管道开放端一侧，胶封位于靠近模拟管道封闭端一侧。在滑齿和胶封之间设置斜锥，通过滑齿斜面与斜锥的斜面配合使得在轴向力的作用下滑齿沿径向方向外移并管道内壁形成锚定；并且，在轴向力的作用下，斜锥挤压胶封使其径向膨胀形成对管道的密封。

进一步，上述技术方案中，活塞杆与中心轴的可拆卸连接可采用销轴连接。

进一步，上述技术方案中，管道封闭一端设有注液孔和排气孔。

进一步，上述技术方案中，环腔位置处设有压力表，用于在锚定、密封且灌注加压的液体介质达到预设压力后，测量环腔中的压力值。

进一步，上述技术方案中，液压缸的进出口安装有压力表，用于在密封过程中测量液压缸提供的拉力。

进一步，上述技术方案中，管道内壁安装有标尺，用于测量密封完成后胶封的压缩量。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种管道封堵器锚定、密封性能测试方法，应用前述测试装置，包括如下步骤：根据模拟管道的管径大小设定管道封闭端注入的液体介质的预设压力值；在模拟封堵器的中心轴上施加一轴向力使得滑齿沿径向外移，对管道内壁形成锚定；胶封受压后径向膨胀形成对管道的密封；在管道封闭端注入所述液体介质，直至液体介质压力达到预设压力值，通过在注液过程中观测封堵器是否发生位移判断锚定是否合格；在判断所述锚定合格后，通过观测胶封中的第一胶筒和第二胶筒之间的环腔压力的变化状态分别判断第一胶筒和第二胶筒的密封是否合格。

进一步，上述技术方案中，液体介质的预设压力值可以为10MPa。

进一步，上述技术方案中，在注液过程中，可观测中心轴的轴向位移，判断第一胶筒和第二胶筒的压缩量。还可通过管道内壁的标尺观测第一胶筒和第二胶筒的实际压缩量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明能够有效验证所设计的封堵器的关键性能，即有效验证胶封的密封性能和径向滑齿的锚定性能；

2）双胶筒的分别验封可有效保证封堵器的密封性能；

3）通过观测胶封中的第一胶筒和第二胶筒之间的环腔压力的变化状态，可分别判断第一胶筒和第二胶筒的密封是否合格；

4）通过管道内壁的标尺可更为直观地观测胶封的实际压缩量。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明管道封堵器锚定、密封性能测试装置的结构示意图。

图2是图1测试装置中的管道和机架结构示意图。

图3是图1测试装置中的模拟智能封堵器结构示意图。

图4是图1测试装置中的液压缸套筒结构示意图。

主要附图标记说明：

1-模拟管道及机架，11-端盖，12-管道，13-支架，14-注液孔，15-排气孔；

2-模拟封堵器，21-胶封，211-第一胶筒，212-第二胶筒，213-隔离环，22-径向滑齿，221-滑齿斜面，23-斜锥，231-斜锥斜面，24-中心轴，25-销轴孔；

3-液压缸套筒，31-套筒销轴安装孔，32-连接法兰；

4-液压驱动单元，40-活塞杆接头，41-活塞杆，42-液压缸。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

装置实施例

本发明的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，用于模拟油气管道和管道中的智能封堵器，以便测试封堵器的的锚定、密封性能。包括：模拟管道及机架1和模拟封堵器2，模拟管道及机架1如图2所示，模拟管道及机架1为用于模拟油气管道的试验台架，包括管道12和支架13，模拟管道一端用半球形的端盖11封闭，封闭端的管段设有注液孔14和排气孔15，注液孔14用于灌注加压的液体介质，模拟管道的另一端处于开放状态。进一步如图1、3所示，模拟封堵器2设置在管道内（可从管道的开放端放入），模拟封堵器2具有一中心轴24，沿中心轴24周向设置径向滑齿22和胶封21，径向滑齿22和胶封21均套装在中心轴24上，在不施加轴向力的情况下，径向滑齿22和胶封21均与管道内壁间隙配合，在对中心轴24施加一轴向力后，滑齿22沿径向方向外移并在管道内壁形成锚定。胶封21在进一步持续的轴向力作用下受压并径向膨胀形成对管道的密封。

进一步如图3所示，胶封21第一胶筒211、第二胶筒212以及隔离环213，第一胶筒211设置于靠近模拟管道12的封闭一端（图3中的左侧），第二胶筒212与第一胶筒211隔离设置，隔离环213设置于第一胶筒211和第二胶筒212之间且为硬质材料制成，隔离环213保证在压力状态下不变形。在前述轴向力的作用下，第一胶筒211和第二胶筒212均形成径向膨胀，两者与隔离环213围合形成封闭的环腔。在环腔位置处设有压力表，可用于在锚定、密封且灌注加压的液体介质达到预设压力后，测量环腔中的压力值。

进一步如图3所示，径向滑齿22位于靠近模拟管道开放端一侧（即图1中右侧），胶封21位于靠近模拟管道封闭端一侧（即图1中左侧）。在径向滑齿22和胶封21之间设置斜锥23，通过滑齿斜面与斜锥23的斜面配合使得在前述轴向力的作用下滑齿沿径向方向外移并在管道内壁形成锚定。形成锚定后，在进一步持续的轴向力的作用下，斜锥挤压胶封使其径向膨胀形成对管道的密封，即将图中左侧封闭端和右侧开放端隔离。

进一步地，如图1所示，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，前述的轴向力可由液压驱动单元4提供，液压驱动单元4包括：活塞杆41和液压缸42，活塞杆41一端穿设在液压缸套筒3中并与中心轴24可拆卸连接，优选而非限制性地，活塞杆41与中心轴24的可拆卸连接可采用销轴连接，具体地，活塞杆41一端设有活塞杆接头40，活塞杆接头40套设在中心轴24外部，销轴穿设活塞杆接头40和中心轴24的销轴孔25，将活塞杆41和中心轴24连接在一起。液压缸42与液压缸套筒3固定连接，如图1、4所示，液压缸套筒3为一中空筒体结构，其与液压缸42的连接侧设有连接法兰32，其中空筒体中部设有套筒销轴安装孔31，安装孔31为条形孔且沿筒体轴向延伸，液压缸42为活塞杆41提供动力。

进一步地，液压缸42的进出口安装有压力表（图中未示出），用于在密封过程中测量液压缸提供的拉力。模拟管道内壁安装有标尺（图中未示出），用于测量密封完成后胶封21的压缩量。

密封完成后，向模拟管道封闭端的注液孔14注入液体，通过管道封闭端的排气孔15进行排气，排气结束后，在排气孔15上安装压力传感器（图中未示出），不断增大模拟管道内部液体介质的压力，观察本发明模拟封堵器2开放端（即图1中的右侧）是否有液体冒出以及模拟封堵器是否发生移动，测量并记录模拟封堵器2右侧有液体冒出以及封堵器发生移动时管道内部液体介质的压力即可得到封堵器的密封、锚定单元在液压缸提供的拉力下能够满足的密封和锚定压力。

方法实施例

本发明的管道封堵器锚定、密封性能测试方法，在应用前述测试装置的基础上，包括如下步骤：

步骤101，根据模拟管道的管径大小设定管道封闭端注入的液体介质的预设压力值。模拟的对象管道可能因为管径的不同，注入的液体介质的预设压力值会有所不同，本实施例的预设压力值采用10MPa。

步骤102，通过液压缸42在模拟封堵器2的中心轴24上施加一轴向力使得滑齿22沿径向外移，对所述管道12内壁形成锚定；胶封21受压后径向膨胀形成对管道的密封。通过调节液压缸42的拉力令液压缸以不同的拉力拉动模拟封堵器2的中心轴24进行锚定和密封，管道封闭端注液时采用缓慢增压的方式，从而获取不同液压缸42的拉力作用下封堵器所能密封的最大压力。同时记录液压缸42的轴向移动距离，即可得到胶封21的压缩量。

步骤103，在管道12封闭端注入液体介质，直至液体介质压力达到预设压力值10MPa，通过在注液过程中观测模拟封堵器2是否移动，若无明显移动，则径向滑齿22锚定成功；否则，锚定失败。

步骤104，在判断锚定成功后，通过观测胶封21中的第一胶筒211和第二胶筒212之间的环腔压力的变化状态判断密封是否合格。具体地，为了验证第一胶筒211和第二胶筒212的密封功能，在两胶筒之间的隔离环213与模拟封堵器2的机架中开孔连接压力表以测量环腔压力，且在注液时，将排气孔15排完气体后接压力表测量封闭端压力。

锚定成功后，如果管道开放端（即图1中的右侧）漏液，则判断两个胶筒均密封失败；如果右侧没有漏液，则观测环腔压力是否为0，若环腔压力为0，则第一胶筒211密封成功；若环腔压力不为0，则第一胶筒211密封失败，第二胶筒212密封成功。

如果第一胶筒211密封良好，可向环腔注压10MPa以验证第二胶筒212的密封，如果右侧依旧无液体漏出，且环腔压力不下降则第二胶筒212密封性能完好。

为使测试过程中数据更为完整便于后续分析，在注液过程中，通过观测中心轴的轴向位移（即液压缸的位移），可判断第一胶筒和第二胶筒的压缩量。同时为避免其他故障导致液压缸的位移量与胶封的压缩量不能一一对应，还可通过管道内壁的标尺直接观测第一胶筒和第二胶筒的实际压缩量。本发明通过套筒销轴安装孔31作为视窗可以观察模拟管道内壁该胶封实际压缩量在标尺上反映出的变化。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，包括：

模拟管道，其为用于模拟油气管道的试验台架，所述模拟管道一端封闭，用于注入加压的液体介质，另一端处于开放状态；

模拟封堵器，其设置在所述管道内，该模拟封堵器具有一中心轴，沿所述中心轴周向设置与所述管道内壁间隙配合的滑齿和胶封，在对所述中心轴施加一轴向力后，所述滑齿沿径向方向外移并在所述管道内壁形成锚定；所述胶封在所述轴向力的作用下受压并径向膨胀形成对所述管道的密封。

2.根据权利要求1所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述胶封包括：

第一胶筒，其设置于靠近所述模拟管道的封闭一端；

第二胶筒，其与所述第一胶筒隔离设置；

隔离环，其设置于所述第一胶筒和第二胶筒之间且为硬质材料制成；

在所述轴向力的作用下，所述第一胶筒和第二胶筒均形成径向膨胀，两者与所述隔离环形成封闭的环腔。

3.根据权利要求1或2所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述轴向力由液压驱动单元提供，该液压驱动单元包括：

活塞杆，其一端穿设在液压缸套筒中并与所述中心轴可拆卸连接；

液压缸，其与所述液压缸套筒固定连接并为所述活塞杆提供动力。

4.根据权利要求1或2所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述滑齿位于靠近所述模拟管道开放端一侧，所述胶封位于靠近所述模拟管道封闭端一侧。

5.根据权利要求3所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，在所述滑齿和胶封之间设置斜锥，通过滑齿斜面与所述斜锥的斜面配合使得在所述轴向力的作用下滑齿沿径向方向外移并在所述管道内壁形成锚定；并且，在所述轴向力的作用下，所述斜锥挤压胶封使其径向膨胀形成对所述管道的密封。

6.根据权利要求3所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述活塞杆与中心轴的可拆卸连接采用销轴连接。

7.根据权利要求1或2所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述管道封闭一端设有注液孔和排气孔。

8.根据权利要求2所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述环腔位置处设有压力表，用于在所述锚定、密封且灌注加压的液体介质达到预设压力后，测量环腔中的压力值。

9.根据权利要求1或2所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述液压缸的进出口安装有压力表，用于在密封过程中测量液压缸提供的拉力。

10.根据权利要求1或2所述的管道封堵器锚定、密封性能测试装置，其特征在于，所述管道内壁安装有标尺，用于测量密封完成后所述胶封的压缩量。

11.一种管道封堵器锚定、密封性能测试方法，其特征在于，应用权利要求1至10中任意一项所述的测试装置，包括如下步骤：

根据模拟管道的管径大小设定管道封闭端注入的液体介质的预设压力值；

在模拟封堵器的中心轴上施加一轴向力使得滑齿沿径向外移，对所述管道内壁形成锚定；胶封受压后径向膨胀形成对所述管道的密封；

在所述管道封闭端注入所述液体介质，直至所述液体介质压力达到所述预设压力值，通过在注液过程中观测所述封堵器是否发生位移判断所述锚定是否合格；

在判断所述锚定合格后，通过观测所述胶封中的第一胶筒和第二胶筒之间的环腔压力的变化状态分别判断所述第一胶筒和第二胶筒的密封是否合格。

12.根据权利要求11所述的管道封堵器锚定、密封性能测试方法，其特征在于，所述液体介质的预设压力值为10MPa。

13.根据权利要求11所述的管道封堵器锚定、密封性能测试方法，其特征在于，在所述注液过程中，观测所述中心轴的轴向位移，判断所述第一胶筒和第二胶筒的压缩量。

14.根据权利要求13所述的管道封堵器锚定、密封性能测试方法，其特征在于，通过所述管道内壁的标尺观测所述第一胶筒和第二胶筒的实际压缩量。

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