CN114428020A - 一种耐高温聚合物与纤维复合油管试验评价模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温聚合物与纤维复合油管试验评价模拟装置，包括：密封试验单元、储油单元、压力泵、控制器；所述密封试验单元、储油单元、压力泵依次通过压力管道串联；所述压力管道上设置有电控阀门；所述储油单元内部设置有加热装置；所述密封试验单元内部安装有实物管试件，其两端分别通过紧固机构与进出液两端形成密封连接；所述密封试验单元内部还设置有电控夹持机构；所述控制器分别与所述压力泵、加热装置、电控阀门、电控夹持机构及测量温度、压力的传感器电连；本发明优点在于，可在模拟高温及外部加压条件下进行试验，且可进行内外双重加压，并能对温度和压力进行实时检测和控制；能够针对多种规格尺寸的非标非金属油管进行试验。
Description
技术领域
本发明涉及油管试验装置技术领域，尤其涉及一种耐高温聚合物与纤维复合油管试验评价模拟装置。
背景技术
油管是石油钻井领域重要的钻井输送设备，其使用性能关乎石油钻采的效率及进度，如果油管发生失效破坏，将大大影响工作进度，所以对油管使用性能检测及新型油管材料的研究至关重要。
现有的油管试验装置，大多是对油管的物理性能及缺陷进行检测，没有专门在实验室条件下针对非金属油管使用性能检测的试验装置，且现有的试验装置大多在常温状态下针对定尺寸油管进行试验，不能满足高温工况试验条件，且对于非金属油管材料的研究，大多数试验装置试件为块状试件，不能使用实物管试件进行试验，不能最大程度模拟实际工况。
中国专利CN201721795310.2公开了一种评价低含水率高产气井油管高温腐蚀性能的试验装置，可模拟低含水高压气井油管高温腐蚀性能，可实时监测试验压力、湿度、pH值和温度。但该装置不能模拟实物油管柱工作状态，高压釜模拟油管工作状态测得的试验结果和实际应用过程中油管性能有一定差异，因此其测得的试验结果准确性较低。
针对不同非金属油管进行研究，关键要保证其性能满足工况需求。设计一种非金属油管实物试验评价试验装置，能够最大限度模拟实际油管工作状态，评价不同尺寸非金属油管性能，检测此非金属油管的使用性能及其适合性。指导非金属油管的研发及应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种耐高温聚合物与纤维复合油管试验评价模拟装置，能够解决上述问题。
为此目的，本发明由如下技术方案实施。
一种耐高温聚合物与纤维复合油管试验评价模拟装置，主要包括：密封试验单元、储油单元、压力泵、控制器；
所述密封试验单元、储油单元、压力泵依次通过压力管道串联；所述压力管道上设置有电控阀门；
所述储油单元为箱体结构，内部设置有加热装置；
所述密封试验单元为圆柱体抽壳结构，并沿中截面分为上下两部分，分别为上半圆密封罩和下半圆密封罩；所述密封试验单元上下两部分在中截面一端通过旋转机构连接，形成合页结构，另一端通过密封机构形成可开关结构；所述密封试验单元两端分别设置有进液口和出液口，内部安装有实物管试件，所述实物管试件两端分别通过紧固机构与所述密封试验单元的进出液两端形成密封连接；所述密封试验单元内部还设置有电控夹持机构；
所述控制器分别与所述压力泵、加热装置、电控阀门、电控夹持机构及测量温度、压力的传感器电连。
进一步，所述电控阀门包括进口节流阀、出口节流阀、平板阀；所述压力泵与所述密封试验单元间的压力管道为进油管，并串接有所述进口节流阀；所述密封试验单元与所述储油单元间的压力管道为出油管，并串接有所述出口节流阀；所述储油单元与所述压力泵间的压力管道为封闭压力油管，并串接有所述平板阀。
更进一步，所述进油管中安装有测内压压力表和管道用温度计。
进一步，所述密封试验单元内部还是设置有气体温度计；所述密封试验单元在壳体表面开有方形孔，并安装透明观察窗；所述密封试验单元通过底部设置的密封单元支撑座放置于试验平台上。
进一步，所述紧固机构包括进口法兰连接件、法兰连接管；所述实物管试件一端与所述进口法兰连接件连接，另一端与所述法兰连接管连接；
所述进口法兰连接件安装于所述密封试验单元的进液口；所述进口法兰连接件与所述进液口之间安装有圆形橡胶密封环；所述进口法兰连接件外侧端部设有带通孔的法兰结构，并通过螺栓连接进口连接法兰；所述进口连接法兰内侧安装有扩径环；所述扩径环内腔中直管段安装有所述进油管的端部，扩张段的端部顶靠所述进口法兰连接件的外端面；
所述法兰连接管安装于所述密封试验单元的出液口；所述法兰连接管与所述实物管试件之间安装有可更换橡胶密封条；所述法兰连接管内侧安装有缩径环；所述实物管试件末端顶靠所述缩径环的端面；所述法兰连接管外部设有带通孔的法兰结构，并通过螺栓连接出口连接法兰；所述出口连接法兰内壁固定安装有所述出油管。
更进一步，所述进口法兰连接件呈阶梯状结构，左端法兰结构上沿周向均匀分布有多个螺栓孔，左右两端之间的夹角处加工有环状沟槽，所述圆形橡胶密封环安装于所述环状沟槽内；
所述进口法兰连接件右端面沿周向设有多个均布的方形沟槽，每个方形沟槽内放置一个可移动锥螺纹块；所述方形沟槽与所述可移动锥螺纹块形成滑动连接；所述可移动锥螺纹块底部为滑块结构，上部呈两段阶梯状，外部加工有锥螺纹；所述可移动锥螺纹块底部靠内侧设置有调整垫块，以改变锥螺纹直径；所述可移动锥螺纹块根部与锥螺纹压紧套筒通过锥螺纹连接，末端与所述实物管试件连接；所述锥螺纹压紧套筒右端安装内环橡胶密封条；所述锥螺纹压紧套筒左端安装有外环橡胶密封条。
进一步，所述电控夹持机构包括导轨支撑座、移动导轨、滚珠丝杠、伺服电机、外部滑动挤压块；
所述导轨支撑座安装于所述密封试验单元内部；所述移动导轨安装于所述导轨支撑座上表面；所述外部滑动挤压块下部为滑块结构，与所述移动导轨形成滑动配合；所述外部滑动挤压块共两组，相向设置于所述实物管试件两侧；所述移动导轨中间处设置有两个伺服电机，所述伺服电机分别通过滚珠丝杠与两侧外部滑动挤压块形成活动连接。
更进一步，每组外部滑动挤压块上部均安装有上下对称的楔形固定块，所述楔形固定块安装面为靠所述实物管试件一侧；所述楔形固定块与所述实物管试件的接触面还安装有测外压压力计。
进一步，所述储油单元通过外壳上设置的储油单元法兰与外部连通；所述储油单元内部还安装有液体温度计、压力计。
本发明具有如下优点：
1、本发明通过设置加热装置，能够在高温状态下直接对实物管试件进行试验。
2、本发明可单独将整段的实物管试件装入装置内进行实验，获得模拟结果更加接近真实数据，同时配合紧固件及夹持机构，能够对多种规格尺寸的非金属油管进行试验，并能够针对非标油管进行试验。
3、本发明内部通过压力泵进行流体加压，外部通过夹持机构对实物管试件进行外部挤压，实现内外双重加压，并且能够对试验流体进行实时的压力和温度的检测以及调整，充分模拟油管所处工作环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一个或几个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为密封试验单元剖视图；
图3为密封试验单元侧面剖视图；
图4为图2中A部局部放大立体视图；
图5为图2中A部放大视图；
图6为储油单元结构示意图。
图中：
1-压力泵；2-进口节流阀；3-进油管；4-测内压压力表；5-管道用温度计；6-密封试验单元；7-平板阀；8-透明观察窗；9-封闭压力油管；10-出油管；11-出口节流阀；12-储油单元；13-扩径环；14-进口连接法兰；15-圆形橡胶密封环；16-气体温度计；17-可更换橡胶密封条；18-法兰连接管；19-缩径环；20-出口连接法兰；21-密封单元支撑座；22-导轨支撑座；23-移动导轨；24-下半圆密封罩；25-旋转机构；26-上半圆密封罩；27-实物管试件；28-楔形固定块；29-测外压压力计；30-外部滑动挤压块；31-密封机构；32-滚珠丝杠；33-伺服电机；34-进口法兰连接件；35-螺栓孔；36-外环橡胶密封条；37-可移动锥螺纹块；38-内环橡胶密封条；39-锥螺纹压紧套筒；40-环状沟槽；41-调整垫块；42-储油单元法兰；43-液体温度计；44-压力计；45-外壳；46-加热装置。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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。这类术语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。
下面将结合附图1-5，对本发明做进一步说明。
如图1-5所示，一种耐高温聚合物与纤维复合油管试验评价模拟装置，包括密封试验单元6，储油单元12，压力泵1，进口节流阀2，进油管3，测内压压力表4，管道用温度计5，平板阀7，封闭压力油管9，出油管10和出口节流阀11。密封试验单元包括扩径环13，进口连接法兰14，圆形橡胶密封环15，气体温度计16，可更换橡胶密封条17，法兰连接管18，缩径环19，出口连接法兰20，密封单元支撑座21，导轨支撑座22，移动导轨23，下半圆密封罩24，旋转机构25，上半圆密封罩26，实物管试件27，楔形固定块28，测外压压力计29，外部滑动挤压块30，密封机构31，滚珠丝杠32，伺服电机33，进口法兰连接件34，螺栓孔35，外环橡胶密封条36，可移动锥螺纹块37，内环橡胶密封条38，锥螺纹压紧套筒39，环状沟槽40，调整垫块41。
密封试验单元6包括扩径环13，扩径环13一端呈圆柱状，与进油管3固连，另一端呈锥状扩大，与进口法兰连接件34挤压接触，外部与进口连接法兰14固连。上半圆密封罩26呈半圆筒状，顶部与透明观察窗8固连，内部安装气体温度计16，底部通过旋转机构25和密封机构31与下半圆密封罩24连接。下半圆密封罩24底部与密封单元支撑座21固连，内部与导轨支撑座22固连。密封单元支撑座21外部呈长方体结构，中间凹陷，通过螺栓固定在地面上。导轨支撑座22顶部安装移动导轨23。移动导轨23中间安装一对伺服电机33，通过滚珠丝杠32带动外部滑动挤压块30移动，实现对实物管试件27的固定和施加挤压力功能。外部滑动挤压块30呈对称分布，共两组，每组固连两个楔形固定块28，与实物管试件27挤压接触，起对心固定作用。楔形固定块28上安装测外压压力计29，用于测量实物管试件27外部挤压力。实物管试件27出口端安装可更换橡胶密封条17，用于固定实物管试件27。法兰连接管18呈阶梯状，外部与下半圆密封罩24固连，内部与缩颈环18固连，出口端与出口连接法兰20通过螺栓连接。缩颈环18外部呈圆筒状，内部呈锥面状，从进口端到出口端直径逐渐缩小。
如图1所示，进油管3安装进口节流阀2、测内压压力表4和管道用温度计5，用于控制管道内压力，对管道内温度和压力进行实时检测。出油管10安装出口节流阀11，用于控制出口端流体流量。封闭压力油管9安装平板阀7，用于控制压力管路流体通断。压力泵1为管道内流体流动提供动力。
如图4-5所示，进口法兰连接件34呈阶梯状结构，其上开有12个螺栓孔，左端与进口连接法兰14通过螺栓连接，右端开有六个均布的方形沟槽，与可移动锥螺纹块37滑动连接，中间开有环状沟槽40，通过圆形橡胶密封环17与下半圆密封罩24和上半圆密封罩26连接。
可移动锥螺纹块37共设置六组，左端呈滑块结构，可在进口法兰连接件34的方形沟槽内移动，安装不同尺寸的调整垫块41，进而改变锥螺纹直径，能够对多种规格尺寸的非金属油管进行试验，并能够针对非标非金属油管进行试验，右端呈两段阶梯状，外部加工为锥螺纹，大口径端外部与锥螺纹压紧套筒39通过锥螺纹连接，小口径端与实物管试件27通过锥螺纹连接，阶梯处安装内环橡胶密封条38，用于密封实物管试件27，防止试验流体流出。
锥螺纹压紧套筒39内部设置有锥螺纹，为满足不同尺寸实物管试件27，需更换不同尺寸规格与可移动锥螺纹块37配合。
如图6所示，储油单元12包括外壳45，外壳45上部设置有储油单元法兰42，用于注入试验流体并进行密封，底部与封闭压力油管9固连，顶部与出油管10固连，内部设置有加热装置46、液体温度计43和压力计44，用于试验流体加热、实时检测温度和储油单元12内部压力。
工作过程
试验前，首先需要安装实物管试件27，打开上半圆密封罩26，截取适当尺寸的实物管试件27，通过调整垫块41调整可移动锥螺纹块在环状沟槽40的位置，进而达到合适的直径尺寸与实物管试件27的锥螺纹进行配合，选取合适尺寸的锥螺纹压紧套筒39，依次安装外环橡胶密封条36、锥螺纹压紧套筒39、内环橡胶密封条38和实物管试件27，启动伺服电机33通过滚珠丝杠32带动外部滑动挤压块30和楔形固定块28移动，压紧实物管试件27，加装可更换橡胶密封条17，通过进口连接法兰14和出口连接法兰20和螺栓进行轴向定位，最后通过密封机构31关闭上半圆密封罩26，使实物管试件27处于密封状态。
试验时，通过储油单元法兰42注入试验流体，打开加热装置46，观察液体温度计43，使试验流体达到合适的温度，打开平板阀7，开启压力泵1，调整进口节流阀2和出口节流阀11，观察测内压压力表4和管道用温度计5，开启伺服电机33，通过滚珠丝杠32带动外部滑动挤压块30移动，对实物管试件27施加外部挤压力，观察四个测外压压力计29，达到合适的试验条件，进行试验。
试验过程中，该装置通过控制器，可调控压力泵1、进口节流阀2、出口节流阀11、平板阀7、加热装置46和伺服电机33，实时对试验压力和温度进行控制，进而达到不同工况的试验条件，并且可通过测内压压力表4、管道用温度计5对试验过程中管道内压力和温度进行实时检测；另外通过透明观察窗8观察实物管试件27的试验情况，观察气体温度计16，实时观察实物管试件27所处环境温度，如果发生损坏，及时关闭压力泵3及平板阀7，停止试验。
当试验时间达到设定要求时，通过控制器自动关闭压力泵3和平板阀7，停止试验，打开上半圆密封罩26，拆除实物管试件27并清洗密封试验单元6和压力管道。
如需进行不同尺寸的实物管试件27试验，首先需同时移动六个可移动锥螺纹块37，安装调整垫块41，然后选取合适规格尺寸的可更换橡胶密封条17，外环橡胶密封条36，内环橡胶密封条38和锥螺纹压紧套筒39进行安装，其他试验步骤如上，在此不作赘述。
经实际操作验证，本实施例中装置可以对耐高温聚合物与纤维复合金属油管进行试验，并且还可针对其他材料的非金属油管进行试验。
以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种耐高温聚合物与纤维复合油管试验评价模拟装置，其特征在于，包括：密封试验单元(6)、储油单元(12)、压力泵(1)、控制器；
所述密封试验单元(6)、储油单元(12)、压力泵(1)依次通过压力管道串联；所述压力管道上设置有电控阀门；
所述储油单元(12)为箱体结构，内部设置有加热装置(46)；
所述密封试验单元(6)为圆柱体抽壳结构，并沿中截面分为上下两部分，分别为上半圆密封罩(26)和下半圆密封罩(24)；所述密封试验单元(6)上下两部分在中截面一端通过旋转机构(25)连接，形成合页结构，另一端通过密封机构(31)形成可开关结构；所述密封试验单元(6)两端分别设置有进液口和出液口，内部安装有实物管试件(27)，所述实物管试件(27)两端分别通过紧固机构与所述密封试验单元(6)的进出液两端形成密封连接；所述密封试验单元(6)内部还设置有电控夹持机构；
所述控制器分别与所述压力泵(1)、加热装置(46)、电控阀门、电控夹持机构及测量温度、压力的传感器电连。
2.根据权利要求1所述的试验评价模拟装置，其特征在于，所述电控阀门包括进口节流阀(2)、出口节流阀(11)、平板阀(7)；所述压力泵(1)与所述密封试验单元(6)间的压力管道为进油管(3)，并串接有所述进口节流阀(2)；所述密封试验单元(6)与所述储油单元(12)间的压力管道为出油管(10)，并串接有所述出口节流阀(11)；所述储油单元(12)与所述压力泵(1)间的压力管道为封闭压力油管(9)，并串接有所述平板阀(7)。
3.根据权利要求2所述的试验评价模拟装置，其特征在于，所述进油管(3)中安装有测内压压力表(4)和管道用温度计(5)。
4.根据权利要求1所述的试验评价模拟装置，其特征在于，所述密封试验单元(6)内部还是设置有气体温度计(16)；所述密封试验单元(6)在壳体表面开有方形孔，并安装透明观察窗(8)；所述密封试验单元(6)通过底部设置的密封单元支撑座(21)放置于试验平台上。
5.根据权利要求1所述的试验评价模拟装置，其特征在于，所述紧固机构包括进口法兰连接件(34)、法兰连接管(18)；所述实物管试件(27)一端与所述进口法兰连接件(34)连接，另一端与所述法兰连接管(18)连接；
所述进口法兰连接件(34)安装于所述密封试验单元(6)的进液口；所述进口法兰连接件(34)与所述进液口之间安装有圆形橡胶密封环(15)；所述进口法兰连接件(34)外侧端部设有带通孔的法兰结构，并通过螺栓连接进口连接法兰(14)；所述进口连接法兰(14)内侧安装有扩径环(13)；所述扩径环(13)内腔中直管段安装有所述进油管(3)的端部，扩张段的端部顶靠所述进口法兰连接件(34)的外端面；
所述法兰连接管(18)安装于所述密封试验单元(6)的出液口；所述法兰连接管(18)与所述实物管试件(27)之间安装有可更换橡胶密封条(17)；所述法兰连接管(18)内侧安装有缩径环(19)；所述实物管试件(27)末端顶靠所述缩径环(19)的端面；所述法兰连接管(18)外部设有带通孔的法兰结构，并通过螺栓连接出口连接法兰(20)；所述出口连接法兰(20)内壁固定安装有所述出油管(10)。
6.根据权利要求5所述的试验评价模拟装置，其特征在于，所述进口法兰连接件(34)呈阶梯状结构，左端法兰结构上沿周向均匀分布有多个螺栓孔(35)，左右两端之间的夹角处加工有环状沟槽(40)，所述圆形橡胶密封环(15)安装于所述环状沟槽(40)内；
所述进口法兰连接件(34)右端面沿周向设有多个均布的方形沟槽，每个方形沟槽内放置一个可移动锥螺纹块(37)；所述方形沟槽与所述可移动锥螺纹块(37)形成滑动连接；所述可移动锥螺纹块(37)底部为滑块结构，上部呈两段阶梯状，外部加工有锥螺纹；所述可移动锥螺纹块(37)底部靠内侧设置有调整垫块(41)，以改变锥螺纹直径；所述可移动锥螺纹块(37)根部与锥螺纹压紧套筒(39)通过锥螺纹连接，末端与所述实物管试件(27)连接；所述锥螺纹压紧套筒(39)右端安装内环橡胶密封条(38)；所述锥螺纹压紧套筒(39)左端安装有外环橡胶密封条(36)。
7.根据权利要求1所述的试验评价模拟装置，其特征在于，所述电控夹持机构包括导轨支撑座(22)、移动导轨(23)、滚珠丝杠(32)、伺服电机(33)、外部滑动挤压块(30)；
所述导轨支撑座(22)安装于所述密封试验单元(6)内部；所述移动导轨(23)安装于所述导轨支撑座(22)上表面；所述外部滑动挤压块(30)下部为滑块结构，与所述移动导轨(23)形成滑动配合；所述外部滑动挤压块(30)共两组，相向设置于所述实物管试件(27)两侧；所述移动导轨(23)中间处设置有两个伺服电机(33)，所述伺服电机(33)分别通过滚珠丝杠(32)与两侧外部滑动挤压块(30)形成活动连接。
8.根据权利要求7所述的试验评价模拟装置，其特征在于，每组外部滑动挤压块(30)上部均安装有上下对称的楔形固定块(28)，所述楔形固定块(28)安装面为靠所述实物管试件(27)一侧；所述楔形固定块(28)与所述实物管试件(27)的接触面还安装有测外压压力计(29)。
9.根据权利要求1所述的试验评价模拟装置，其特征在于，所述储油单元(12)通过外壳(45)上设置的储油单元法兰(42)与外部连通；所述储油单元(12)内部还安装有液体温度计(43)、压力计(44)。
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