实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题,提出一种油井水泥养护釜。本实用新型使用了新型的恒压压力控制系统,用恒压压力控制系统代替了传统使用的空压机、压力泵、电磁阀、缓冲罐等加压设备,能精确地控制压力波动,自动稳定控制压力;GB10238-2005或GB19139-2003的要求标准压力波动为±0.345MPa,该油井水泥养护釜的实际控制精度可达±0.25MPa,达到了以往电磁阀等技术无法达到的技术水平。
本实用新型采用以下技术方案来实现:
一种油井水泥养护釜,包括箱体、釜体和控制面板,所述控制面板设置在箱体上,所述箱体设有釜体安装腔,其特征在于:还包括恒压压力控制系统,恒压压力控制系统包括回压控制器、回压储能器和连接管道Ⅰ,所述回压控制器通过连接管道Ⅰ与釜体连通,所述连接管道Ⅰ上连通有连接管道Ⅱ,所述连接管道Ⅱ的一端与连接管道Ⅰ连通,另一端与回压储能器连通;所述连接管道Ⅰ上设有控压阀门,连接管道Ⅱ上设有回压升压阀门,所述连接管道Ⅱ上还连通有连接管道Ⅲ,连接管道Ⅲ上设有回压降压阀门,所述控压阀门、回压升压阀门和回压降压阀门均安装在控制面板上。
所述连接管道Ⅱ上还连通有连接管道Ⅳ,回压控制器通过连接管道Ⅳ与连接管道Ⅱ连通,回压升压阀门设置在连接管道Ⅰ与连接管道Ⅳ之间的连接管道Ⅱ上。
还包括液压泵和连接管道Ⅴ,所述连接管道Ⅴ的一端与连接管道Ⅰ连通,另一端与液压泵连通。
所述连接管道Ⅴ与连接管道Ⅱ之间的连接管道Ⅰ上设有釜体压力传感器,回压储能器与连接管道Ⅲ之间的连接管道Ⅱ上设有回压压力传感器。
所述连接管道Ⅱ上还连通有连接管道Ⅵ,连接管道Ⅵ上设有安全阀门。
还包括高压阀门,所述高压阀门分别设置在釜体的上部和下部。
所述回压控制器包括密封缸体,所述密封缸体内固定有柔性密封套、实体阀芯、设有液体输入通道的回压接头Ⅰ和设有液体输出通道的回压接头Ⅱ,所述回压接头Ⅰ和回压接头Ⅱ上均开有沉孔,所述实体阀芯通过回压接头Ⅰ的沉孔和回压接头Ⅱ的沉孔夹持,所述实体阀芯上设有位于回压接头Ⅰ与回压接头Ⅱ之间的阀芯凸环;所述柔性密封套套装在回压接头Ⅰ、阀芯凸环和回压接头Ⅱ上,所述套装在阀芯凸环上的柔性密封套与密封缸体之间设有间隙,所述回压接头Ⅰ、实体阀芯、阀芯凸环、回压接头Ⅱ和柔性密封套之间形成流体通道。
所述回压接头Ⅰ和回压接头Ⅱ上均设有密封凸环,所述密封凸环分别将回压接头Ⅰ和回压接头Ⅱ分隔为密封段Ⅰ和密封段Ⅱ,所述沉孔分别开设在回压接头Ⅰ的密封段Ⅰ和回压接头Ⅱ的密封段Ⅰ上,所述两个密封凸环之间的间隙形成环形控压腔,所述密封缸体设有用于控压的控压孔。
所述回压接头Ⅰ的密封段Ⅰ和回压接头Ⅱ的密封段Ⅰ上均设有阻流凸环,所述阻流凸环的高度低于密封凸环的高度。
所述阀芯凸环的表面、回压接头Ⅰ的密封段Ⅰ的表面和回压接头Ⅱ的密封段Ⅰ的表面在同一个水平面上。
所述回压接头I和回压接头II的夹持端的端面上分布有凹槽,所述凹槽与实体阀芯和阀芯凸环的表面贴合,凹槽、实体阀芯、阀芯凸环和柔性密封套之间的缝隙形成流体通道,所述凹槽的深度为0.1mm-0.3mm,可防止颗粒物堵塞。
所述回压控制器还包括安装在密封缸体上的控压接头,所述控压接头设有控压通道,所述控压孔的一端与控压通道连通,另一端与环形控压腔连通。
所述控压孔的设置位置与阀芯凸环的位置对应。
所述回压控制器还包括密封帽Ⅰ和密封帽Ⅱ,所述回压接头Ⅰ和回压接头Ⅱ均设有延长段,所述密封帽Ⅰ套装在回压接头Ⅰ的延长段上,所述密封帽Ⅱ套装在回压接头Ⅱ的延长段上,所述回压接头Ⅰ和回压接头Ⅱ分别通过密封帽Ⅰ和密封帽Ⅱ固定在密封缸体上。
所述密封帽Ⅰ与回压接头Ⅰ上的密封凸环之间的间隙形成密封腔,密封帽Ⅱ与回压接头Ⅱ上的密封凸环之间的间隙也形成密封腔;所述密封腔内由内向外依次设有“O”形密封圈、密封挡圈和金属垫圈。
所述“O”形密封圈和密封挡圈为多个,多个“O”形密封圈和密封挡圈交错分布在密封腔内。
所述柔性密封套为橡胶套。
还包括温度控制系统,所述温度控制系统包括可编程的温度控制器、温度显示器、加热器和加热器控制开关,所述温度控制器、温度显示器和加热器控制开关均安装在控制面板上,所述加热器设置在釜体安装腔内,加热器围绕在釜体的周围。
釜体内部设有冷却水管路,用于加快釜体内水和模具试块等的冷却速度。
所述釜体的内径为290mm-320mm,高为200mm-350mm。
所述控制面板上还设有液压泵控制器和回压压力显示器。
一种油井水泥养护釜的养护方法,其特征在于包括以下步骤:
样品处理和安装步骤:水泥样品经过制浆后装模;将装好水泥样品的模具放入釜体内并加盖密封;
调试步骤:往釜体内加水,待釜体内的空气排除后关闭釜体上部高压阀门和釜体下部高压阀门,关闭回压降压阀门,打开回压升压阀门,采用液压泵控制器控制液压泵将釜体压力加压到规定的设定值,釜体压力与回压压力保持一致,关闭回压升压阀门,回压控制器保持阻断状态;
恒压升温步骤:装有水泥样品的模具和水的釜体经加热后压力升高,采用回压控制器将多余的压力泻掉,使釜体在升温过程中一直保持恒定的压力;
恒压恒温步骤:经恒压升温步骤后,保持温度恒定,保持釜体压力在波动范围内恒定;
恒压降温步骤:装有水泥样品的模具和水的釜体经冷水进行换热冷却后压力降低,当釜体压力低于回压压力时,回压控制器保持阻断状态;当釜体压力低于液压泵控制器的设定值时,液压泵在液压泵控制器的控制下短暂启动,增加釜体压力,保持釜体压力在波动范围内保持恒定。
所述恒压升温步骤中,当釜体压力高于回压压力时,回压控制器保持打开状态,此时连接管道Ⅰ中的液体缓慢经回压控制器泻出,釜体压力下降;釜体可在升温过程中一直保持恒定的压力,直到升温过程结束。
所述恒压升温步骤中,釜体压力与回压压力保持在一个稳定的差值,从而使釜体可在升温过程中一直保持恒定的压力,直到升温过程结束。
所述恒压降温步骤中,液压泵每次短暂启动给釜体所增加压力的增加值可通过液压泵控制器进行设定。可通过对增加值的调整,来控制釜体压力的波动范围。
所述恒压降温步骤中,液压泵控制器根据釜体压力传感器的检测值与液压泵控制器的设定值进行比较,如果检测值低于设定值,液压泵控制器将短暂启动液压泵工作,给釜体增加一定的液体来增加釜体的压力;当压力回升后,液压泵停止工作;当检测值再次低于设定值时,重复上述的增压过程,保持釜体压力在波动范围内保持恒定,直到降温过程结束。
恒压降温步骤结束后,在开釜盖前,通过液压泵控制器停止控制液压泵工作;打开回压升压阀门,再打开液压泵泄压阀门,使釜体压力缓慢降低到常压后开启釜盖,取出模具,脱模等待破型检验抗折强度和抗压强度。
本实用新型与现有技术相比,其优点在于:
1、本实用新型使用了新型的恒压压力控制系统,用恒压压力控制系统代替了传统使用的空压机、压力泵、电磁阀、缓冲罐等加压设备,能精确地控制压力波动,自动稳定控制压力;GB10238-2005或GB19139-2003的要求标准压力波动为±0.345MPa,该油井水泥养护釜的实际控制精度可达±0.25MPa,达到了以往电磁阀等技术无法达到的技术水平。
2、本实用新型采用所述控制面板上还设有控压阀门、回压升压阀门和回压降压阀门,这些都是组成压力控制系统的阀门。控压阀门是控制釜体内部压力管路与回压控制器之间的阀门,关闭时釜体压力升高不能由压力泄压渠道泄压,通常是常开状态。回压升压阀门控制釜体压力与回压储能器力稳定器的压力一致,关闭时回压储能器稳定在所需控制的值上。回压降压阀门是釜体内部压力与直接泄压管路之间的阀门。打开这个阀门,可以直接降低釜体内部的压力。但是实验中降低釜体压力时,一般采用阀体更加粗大牢固的液压泵上的泄压阀门。正常试验时是关闭的。
3、本实用新型所述釜体的内径为290mm-320mm,高为200mm-350mm;这种内径范围可以使用标准的160×40×40mm×3联条形试模,测定水泥石的抗折强度和抗压强度。增加的抗折强度试验数据可以增加对水泥石性能的更全面的评价条件。同时,也可以使用50.5×50.5×50.5mm×4或50.5×50.5×50.5mm×2联方试模两组加160×40×40mm×3联条形试模两组同时进行抗压强度和抗折强度的养护和试验,特别适用于油井水泥的检测。
4、本实用新型采用的温度控制系统包括内、外温度探测器,温度控制器、温度显示器,加热器,加热器加热电流控制元器件,以及电源控制器等。温度控制精度更高,成本低,易采购,维护简单方便。
5、本实用新型采用温度控制系统和恒压压力控制系统分别用于控制温度参数和压力参数,还可以同时显示温度参数和压力参数,温度和压力控制精度高。具有成本低,易采购,维护简单方便等优点。
6、本实用新型使用回压控制器,阻力小、精度高,回压控制器内部流体死体积小,压力控制时反应灵敏,压力控制精度可达到±0.1MPa。
7、本实用新型采用较薄的橡胶套做为回压控制器的柔性密封和压力敏感膜,弹性好、阻力小、精度高,回压控制器内部流体死体积小,压力反应灵敏。
8、本实用新型使用的回压控制器的回压接头I和回压接头II的夹持端的端面上分布有凹槽,所述凹槽与实体阀芯表面贴合形成流体通道,所述凹槽的深度为0.1mm-0.3mm,可防止颗粒物堵塞。
9、本实用新型使用的回压控制器可形成对称结构,在使用时可以不用区分控压回压端和出压端,当一端接控压回压时,另一端即为出压端,因此在使用时,不用再区分哪端接回压的问题,安装方便,使用方便。
10、本实用新型使用的回压控制器可采用滤网,可避免流体杂质堵塞通道,还可避免杂质将密封套撑开,导致密封套关闭不严的情况,既保证了液体流通又保证了流通时密封套的关闭强度。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明:
一种油井水泥养护釜,包括箱体18、釜体14和控制面板19,所述控制面板19设置在箱体18上,所述箱体18设有釜体安装腔,还包括恒压压力控制系统,恒压压力控制系统包括回压控制器15、回压储能器7和连接管道Ⅰ111,所述回压控制器15通过连接管道Ⅰ111与釜体14连通,所述连接管道Ⅰ111上连通有连接管道Ⅱ112,所述连接管道Ⅱ112的一端与连接管道Ⅰ111连通,另一端与回压储能器7连通;所述连接管道Ⅰ111上设有控压阀门4,连接管道Ⅱ112上设有回压升压阀门5,所述连接管道Ⅱ112上还连通有连接管道Ⅲ113,连接管道Ⅲ113上设有回压降压阀门6,所述控压阀门4、回压升压阀门5和回压降压阀门6均安装在控制面板19上。
本实用新型中,所述连接管道Ⅱ112上还连通有连接管道Ⅳ114,回压控制器15通过连接管道Ⅳ114与连接管道Ⅱ112连通,回压升压阀门5设置在连接管道Ⅰ111与连接管道Ⅳ114之间的连接管道Ⅱ112上。
本实用新型中,还包括液压泵13和连接管道Ⅴ115,所述连接管道Ⅴ115的一端与连接管道Ⅰ111连通,另一端与液压泵13连通。
本实用新型中,所述连接管道Ⅴ115与连接管道Ⅱ112之间的连接管道Ⅰ111上设有釜体压力传感器1,回压储能器7与连接管道Ⅲ113之间的连接管道Ⅱ112上设有回压压力传感器2。
本实用新型中,所述连接管道Ⅱ112上还连通有连接管道Ⅵ116,连接管道Ⅵ116上设有安全阀门16。
本实用新型中,恒压压力控制系统还包括高压阀门(12,3),所述高压阀门(12,3)分别设置在釜体14的上部和下部。
本实用新型中,所述回压控制器15包括密封缸体201,所述密封缸体201内固定有柔性密封套205、实体阀芯204、设有液体输入通道的回压接头Ⅰ202和设有液体输出通道的回压接头Ⅱ203,所述回压接头Ⅰ202和回压接头Ⅱ203上均开有沉孔,所述实体阀芯204通过回压接头Ⅰ202的沉孔和回压接头Ⅱ203的沉孔夹持,所述实体阀芯204上设有位于回压接头Ⅰ202与回压接头Ⅱ203之间的阀芯凸环206;所述柔性密封套205套装在回压接头Ⅰ202、阀芯凸环204和回压接头Ⅱ203上,所述套装在阀芯凸环206上的柔性密封套205与密封缸体201之间设有间隙,所述回压接头Ⅰ202、实体阀芯204、阀芯凸环206、回压接头Ⅱ203和柔性密封套205之间形成流体通道。
本实用新型中,所述回压接头Ⅰ202和回压接头Ⅱ203上均设有密封凸环207,所述密封凸环207分别将回压接头Ⅰ202和回压接头Ⅱ203分隔为密封段Ⅰ208和密封段Ⅱ206,所述沉孔分别开设在回压接头Ⅰ202的密封段Ⅰ208和回压接头Ⅱ203的密封段Ⅰ208上,所述两个密封凸环207之间的间隙形成环形控压腔,所述密封缸体201设有用于控压的控压孔。
本实用新型中,所述回压接头Ⅰ202的密封段Ⅰ208和回压接头Ⅱ203的密封段Ⅰ208上均设有阻流凸环216,所述阻流凸环216的高度低于密封凸环207的高度。
本实用新型中,所述阀芯凸环206的表面、回压接头Ⅰ202的密封段Ⅰ208的表面和回压接头Ⅱ203的密封段Ⅰ208的表面在同一个水平面上。
本实用新型中,所述回压接头I202和回压接头II203的夹持端的端面上分布有凹槽,所述凹槽与实体阀芯204和阀芯凸环206的表面贴合,凹槽、实体阀芯204、阀芯凸环206和柔性密封套205之间的缝隙形成流体通道,所述凹槽的深度为0.1mm-0.3mm,可防止颗粒物堵塞。
本实用新型中,所述回压控制器15还包括安装在密封缸体201上的控压接头217,所述控压接头217设有控压通道,所述控压孔的一端与控压通道连通,另一端与环形控压腔连通。
本实用新型中,所述控压孔的设置位置与阀芯凸环206的位置对应。
本实用新型中,所述回压控制器15还包括密封帽Ⅰ217、4和密封帽Ⅱ215,所述回压接头Ⅰ202和回压接头Ⅱ203均设有延长段210,所述密封帽Ⅰ214套装在回压接头Ⅰ202的延长段210上,所述密封帽Ⅱ215套装在回压接头Ⅱ203的延长段210上,所述回压接头Ⅰ202和回压接头Ⅱ203分别通过密封帽Ⅰ214和密封帽Ⅱ215固定在密封缸体201上。
本实用新型中,所述密封帽Ⅰ214与回压接头Ⅰ202上的密封凸环207之间的间隙形成密封腔,密封帽Ⅱ215与回压接头Ⅱ203上的密封凸环207之间的间隙也形成密封腔;所述密封腔内由内向外依次设有“O”形密封圈211、密封挡圈212和金属垫圈213。
本实用新型中,所述柔性密封套205为橡胶套。
本实用新型中,还包括温度控制系统,所述温度控制系统包括可编程的温度控制器20、温度显示器21、加热器和加热器控制开关,所述温度控制器20、温度显示器21和加热器控制开关均安装在控制面板19上,所述加热器设置在釜体14安装腔内,加热器围绕在釜体14的周围。
本实用新型中,釜体14内部设有冷却水管路,用于加快釜体14内水和模具试块等的冷却速度。
本实用新型中,所述釜体4的内径为290mm,高为320mm。
本实用新型中,所述控制面板19上还设有液压泵控制器17和回压压力显示器22。
本实用新型在使用时,考虑到一般养护检测温度不超过160℃,本实用新型设计使用温度在160℃以及以下温度使用。采用了多重耐高温橡胶密封圈,一定程度地简化了设备结构,提高了密封效果。使设备的易用性和耐用性比金属密封圈的设备有着显著的提高。如果需要更高温度,也可以使用金属密封装置,其它结构不变,可以进行更高温度的高温高压养护。对于油井水泥在高温高压的情况下,具有一定的抗压强度和抗折强度,以及与套管和地层间的胶结强度,低体积收缩性能等。
本实用新型在使用时,所述“O”形密封圈211和密封挡圈212为多个,多个“O”形密封圈211和密封挡圈212交错分布在密封腔内,可以增加密封性。
本实用新型采用申请人同时申请的一种用于油井水泥养护釜的恒压压力控制方法,包括以下步骤:
恒压升温步骤:装有水泥样品的模具和水的釜体经加热后压力升高,采用回压控制器将多余的压力泻掉,使釜体在升温过程中一直保持恒定的压力;
恒压恒温步骤:经恒压升温步骤后,保持温度恒定,保持釜体压力在波动范围内恒定;
恒压降温步骤:装有水泥样品的模具和水的釜体经冷水进行换热冷却后压力降低,当釜体压力低于回压压力时,回压控制器保持阻断状态;当釜体压力低于液压泵控制器的设定值时,液压泵在液压泵控制器的控制下短暂启动,增加釜体压力,保持釜体压力在波动范围内保持恒定。
在使用时,水泥样品经过制浆、装模放入釜体并加盖紧固后,进水排气,关闭进出口高压阀门3和12,关闭回压降压阀门6,打开回压升压阀门5,通过电动液压泵控制器控制电动液压泵13加压到20.7MPa的设定值。此时,釜体压力与回压压力保持一致,回压控制器15保持阻断状态。待压力稳定后,关闭回压升压阀门,回压基本保持不变。
设定电动液压泵控制器17开始加压,电动液压泵控制器17根据从釜体压力传感器1等到的信号值与设定的压力值进行比较,如果釜体压力传感器1的信号值低于设定值,启动电动液压泵13工作对釜体加压,直到釜体压力传感器1的信号值等于或高于20.7MPad的设定值时。电动液压泵13停止工作。
然后依次进行恒压升温、恒压恒温和恒压降温。