專利名稱：石油井下工具耐壓性能檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種承受高壓器件的耐壓性能檢測設(shè)備，特別涉及一種石油鉆采行業(yè)
中井下工具的耐壓性能檢測裝置，主要解決井下工具在下井前的耐壓性能及密封性能檢測 問題。
背景技術(shù)：
石油鉆采作業(yè)中，井下工具承受的載荷相當(dāng)復(fù)雜，包括扭轉(zhuǎn)載荷、拉壓載荷、沖擊 載荷、液體壓力等。因此，在研制井下工具的過程中和井下工具下井前，必須對它的各項(xiàng)性 能指標(biāo)進(jìn)行測試。目前我國現(xiàn)有的井下工具測試系統(tǒng)，需打?qū)嶒?yàn)井，實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、成本高。 如專利號為00108834. 3的專利，公開了一種井下工具性能測試裝置，該裝置由安裝在地面 軌道上的移動式加載裝置、實(shí)驗(yàn)井、以及井口連接裝置等組成，能對井下工具的單項(xiàng)指標(biāo)和 綜合性能進(jìn)行測試和評價。但其測試周期長、成本高，適合于井下工具在產(chǎn)品研發(fā)階段的性 會剛試。 隨著鉆井深度的加深，尤其是在井深超過5000米的深井，其井底壓力更是達(dá)到 lOOMPa以上，在如此高的壓力下，井下工具的耐壓性能和密封性能的好壞就顯得相當(dāng)重要， 一旦井下工具出現(xiàn)質(zhì)量問題需要更換，其花費(fèi)的時間、物力和財力相當(dāng)巨大。因此，在井下 工具下井前，必須對其綜合性能進(jìn)行測試和評價。在井下工具的材料、結(jié)構(gòu)尺寸確定以后， 其強(qiáng)度和剛度也就定下來了，因此其抗扭轉(zhuǎn)、抗拉壓、抗沖擊的能力也基本定下來了。
但是對于井下工具的耐壓性能和密封性能而言，由于加工制造的原因，每一件的 尺寸都有差別，再和與之相連的零件配合，其配合處的耐壓性能和密封性能也就有差別。而 為了保證每一件井下工具耐壓強(qiáng)度足夠、密封性好、能可靠地工作，必須對每一件井下工具 進(jìn)行耐壓性能和密封性能的測試，合格后方能下井工作。 面對種類、規(guī)格型號繁多的井下工具，如還用傳統(tǒng)的設(shè)備來進(jìn)行測試，其測試周期 長，效率低、費(fèi)用高，遠(yuǎn)不能滿足對井下工具進(jìn)行百分之百測試的要求。另一方面為保證測 試數(shù)據(jù)的可靠性與正確性，在測試過程中必須對測試工具中的空氣進(jìn)行排出，目前都采用 人工現(xiàn)場排氣卸壓，在高壓測試情況下這是非常危險的。因此設(shè)計一種能對井下工具的耐 壓性能和密封性能進(jìn)行準(zhǔn)確、快速檢測的檢測裝置具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有井下工具性能檢測裝置，在對井下工具耐壓性能 進(jìn)行檢測時，需打試驗(yàn)井、系統(tǒng)復(fù)雜、測試周期長、成本高等問題，提供一種能快速、準(zhǔn)確檢 測井下工具的耐壓性能和密封性能的低成本檢測裝置。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在試壓過程中，為了保證操作人員 和各種電器控制設(shè)備的安全，將操作控制臺和具有一定危險性的增壓系統(tǒng)分開，操作控制 臺布置在專門的控制室內(nèi)，增壓系統(tǒng)布置在測試現(xiàn)場。增壓系統(tǒng)內(nèi)的所有壓力信號線和控 制信號線通過航空插座連接到控制室，待測工具現(xiàn)場安裝有攝像頭，并將信號傳回控制室，在控制室通過監(jiān)控屏幕來監(jiān)視現(xiàn)場的情況。用帶有快換接頭的高壓軟管將增壓系統(tǒng)和待測 工具連接后，所有的測試工作和數(shù)據(jù)記錄工作均可在控制室內(nèi)完成。增壓系統(tǒng)采用氣驅(qū)液 體增壓泵，試壓的工作介質(zhì)為清水(或液壓油)。利用壓縮空氣驅(qū)動一臺低壓大流量泵對待 測工具進(jìn)行注水(或液壓油)，另一臺高壓小流量泵對工作介質(zhì)進(jìn)行增壓，使工作介質(zhì)的壓 力增加到140MPa左右。增壓系統(tǒng)的輸出壓力可由比例減壓閥連續(xù)調(diào)節(jié)。增壓系統(tǒng)設(shè)有高 壓出水接口和低壓出水接口 ，分別與待測工具兩端的接口相連。在試壓過程中，低壓大流量 泵完成對試壓工具進(jìn)行注水，水注到一定壓力后，通過氣控高壓針閥自動對井下工具中的 空氣進(jìn)行2 3次排氣。排氣完畢，氣驅(qū)低壓大流量泵自動停止工作，同時高壓小流量泵開 始工作，對測試工具進(jìn)行增壓，增壓到設(shè)定的試壓值時，高壓小流量泵自動停止工作。利用 單向閥進(jìn)行保壓，保壓時間由計算機(jī)通過人工輸入來確定。保壓完畢，系統(tǒng)自動打開氣控高 壓針閥使其卸壓，完成對一個井下工具的測試。 若待測工具只有一端有接口 (另一端無接口 )，此時通過切換增壓系統(tǒng)內(nèi)部的兩 個高壓截止閥，使低壓泵的出水管路在增壓系統(tǒng)內(nèi)部直接與高壓泵的出水管路相連，然后 接到待測工具的進(jìn)出水接口。 本發(fā)明的有益效果是可以對井下工具在下井前進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地測試其耐壓性 能和密封性能，不須打試驗(yàn)井、成本低、測試周期短，并可通過計算機(jī)記錄其試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為工 作人員對產(chǎn)品的性能作出客觀的判斷提供科學(xué)依據(jù)。同時，整個測試過程均可在控制室里 完成，保障了測試人員的人身安全。


圖1為石油井下工具耐壓性能檢測裝置的增壓回路原理圖
圖2為石油井下工具兩端均有進(jìn)出水接口的測試工作原理圖
圖3為石油井下工具僅有一個接口的測試工作原理圖
圖4為本發(fā)明的全自動測試控制模塊流程圖
圖5為本發(fā)明的手動測試控制模塊流程圖
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，石油井下工具耐壓性能檢測裝置的氣驅(qū)液體增壓回路原理圖，包括 壓縮空氣入口 (1)、氣路截止閥(2)、空氣過濾器(3)、比例減壓閥(4)、氣體壓力傳感器(5)、 氣體壓力表(6)、氣體安全閥(7)、二位二通電磁換向閥(8)、二位二通電磁換向閥(9)、高壓 氣驅(qū)液體泵(10)、低壓氣驅(qū)液體泵(11)、二位三通電磁換向閥(12)、氣控高壓針閥(13)、高 壓水壓力傳感器(14)、高壓水壓力表(15)、高壓單向閥(16)、高壓水安全溢流閥(17)、自來 水接口 (18)、水路截止閥(19)、水過濾器(20)、水截止閥(21)、水箱(22)、低壓水壓力傳感 器(23)、低壓水壓力表(24)、高壓單向閥(25)、高壓水截止閥(26)、高壓水截止閥(27)、排 氣/溢水接口 (28)、高壓出水接口 (29)、低壓出水接口 (30)。所述原理圖包括試壓系統(tǒng)的 氣驅(qū)回路、水(或液壓油)回路。 所述氣驅(qū)回路中壓縮空氣經(jīng)壓縮空氣入口 (1)接入，經(jīng)氣路截止閥(2)與空氣過 濾器(3)相連，再經(jīng)比例減壓閥(4)減壓，然后分成三條支路，第一條支路經(jīng)過二位二通電 磁換向閥(8)與高壓氣驅(qū)液體泵(10)相連，第二條支路經(jīng)過二位二通電磁換向閥(9)與低壓氣驅(qū)液體泵(11)相連，第三條支路經(jīng)過二位三通電磁換向閥(12)與氣控高壓針閥(13) 相連。驅(qū)動壓力由比例減壓閥(4)調(diào)定，并由氣體壓力傳感器(5)檢測并輸入計算機(jī)構(gòu)成 閉環(huán)控制，該壓力在計算機(jī)上實(shí)時顯示，同時由氣體壓力表(6)指示。 所述試壓系統(tǒng)的水(或液壓油)回路，包括進(jìn)水(或液壓油)回路、低壓液體回路、 高壓液體回路、排氣/卸壓回路和安全控制回路。 所述進(jìn)水回路的自來水經(jīng)自來水接口 (18)接入，經(jīng)水截止閥(19)后進(jìn)入水過濾
器(20)，然后分三條支路，一條支路經(jīng)水截止閥(21)后流入水箱(22)存儲，以備在自來水
停水時供系統(tǒng)急用(在使用油介質(zhì)時，水箱(22)用來存儲液壓油)，另一條支路進(jìn)入高壓氣
驅(qū)液體泵(10)的入口，第三條支路進(jìn)入低壓氣驅(qū)液體泵(11)的入口。 所述低壓液體回路從低壓氣驅(qū)液體泵(11)的出口，經(jīng)高壓單向閥(25)和高壓水
截止閥(27)后，到低壓出水接口 (30)，最后與待測工具上的一端接口相連。 所述高壓液體回路從高壓氣驅(qū)液體泵(10)的出口 ，經(jīng)高壓單向閥(16)后，到高壓
出水接口 (29)，最后與待測工具上的另一端接口相連。 所述排氣/卸壓回路和安全控制回路，是在高壓水回路一側(cè)的高壓單向閥(16)和 高壓出水接口 (29)之間，接有氣控高壓針閥(13)和高壓安全溢流閥(17)，通過二位三通電 磁換向閥(12)打開氣控針閥(13)，可以排出待測工具中的殘留空氣，或者在保壓完畢后進(jìn) 行高壓卸壓，高壓安全溢流閥(17)用于對系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)。
實(shí)施例1 : 如圖2所示，井下工具兩端均有進(jìn)出水接口，其中井下工具(31)的一端連接低壓 出水接口 (30)，另一端連接高壓出水接口 (29)。測試前，首先將井下工具(31)接高壓出水 接口 (29)的一端抬高，然后打開氣路截止閥(2)、水截止閥(19)、高壓截止閥(27)，關(guān)閉水 截止閥(21)和高壓截止閥(26)。 測試過程如下壓縮空氣從空氣入口 (1)引入后，經(jīng)氣路截止閥(2)和空氣過濾 器(3)后，再經(jīng)計算機(jī)控制的比例減壓閥(4)減壓到設(shè)定值，計算機(jī)發(fā)信號接通電磁換向閥 (9)，壓縮空氣進(jìn)入低壓氣驅(qū)液體泵(ll)，該泵在壓縮空氣的作用下實(shí)現(xiàn)自主往復(fù)運(yùn)動，連 續(xù)不斷將自來水送到低壓回路中，然后經(jīng)過高壓單向閥(25)和高壓水截止閥(27)，最后從 待測試件的一端流入，此過程為注水過程。注水過程中的壓力由低壓水壓力表(24)顯示， 同時通過低壓水壓力傳感器(23)檢測并反饋給計算機(jī)，當(dāng)壓力值達(dá)到低壓設(shè)定值時，計算 機(jī)發(fā)信號接通二位三通電磁換向閥(12)，壓縮空氣打開氣控高壓針閥(13)進(jìn)行排氣2 3 次，工具注滿水后，電磁換向閥(12)失電，氣控高壓針閥(13)關(guān)閉，同時電磁換向閥(9)失 電，切斷氣驅(qū)回路，低壓氣驅(qū)液體泵(11)停止工作。與此同時，電磁換向閥(8)得電，高壓 氣驅(qū)液體泵(10)啟動，向工具供水增壓，增壓壓力由高壓水壓力表(15)指示，且由高壓水 壓力傳感器(14)實(shí)時檢測反饋給計算機(jī)并顯示數(shù)值，當(dāng)達(dá)到增壓設(shè)定值時，使電磁換向閥 (8)失電，進(jìn)入保壓階段。保壓過程中，若壓力降低到規(guī)定值以下時，電磁換向閥(8)再得 電，由高壓氣驅(qū)液體泵(10)進(jìn)行補(bǔ)壓，補(bǔ)壓完畢后再進(jìn)入保壓階段。保壓時間完畢，電磁換 向閥(12)得電，氣控高壓針閥(13)打開進(jìn)行卸壓，完成對一個工具的測試。
實(shí)施例2 : 如圖3所示，井下工具僅有一端有進(jìn)出水接口，測試前首先將井下工具(32)連 接管道一端抬高以利于空氣的排出，然后打開氣截止閥(2)、水截止閥(19)、高壓截止閥(26)，關(guān)閉水截止閥(21)、高壓截止閥(27)。 其測試過程如下壓縮空氣從入口 (1)引入后，經(jīng)氣路截止閥(2)和氣過濾器(3) 后，再經(jīng)計算機(jī)控制的比例減壓閥(4)減壓到設(shè)定值，計算機(jī)發(fā)信號使電磁換向閥(9)得 電，壓縮空氣進(jìn)入低壓氣驅(qū)液體泵(ll)，該泵在壓縮空氣的作用下實(shí)現(xiàn)自主往復(fù)運(yùn)動，壓力 水經(jīng)過高壓單向閥(25)和高壓水截止閥(26)，最后從待測工具接口注入，此過程為注水 過程。注水過程中，工具內(nèi)的空氣被壓縮，低壓水壓力傳感器(23)檢測注水壓力并送給計 算機(jī)，當(dāng)注水壓力達(dá)到設(shè)定值時，計算機(jī)首先發(fā)信號使電磁換向閥(9)失電，使氣驅(qū)液體泵 (11)停止注水，然后發(fā)信號使二位三通電磁換向閥(12)得電，氣控高壓針閥(13)打開，試 件內(nèi)被壓縮的空氣經(jīng)氣控高壓針閥(13)排出。此注水、排氣過程可由計算機(jī)控制重復(fù)1 3次。當(dāng)空氣排完、水注滿時，使電磁換向閥(12)失電，氣控高壓針閥(13)關(guān)閉，與此同時， 電磁換向閥(8)得電，高壓氣驅(qū)液體泵(10)啟動，進(jìn)行增壓，增壓壓力由高壓水壓力傳感器 (14)檢測并反饋給計算機(jī)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時，使電磁換向閥(8)失電，進(jìn)入保壓階段。保壓 過程中，由高壓水壓力傳感器(14)實(shí)時監(jiān)測壓力，當(dāng)壓力降低到規(guī)定值以下時，重新使電 磁換向閥(8)得電，啟動高壓氣驅(qū)液體泵(10)進(jìn)行補(bǔ)壓，補(bǔ)壓完畢后再進(jìn)入保壓階段。保 壓時間完畢，使電磁換向閥(12)得電，氣控高壓針閥(13)打開進(jìn)行卸壓，完成對一個工具 的測試。 實(shí)施例3 : 如圖4所示為全自動測試控制模塊流程圖，下面結(jié)合圖2、圖3和圖4來說明其工 作過程。 全自動測試控制模塊其工作流程如下首先通過計算機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，包括設(shè) 置氣驅(qū)壓力P0、低壓壓力Pl、高壓壓力P2、進(jìn)水頭數(shù)N、保壓時間T1、單頭排氣次數(shù)M、雙頭 排氣時間T2。初始化完成后，根據(jù)設(shè)定的PO值調(diào)節(jié)比例減壓閥(4)的壓力，達(dá)到設(shè)定值后， 判斷進(jìn)水頭數(shù)N。 N= 1為單頭進(jìn)水(如圖3所示)，N = 2為雙頭進(jìn)水(如圖2所示)。 如N二 1時，使電磁換向閥(9)得電、電磁換向閥(12)失電，開始注水，然后判斷注水壓力 是否達(dá)到設(shè)定值P1，達(dá)到后將電磁換向閥(9)失電，電磁換向閥(12)得電，進(jìn)行排氣，排氣 完畢，可再重復(fù)注水、排氣1 3次，然后進(jìn)入下一步增壓階段。如N = 2時，使電磁換向閥 (9)得電、電磁換向閥(12)失電，開始注水，然后判斷注水壓力是否達(dá)到設(shè)定值P1，達(dá)到后 使電磁電磁換向閥(12)得電，開始排氣，排氣時間T2到后直接進(jìn)入下一步增壓階段。增壓 時使電磁換向閥(9)失電、電磁換向閥(12)失電，電磁換向閥(8)得電，開始增壓，增壓過 程中時刻判斷壓力是否到達(dá)設(shè)定的測試壓力P2，如達(dá)到設(shè)定值時，使電磁換向閥(8)失電， 進(jìn)入保壓階段。保壓過程中，如壓力降到規(guī)定值以下時，重新讓電磁換向閥(8)得電進(jìn)行增 壓，增壓到P2值時再一次開始保壓。保壓時間T1到后，使電磁換向閥(12)得電進(jìn)行卸壓， 卸壓完畢后，讓電磁換向閥(12)失電，完成一個工件測試。測試過程中的各種電磁閥的控 制、傳感器信號的檢測、數(shù)據(jù)記錄和顯示可完全通過計算機(jī)自動實(shí)現(xiàn)，整個測試過程準(zhǔn)確、 快速、可靠。
實(shí)施例4: 圖5為手動測試控制模塊流程圖，手動控制模塊的工作流程如下第一步，首先通 過電位器調(diào)節(jié)比例減壓閥(4)的比例控制信號，從而調(diào)節(jié)氣驅(qū)壓力。第二步，按低壓啟動 按鈕給電磁換向閥(9)通電，啟動低壓氣驅(qū)液體泵(11)進(jìn)行注水，注水壓力達(dá)到設(shè)定值P1時，使電磁換向閥(9)失電，低壓氣驅(qū)液體泵(11)停止注水。第三步，按排氣/卸壓按鈕， 電磁換向閥(12)得電，高壓氣控針閥(13)打開，進(jìn)行排氣。第四步，排氣完畢后，按高壓啟 動按鈕，讓電磁換向閥(8)得電，啟動高壓氣驅(qū)液體泵(10)進(jìn)行增壓，增壓到設(shè)定值后，使 電磁換向閥(8)失電，進(jìn)入保壓階段。第五步，保壓完畢后，按排氣/卸壓按鈕，電磁換向閥 (12)得電，高壓氣控針閥(13)打開，進(jìn)行卸壓，完成對一個工具的測試，整個過程完全手動 控制。
權(quán)利要求
石油井下工具耐壓性能檢測裝置，其特征在于增壓系統(tǒng)采用氣驅(qū)液體泵，由壓縮空氣驅(qū)動回路、液體回路組成，液體回路由低壓液體回路、高壓液體回路、排氣回路、卸壓回路和安全控制回路組成，測試系統(tǒng)壓力由比例減壓閥(4)調(diào)節(jié)，比例減壓閥由計算機(jī)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下工具耐壓性能檢測裝置，其特征在于所述氣驅(qū)回路的壓縮空氣經(jīng)入口 (1)接入，經(jīng)氣路截止閥(2)、空氣過濾器(3)、比例減壓閥(4)依次連 接，然后分三路，一路經(jīng)過電磁換向閥(9)驅(qū)動低壓氣驅(qū)液體泵(11)進(jìn)行注水，另一路經(jīng)電 磁換向閥(8)驅(qū)動高壓氣驅(qū)液體泵(10)進(jìn)行增壓，第三路經(jīng)過電磁換向閥(12)后驅(qū)動高 壓氣控針閥(13)進(jìn)行排氣或卸壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下工具耐壓性能檢測裝置，其特征在于所述低壓液 體回路由低壓氣驅(qū)液體泵(11)、高壓單向閥(25)、高壓水截止閥(27)依次連接組成，在低 壓氣驅(qū)液體泵(11)的出口和高壓單向閥(25)之間接有低壓水壓力傳感器(23)和低壓水 壓力表(24)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下工具耐壓性能檢測裝置，其特征在于所述高壓液 體回路由高壓氣驅(qū)液體泵(10)、高壓單向閥(16)、高壓出水接口 (29)依次連接，在高壓單 向閥(16)和高壓出水接口 (29)之間接有高壓水壓力傳感器(14)和高壓水壓力表(15)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的石油井下工具耐壓性能檢測裝置，其特征在于所述排氣、卸 壓回路由高壓氣控針閥(13)來完成排氣或卸壓，高壓氣控針閥的一端連接于高壓單向閥 (16)和高壓出水接口 (29)之間，另一端與排氣/溢水接口 (28)相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下工具耐壓性能檢測裝置，其特征在于所述安全 控制回路由高壓安全溢流閥(17)完成，高壓安全溢流閥的進(jìn)水口一端連接于高壓單向閥 (16)和高壓出水接口 (29)之間，另一端與排氣/溢水接口 (28)相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油井下工具耐壓性能檢測裝置，其特征在于在低壓液體 回路上設(shè)有高壓水截止閥(27)，低壓液體回路和高壓液體回路之間的通路上設(shè)有高壓水截 止閥(26)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石油井下工具耐壓性能檢測裝置，用于對石油鉆采行業(yè)中用到的井下工具進(jìn)行耐壓性能和密封性能的檢測，克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備測試周期長、需打試驗(yàn)井、成本高的不足。其增壓系統(tǒng)采用氣驅(qū)液體增壓，特征是增壓系統(tǒng)由氣驅(qū)液體泵、氣驅(qū)回路、液體回路組成。液體回路由低壓水(或液壓油)回路、高壓水(或液壓油)回路、排氣卸壓回路和安全控制回路組成。測試系統(tǒng)壓力通過比例減壓閥(4)連續(xù)可調(diào)，比例減壓閥的比例控制信號由計算機(jī)控制。測試過程可全自動進(jìn)行，也可手動完成。本發(fā)明可對兩端均有接口的待測工具進(jìn)行測試，也可對僅有一端有接口的待測工具進(jìn)行測試。
文檔編號E21B47/00GK101776509SQ20101000473
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者冉競, 劉克福, 劉星, 向中凡, 王進(jìn)戈, 蔣代君, 鄧成中, 雷玉勇 申請人:西華大學(xué);成都市中油石油鉆采物資有限公司