一种高效的高压气体检漏方法

专利名称：一种高效的高压气体检漏方法
技术领域：
本发明属于高压管串密封性检测领域，尤其是石油天然气工业油管柱和套管 柱密封性检测领域，提供一种可快速把检测气体增到高压或超高压来检测油管柱 和套管柱密封性的气体检漏方法。
背景技术：
高压管路在管子连接起来或修复之后，往往需要对其连接或修复部位进行密 封性检测，例如石油工业中需要用油管和套管及其辅助工具来完成油气的输送， 油管柱和套管柱就是连接在一起的油管和套管以及辅助工具，它们构成油气流动 的通道，此管串合称油管柱或套管柱。为了保证油井和气井中的油气按照设计要 求的通道安全流出油井或气井，油管柱和套管柱就都需要很好的密封性。
现有技术中保证油管柱或套管柱密封的办法是在实验室内把每根油管或套 管或辅助工具的公扣和母扣，分别和标准的母和公扣接头连接，建立密闭空间， 然后往油管或套管密闭空间内注入一定量的高压检测气体，再用水浸没油管或套 管或辅助工具，在一定时间内油管或套管或辅助工具不冒气泡，说明油管或套管 或辅助工具丝扣密封。检测合格后，再把油管或套管或辅助工具从接头卸下，分 别运输到施工现场使用。在油田施工现场，油管或套管或辅助工具是逐根连接在 一起形成管柱串的。上述检测方法不能在现场使用，只是起到对于油管或套管上 的连接螺纹在设定高压下是否可以满足连接后的密封性的检验，即检验螺纹是否 合格，而没有对现场实际连接起来的管柱连接处螺纹的密封性进行检验，实验室 的检测结论只能说明连接螺纹可以达到要求的密封程度，但是却不能确保现场下 入油气井中的油管或套管或辅助工具的丝扣的实际的密封情况是良好的。

发明内容
本发明的目的在于改进现有技术存在局限性的问题，提供一种可满足现场需 要，在现场对于连接起来的管串等装置进行密封性检测的高效的高压气体检漏方 法。
本发明的目的是这样实现的
本发明提供的高效的高压气体检漏方法其包括在现场高压检测气体的生成 过程和用该高压检测气体对于设备或管路上连接部位密封性的检测过程。所述高 压检测气体的生成过程，是在一个容器中先注入设定量的检测气体，随后，再向 该容器中注入具有压力的液体，通过该液体压縮检测气体，将检测气体的压力提高到设定压力值；所述检测过程，是在被检测设备或管路上待检测的连接部位， 建立内外两个密闭空间，在内密闭空间上设有进口，用来注入所述检测气体使得 其中气压达到检测要求的压力值，在外密封空间上设有接口，用来连接可以感知 检测气体的检测器，通过检测器检验在外密闭空间中是否有来自在内密闭空间泄 漏的检测气体。
还可以根据检测气体内示踪元素参数的增加，定量分析连接螺纹扣泄漏的程度。
该检漏方法中的设备包括 一动力部分、 一储能器和一检测工具。
所述动力部分包括一水泵；
所述储能器包括一个检测气体容器，即增压容器，其上端有低压检测气体进 入口和高压检测气体排出口，低压检测气体进入口通过进气管与气源连接，高压 检测气体排出口通过高压排气管与检测工具相连接，增压容器下端设有一高压液 进口和一排液口，该高压液进口通过进液管连接所述水泵的高压液出口，排液口 上连接排液管。在各个连接管路上设有相应的控制阀件，以控制高压液进入和排 出该增压容器，以及低压气体进入增压容器和高压气体从增压容器排出进入检测
工具；
所述检测工具，包括卡封工具和检测集气套。卡封工具设置在待检测油管柱 或套管柱或辅助管具的内部，定位于待检可能泄漏的连接螺纹扣部分的两侧，用 以建立可充入检测气体的内密闭空间或称充气空间；所述检测集气套设置在油管 柱或套管柱或辅助工具外部，定位于可能泄漏的连接螺纹扣部位，并将其罩于其 中，建立可检测泄漏的外部密闭空间或称检测空间；充气空间与增压容器上的高 压排气管连结，使得高压检测气体进入。在检测空间上通过设有管路使其和检测 气体的检测仪连结；
本检漏方法包括如下操作步骤
步骤l.在储能器的增压容器中注入检测气体；
步骤2.启动高压水泵，使高压液流从增压容器的高压液进口进入增压容器中， 压縮其中的检测气体至设定压力；
在所述步骤1前后或步骤1中和/或步骤2中，同时在设备或管路上待检连接 部位上建立所述充气空间和检测空间；
步骤3.让增压容器中的所述检测气体进入充气空间形成高压，当充气空间压 力达到设计检测压力时，即完成定压检测气体构建，停止送气；在该步骤中根 据增压容器中的检测气体的压力或停止所述高压水泵，或者继续启动高压水泵；步骤4.通过与检测空间连接的检测仪器检测是否有检测气体从充气空间通过
待测部位的微细孔道进入到检测空间，从而判定出待测部位在设计检测压力下是 否存在泄漏，和/或，根据泄漏气体中的示踪元素浓度变化，定量分析连接螺纹扣
泄漏的程度；
当一个检测部位的检漏完成后，将所述检测工具从该检测部位卸下。具体做 法优选为
步骤5.打开增压容器的排液口排液，排放其中的液体，然后关闭排液控制阀， 让高压检测气体自动从充气空间返回到增压容器，降压为低压气体，关闭增压容 器排气口，打开自增压容器排气口至充气空间之间高压管线上设置的放压阀，排 尽其内部多余低压检测气体；
步骤6.解除卡封工具的卡封，将所述卡封工具从检测部位取出。同时卸下集 气套；之后，结束工作。
当管串一个检测部位的检漏完成后，再将卡封工具和检测集气套移到另一个 检漏部位，将检测工具设置在该检漏部位上构成所述的充气空间和检测空间，然 后重复上述方法。如果增压容器中的气压还能够满足检漏的需要，即可从上述步 骤3开始。如果气压不足，则从上述步骤1或步骤2开始即可。
所述卡封工具包括两个通过通入流体即可膨胀而将所述检测部位的管道两侧 封闭起来构成所述充气空间的卡封件。进一步地，所述卡封工具可以是通过注入 流体的压力转换为轴向推力，进而使之膨胀的卡封件。
具体地，所述卡封件可以是包括一弹性胶筒和一个通过通入流体而使得所述 弹性胶筒径向膨胀而封闭管通道两侧的活塞缸装置。
使用通过注入流体而膨胀的卡封件的所述卡封工具时，所述检漏方法中，要 增加一个建立充气空间的步骤，即将卡封工具设置在管柱内，两套卡封件定位于 检测部位的两侧，然后，向卡封件中注入流体，使得其中的胶筒径向膨胀，直至 贴紧管壁，形成密闭的充气空间。当管串一个检测部位的检漏完成后，先放充气 空间的检测气体，直到充气空间的压力和大气压平衡，随后再将卡封件中的流体 放出，以卸下所述卡封工具。在将卡封工具移到另一检测部位后，先要向卡封件 中充入流体，在检漏部位建立起充气空间，再向其内充入设定压力的检测气体。
一种较佳的卡封工具可以是
所述卡封工具包括两套卡封件和一个中心柱，所述中心柱也可以是纵向具有 通孔的空心中心管。在此，中心柱和中心管是等同的。两套卡封件套装在刚性中 心柱上。每套卡封件包括一个刚性滑套和一组弹性材质胶筒。每套卡封件中的所 述胶筒和所述滑套套设在所述中心柱上，所述滑套和胶筒的外端在中心柱上沿轴向限位，但可使得该滑套和胶筒沿中心柱外壁设定距离内轴向位移，所述滑套和 中心柱之间的配合间隙设成一个空腔，该空腔通过分别固设在所述滑套内壁和所 述中心柱上嵌装的两个密封圈封闭；在所述空腔对应的中心柱上设有一个流体入 口；两套卡封件A的所述流体入口连通中心柱内的输入孔道。从所述流体输入孔 道向所述腔室中通入具有一定压力的流体，使得滑套在中心柱上滑动挤压胶筒， 使得胶筒在轴向压力下发生径向膨胀卡紧管壁形成所述充气空间，当检漏结束要 从油管柱上拆下卡封件时，排出空腔中的流体，胶筒靠自身弹性径向复位，恢复 原状，方便拆除。在两卡封件之间的中心柱外壁上还设有一个气体进口，也即充 气空间检测气体进口，其连接中心柱或中心管内的充气孔道，该充气孔道在卡封 工具上设有端口作为卡封工具的检测气体进口，与增压容器上的高压气体排出管连接。
进一步地，在中心柱上所述胶筒一端紧靠滑套，另一端靠在中心柱上最好还 套设有的一弹性控制环上，在流体压縮胶筒的同时，也压縮所述弹性控制环。当 检漏结束要拆下卡封件时，将流体从所述空腔中排出，所述控制环在滑套失去轴 向力的状态下，可提供足够的弹性力辅助胶筒轴向复位。
使用卡封工具，通入其卡封件中的流体可以是液体，优选水。通过水泵将带 压液体注入卡封件中，液体流经的路径为该水泵的高压液排出管管…所述卡封 工具中的所述卡封件的进口；在步骤3之前，开启该水泵，向卡封件内充液体， 直至卡封件贴紧管壁，形成充气空间；当管串一个检测部位的检漏完成后，将卡 封件中的液体放出，以卸下所述卡封检测工具。
如果是利用向增压容器中提供高压液的水泵向卡封件中输入高压液体，则液 体流经的管路路径为自增压容器的所述进液管接出的一高压液体管路，连接到 卡封件的进口，该高压液管路上设置控制阀；在进行步骤2向增压容器输入高压 水提高其中检测气体压力至设计压力时，同时或先后通过所述的高压液管向卡封
件内充水，直至卡封件胶筒贴紧管壁，形成充气空间，通过控制阀停止向卡封件 供液体。向增压容器提供高压液体的步骤不变。
通入卡封件中的流体也可以是气体，通过气泵将气体输入卡封件中。 如果是利用增压容器中的检测气体使得卡封件中的胶筒膨胀，则可以在增压 容器的高压排气管上增设一支路，连接卡封件的进口，该支路上设置控制阀；在 步骤2中，当增压容器中检测气体的气压达到卡封件卡封所需的压力时，将该检 测气体通入卡封件，直至卡封件中的压力达到贴紧管壁，形成充气空间为止，然 后再向充气空间输入检测气体致其中压力达到检漏需要的设定压力。使用所述卡封工具并使用检测气体作为卡封件中的卡封流体为一个较佳的方 案，这样可以使得设备简单、操作方便。在该方案中，用于卡封件的检测气体的 流经路径为自增压容器上的高压排气管到高压管路，到卡封工具的卡封流体进 口端，再到所述空腔的流体入口。在步骤2中，先压縮增压容器中的检测气体， 气压达到卡封件卡封形成充气空间所需的压力，通过连接管路上的控制阀件使得 检测气体先进入卡封件中；待充气空间建立之后，再继续完成步骤2，使得增压容 器中的气压达到检漏所需的压力。
在该优选方案中，当一个检漏部位检漏完成后，先通过所述控制阀使增压容 器中至少一部分液体排出，降低增压容器内压力，再打开高压排气管上的控制阀 件，使得所述充气空间或者连同所述卡封件中的检测气体流回增压容器中。通过 释放掉卡封件中的气体，将卡封件取下。如果需要对另一个部位检漏时，将该卡 封件设置在该处，重复上述步骤，如果增压容器中的气压为设定压力，则将其中 气体充入卡封件滑套中，在检测部位建立充气空间，再在充气空间中充入检测气 体进行检漏。如果增压容器中气压较低，则需要开动水泵，使得增压容器中的气 压提高直到充气空间内的气压达到设定压力。
所述检测气体优选氦气。
当采用上述优选方案时，检测结束后，可以通过连接所述卡封件和增压容器 之间的管路将卡封件中和充气空间中的检测气体送回增压容器中。具体地，可以 先通过控制阀使增压容器中的液体排出，降低增压容器内压力，这样，充气空间 或者连同卡封件中的检测气体就会流回增压容器中。
操作时应该先放充气空间的检测气体，直到充气空间的压力和大气压平衡， 再释放卡封件中的气体。
所述储能器上的增压容器中的高压气体排出口和高压液回液口上分别设置一 组控制阀件。
在所述增压容器中的进液口和进气口上分别设置有单向阀。
具体讲，所述增压容器可以是一可以承受高压或超高压的密闭壳体，优选管 体，其由机械性能好、具有较高承压性能的优质钢材制成。使用所述管体做所述 增压容器，该管体的一端口设成所述低压检测气体进入口和高压检测气体排出口， 另 一端口设成所述高压液进口和 一排液口 ，为了确保所述低压检测气体进入口和 高压检测气体排出口在上而所述高压液进口和一排液口在下，则所述管体为和水 平面有一定倾角斜向放置。所述倾斜角度优选10-60° 。
具体地，所述增压容器的两个端口，其一是位于上部的进排气口，即将高压 排气口和低压气体进口合并为一个气口。该气口连接一个耐高压的三通后，分成两个接口，分别连接高压排气管和低压进气管。在低压进气管上设从增压容器向 气源方向截止的单向阀和控制阀；在高压排气管上设控制阀件和泄压阀；如果卡 封工具是用检测气体来卡封，则高压排气管上控制阀后再加一个三通，此三通的 其余一个接口连接卡封工具上的卡封流体进口端；其二是位于下部的进排液口， 即将高压液进口和排液口合并为一个液口。该液口连接一个耐高压的三通后分成 两个接口，分别连接所述进液管和排液管。在进液管上设置从增压容器向水泵方 向截止的单向阀和控制阀，在排液管上设控制阀件；如果卡封工具是用水来卡封， 则在进液管上再加一个三通，三通的其余一个接口通过管路连接卡封件流体进口 端，其上设控制阀和泄压阀。 一钢丝绳固定在卡封工具上，以便把工具提出和放 入待测管串内部；检测集气套用于罩在待测部位外面，收集从检测部位泄露的检 测气体。
所述动力部分包括提供动力的发动机或电机，还可以包括使用中可能需要的 液压泵和空气泵。
本检漏方法中的设备还可以包括控制台。控制台集束各控制元件，连接检漏 设备中的各控制阀及动力部分的电源开关元件。
检测仪器是能灵敏地检测出检测气体浓度变化的高敏度仪器。
本发明提供的检漏方法中所涉及检测气体可以是氦气、氩气和其他惰性气体， 优选氦气。为节约成本，可用氦气和氮气的混合气体，氦气浓度不低于5%，氦气 为示踪气体。与之相匹配，通过检测仪器探査检测空间中的氦气浓度是否超过空 气中正常的氦气浓度，依此可判定待测部位有无泄漏，并根据氦气浓度的变化量， 定量分析泄漏的程度。
本发明提供的气体检漏方法，通过高压水泵产生高压液体输入到储能器的增 压容器中，高压液体形成液体活塞挤压增压容器中的检测气体，使得其压力可迅
速升高到所要求的高压，高压检测气体通过高压管线输送到检测工具与待检部位 之间的充气空间中，从而就可以方便、可靠地测出被测部位是否有泄漏。本方法 中通过高压水泵向储能器输送高压液流来提高检测气体的气压，只要选择合适的 水泵，就能够将储能器中气体的压力升高到设定值，而且通过这样的升压方法， 可以快速、高效地提高储能器中检测气体的压力。使用本方法，每次检测所用时 间可以在l-2分钟内完成。而现有其它检测技术每次检测所用时间不少于IO分钟， 并且达不到很高的气体检测压力。
下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明。


图1为本发明提供的高效的高压气体检漏方法中所用储能器和动力装置的结构示意图2为包括有如图1所述的储能器、动力装置和气源及检测工具的一个实施 例的结构示意图3为本发明提供的高效的高压气体检漏方法中所用卡封工具的一种实施例 的结构示意图4为本发明提供的检漏方法中利用检测气体通过如图3所示的卡封件中构 成充气空间时储能器的管路结构示意图5为本发明提供的检漏方法中利用产生高压检测气体的高压水泵向卡封件 中充入液体构成充气空间是储能器的管路结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供的高效的高压气体检漏方法是在包括一动力部分、 一储能器和一 检测工具的设备中进行的，该设备中包括
动力部分，其包括一台水泵，水泵通过发动机或电机驱动，使用发动机适合 于在野外现场作业；
所述检测工具，包括卡封工具和检测集气套。
储能器，包括一增压容器，其上有高压检测气体排出口和低压检测气体进入 口，高压检测气体排出口通过高压排气管与卡封工具连接，低压检测气体进入口 通过进气管与气源连接；增压容器下端设有一高压液体进口和一排液口，该高压 液进口通过进液管连接动力部分水泵的高压液出口，排液口连接排液管。在各个 连接管路上设有相应的控制阀件，以控制高压液进入和排出该增压容器以及低压 气体进入增压容器和高压气体从增压容器排出进入卡封工具；如果卡封工具是用 检测气体来卡封，则高压排气管上控制阀后插连一个三通，通过三通增加一个接 口，来连接卡封工具上的卡封进口；如果卡封工具是用液体来卡封，则在进液管 上插连一个三通，增加的一个接口连接卡封液体管线，其上设控制阀和泄压阀；
卡封工具设置在待检测油管柱或套管柱或辅助管具的内部，定位于待检可能 泄漏的连接螺纹扣部分的两侧，用以建立可充入检测气体的内密闭空间或称充气 空间；所述检测集气套设置在油管柱或套管柱或辅助工具外部，定位于可能泄漏 的连接螺纹扣部位，并将其罩于其中，建立可检测泄漏的外部密闭空间或称检测 空间。充气空间与储能器的增压容器上的高压排气管连结，使得高压检测气体进 入。检测空间通过管路和检测仪器连结。
具体的设备如图l所示，该设备中的储能器包括一增压容器l，其为一管体， 由优质钢材制成，机械性能好，具有较高承压能力。使用所述管体做所述增压容 器，该管体的一端口设成所述低压检测气体进入口和高压检测气体排出口，另一端口设成所述高压液进口和一排液口，为了确保所述低压检测气体进入口和高压 检测气体排出口在上而所述高压液进口和一排液口在下，则所述管体为，和水平
面有一定倾角斜向放置。所述倾斜角度优选10-60° 。
具体的，如图1所示，该增压容器1上包括一进出气口 11和一高压液进排液
口 12，该高压液进排液口 12上连接一个三通件120的一个接口，其余两个接口， 其中一个为高压液进液口 121，连接进液管L1，其上设置有从增压容器向水泵方 向截止的单向阀F1并通过管路L1连接水泵2的高压出液口，第二个接口为回液 口 122，连接排液管L2,其上连接控制阀Dl并通过排液管L2与水箱21的回液口 连接。增压容器1上的进出气口 11上连接一三通13的一个接口；该三通的另外 两个接口， 一个是检测气体进气口 14，其上设进气管L3连接氦气气源，具体实例 中即供气气瓶6 (参见图2)，在该进气口上设有从增压容器向气源方向截止的单 向阀F2，在进气管L3上设有进气控制阀D5;三通13中的另一个接口是高压气体 排出口15，连接高压排气管L4，其通过高压排气管L4连接一检测工具3 (参见 图2)，在该管路上设有一个放空支路L5。在高压排气管L4上设有控制阀D4， 在放空支路L5上设有放空控制阔D3 (参见图2);
在如图2所示的检漏设备中，该检测工具3包括卡封工具31和检测集气套32， 所述卡封工具31设置在油管柱或套管柱4或辅助工具的内部，定位于待检漏部分 a的两侧，所述检测集气套32设置在油管柱或套管柱4或辅助工具外部，将待检 漏部分罩于其中，即在待检漏部分的内外两侧构成两个密封空间，在内的充气空 间41和在外的检测空间42，且该充气空间41与增压容器1上的高压气体排出口 15上的接管L4连通，使高压的检测气体进入到充气空间41，检测集气套32用于 收集从丝扣泄露而进入检测空间42中的检测气体，在检测空间42上通过接口 321 通过管路51连接检测气体检测仪器5。
增压容器1上的高压气体排出口 15连接管路L4，并密封地穿入卡封工具31 到两个卡封件之间，高压气体由此通道进入充气空间41中。检测集气套32的两 端口紧贴外壁设置在螺纹连接部的两侧，由此，在油管或套管4上构成内外两个 密封空间，即 一个充气空间41和一个检测空间42，在集气套32上设有接口 321， 其连接一检漏仪5的接口 51。
本检漏步骤如下
步骤l.打开控制阀D5，从气瓶6中放出检测气体-氦气，通过管路L3在所 述储能器的增压容器1中注入检测气体；
步骤2.启动高压水泵2，使高压液流通过管路L1和单向阀F1从储能器下部 进入增压容器1中，压縮其中的检测气体至检测所需的设定压力；在所述步骤1前后或步骤1中和/或步骤2中，同时在设备或管路上待检连接 部位上建立所述充气空间和检测空间；该步骤具体见后面的描述。
步骤3.打开增压容器上的高压气体排出口， g卩开启控制阀D4，将增压容
器1中的高压检测气体送入卡封工具31的所述充气空间41形成高压，当充气空 间41压力达到设计检测压力时，停止送气；
步骤4.静置一定时间，让与检测空间连接的检测仪器检测是否有检测气体从 充气空间41通过待测部位a进入到检测空间42，从而判定出待测部位a在设计检 测压力下是否有泄漏。
当管串一个检测部位a的检漏完成后，进行如下步骤
步骤5.打开增压容器的排液口上的控制阀D1排液，排放其中的液体，然后 关闭排液控制阀D1，让高压检测气体自动从充气空间返回到增压容器，降压为低 压气体，关闭增压容器排气口即关闭高压排气管路上的控制阀D4，打开自增压容 器排气口至充气空间之间高压管线上设置的放压阀D4，排尽其内部多余低压检测 气体；
步骤6.解除卡封工具的卡封，将所述卡封工具从检测部位取出。 当管串一个检测部位的检漏完成后，再将卡封工具和检测集气套移到另一个 检漏部位，将卡封工具设置在该检漏部位上构成所述的充气空间和检测空间，然 后重复上述方法。如果增压容器中的气压还能够满足检漏的需要，即可从上述步 骤3开始。如果气压不足，则从上述步骤1或步骤2开始即可。
所述卡封工具可以是通过注入流体的压力转换为轴向推力，进而转换为径向 力使之膨胀的卡封件。在两个卡封件上设有流体进口，使用时，向卡封件中通入 气体或液体，使得该卡封件膨胀，从而在油管柱内待检漏部位两侧封堵管子，形 成充气空间。而向充气空间中通入检测气体的管路穿过其中一个卡封件与充气空 间联通。
使用通过注入流体而膨胀的卡封件的所述卡封工具时，所述检漏方法中，要 增加一个建立充气空间的步骤，即将卡封工具设置在管柱内，两套卡封件定位于 检测部位的两侧，然后，向卡封件中注入流体，使卡封件中的胶筒膨胀，直至贴 紧管壁，形成密闭的充气空间。
所述卡封工具可以是如图3所示，包括两套卡封件33和一个中心柱310，两 套卡封件33套装在刚性中心柱310上，呈对称分布。每套卡封件33是由一个刚 性滑套331、一组上下叠在一起的两个胶筒332和一个弹性较好的控制环333组成。 两套卡封件33中弹性控制环333在外、滑套331在内将胶筒332夹在中间。
在中心柱310的两端固设有丝堵335，在两套卡封件33之间中心柱上套设定位套336，该丝堵和定位套与中心柱固定不能滑动。通过丝堵335和定位套336使 得两副卡封件33中的弹性控制环333、滑套331和胶筒332限定在中心柱310上 的一个区域内，滑套331、胶筒332可沿中心柱310有一定的轴向位移。
胶筒332在挤压作用下可径向膨胀，起卡封待检漏的管子的作用。滑套331 和中心柱310之间设有一个环形空隙，该环形空隙的通过分别嵌装固设在所述滑 套内壁和所述中心柱上的两个密封圈339，将滑套和中心柱之间封闭，构成一密闭 空腔b;在所述空腔b对应的中心柱管壁上设有一个流体入口 e，两个卡封件上的 所述流体入口 e连通中心柱310内一座封输入孔道334，该输入孔道334上设有卡 封流体进口，又叫座封进口c，设置在丝堵335上，与输入使得卡封件膨胀的流体 的装置的流体输送管道连接。在中心柱310内还设有充气孔道337，其一端口 d设 置在一个丝堵335上，另一端口 338设置在位于两个卡封件之间的中心柱外侧壁 上，作为充气空间检测气体进口 338,该充气孔道337与增压容器上的高压气体排 出管连接。
本卡封件的卡封原理是当流体从流体入口 e迸入所述空腔b内，流体压力 推动滑套轴向滑动，从而挤压胶筒332径向膨胀，即可实现卡封。当流体从流体 入口e排出后，控制环333在滑套331失去轴向力的状态时，提供足够的弹性力 辅助胶筒332轴向复位，卡封解除。如果不设置弹性控制环，胶筒332靠自身弹 性也可实现径向复位。
如果通入卡封件中的流体是水，则通过一水泵将带压水注入卡封件中。在卡 封工具的卡封件滑套空腔中充液体，即在一个卡封工具的坐封进口上连接高压液 管，高压液管的另一端连接水泵，该水泵可以是给增压容器提供高压水的水泵， 也可以是另外的水泵；在步骤3之前，开启该水泵，向卡封件内充液，直至卡封 件贴紧管壁，形成充气空间。
如果是利用向增加容器中提供高压水的水泵2向卡封件中输入高压水，则其 装置如图5所示，在增压容器1的高压液进口接管Ll或高压水泵的出液管路上接 出一支管Lla，该支管上设控制阀D6，控制阀D6后面通过三通连接两个支管， 其中一根支管连接至如图3所示检测工具中卡封件的座封进口 c即卡封件的进口， 另一根管子是泄压管，其上设一泄水阀D7。在进行步骤2向增压容器输入高压水 提高其中检测气体压力至设计压力的同时，通过支管Lla向卡封件内充水，直至 卡封件贴紧管壁，形成充气空间，通过控制阀停止向卡封件供水。向增压容器提 供高压水的步骤不变。当检测工作完成后，打开泄水阀D7，将卡封件中的水排出， 即可将卡封件拆下。使用上述卡封工具，水流经管路为自增压容器的高压液进 口接管Ll到支管Lla，到卡封工具丝堵335上的进口 c，再到坐封滑套内进口 e及滑套空腔b。通过滑套的移动压縮胶筒膨胀。在进行步骤2设计压力时，向卡封 件内充水，直至卡封件胶筒贴紧管壁，形成充气空间。再继续运转水泵，直至增 压容器达到设计压力；
当管串一个检测部位的检漏完成后，开启泄水阀D7，将卡封件中的水放出， 以卸下所述卡封工具。这时，将卡封工具移到另一检测部位后，先要向卡封件中 充入流体，在检漏部位建立起充气空间，再向其内充入设定压力的检测气体。
通入卡封件中的流体也可以是气体，通过一气泵将气体输入卡封件中。
如果是利用增压容器中的检测气体使得卡封件中的胶筒膨胀，则其装置如图4 所示，在前述图l的基础上，在高压排气管L4上连接一个三通，通过该三通接一 高压气排出支管L4'，在该支管L4，上再设置一个三通接出两个管段，其一是高压 气排出管，连接至如图3所示卡封工具上座封进口c，其二是泄压管，该支管L4' 上设控制阀D8，泄压管上连接泄压阀D9。使用时，在所述检漏方法中，在步骤2 和步骤3之间增加一个建立充气空间41的步骤，即将卡封工具设置在管柱内，两 套卡封件定位于检测部位的两侧，支管L4'连接的高压气排出管连接丝堵335上 的进口c。在步骤2中，当增压容器中检测气体的气压达到卡封件卡封所需的压力 时，将该检测气体通入卡封件，使滑套轴向滑动，挤压胶筒膨胀，直至达到胶筒 贴紧管壁，形成密闭的充气空间为止。然后关闭控制阀D8，再如上所述地继续完 成步骤2，通过高压水泵2向增压容器中注入液体，直到其中的气压达到检漏所需 的设定压力，然后就如上所述地向充气空间输入设定压力下的检测气体，也可以 是在充气空间建立之后一边通过高压水泵对增压容器中的检测气体增压， 一边向 充气空间输入检测气体，直到充气空间的压力达到检漏所需的压力。当检测工作 完成后，可以打开泄压阀D9，将卡封件中的气体放空。
在该优选方案中，当一个检漏部位检漏完成后，通过释放掉卡封件中的气体， 将卡封件取下。操作时应该先放充气空间的检测气体，直到充气空间的压力和大 气压平衡，再释放卡封件中的气或液体。
如果需要对另一个部位检漏时，将该卡封件设置在该处，重复上述步骤，如 果增压容器中的气压为设定压力，则将其中气体充入卡封件滑套空腔中，在检测 部位建立充气空间，再在充气空间中充入检测气体进行检漏。如果增压容器中气 压较低，则需要开动水泵，使得增压容器中的气压达到需要的压力。
使用所述卡封工具并使用检测气体作为卡封件中的卡封流体为一个较佳的方案。
所述检测气体可以是氦气、氩气和其他惰性气体，优选氦气。为节约成本， 可用氦气和氮气的混合气体，氦气浓度不低于5%，氦气为示踪气体。与之相匹配，通过检测仪器探査检测空间中的氦气浓度是否超过空气中正常的氦气浓度，依此 可判定待测部位有无泄漏，并根据氦气浓度的变化量，定量分析泄漏的程度。
当采用上述优选方案时，拆卸卡封件更好的方法是通过将增压容器上的排水 阀开启，将增压容器中的气压降低后让卡封件中的检测气体回流到增压容器中， 这对于使用例如氦气等贵重示踪气体是有意义的。具体地，可以先通过控制阀D1 排放增压容器l中的液体，降低增压容器内压力，再打开控制阀D8和D4，这样， 充气空间或者连同卡封件中的检测气体就会流回增压容器中。
上述各控制阀可以是电磁控制阀，也可以是气动控制阀，如果是电磁控制阀， 各个电磁控制阀连接控制电路，如果是气动控制阅，各个气动控制阀还要连接气 动管线，并设置空气泵提供控制气源。在如图1的设备中还包括一个控制台7，其 上设有电路板连接各个电磁或气动控制阀，通过操作控制台上的控制面板的控制 键1、 2、 3、 4、 5，即可对应控制相应的电磁或气动控制阀，实施如下的检漏方法。
本高效的高压气体检漏方法如下(参照图2):
步骤l.打开控制阀D5，同时关闭控制阀D1和D4，向储能器l的增压容器 1中注入检测气体，该检测气体可以是含有氦气不低于5%的氮气和氦气的混合气 体，其压力一般为2-5MPa;该氦气通过气瓶6提供。供气完成后关闭控制阀D5。
为了保证气水不混合，在步骤1中，增压容器的进气压力或进气量也是需要 控制的，该进气量或进气压力的大小是根据增压容器的容积、检测压力的大小、 检测油管(套管)的内径、卡封工具的外径等来测定。总的要求是检测时卡封工 具内不见水，通过看卡封工具解封时是否见水，通气量以不见水为宜。
步骤2.启动水泵2，高压水流通过单向阀F1，从储能器l的高压水进水口 121进入增压容器中，压縮其中的检测气体，气压达到卡封件能够形成充气空间所 需的压力，即设定的卡封压力，此时，打开控制阀D8，卡封件卡封；将通向卡 封件的管路上的阀门D8关闭，同时开启水泵2，对增压容器内检测气体继续加压 至设定压力，即检测压力；
步骤3.打开增压容器l上的高压气体排出口 15，即打开控制阀D4，将高压 气体送入充气空间41，直到充气空间达到设计检测压力，关闭控制阀D4稳压一 定时间，例如为20-30秒。
该高压气体可以根据用途连接管线使用，本发明用于检漏是用途之一，还可 以用于其他用途，例如用于压力容器的试压等。
步骤4.在待检的丝扣a外用集气套32密闭的检测空间收集渗漏出的氦气， 集气套32与质谱检漏仪7连接，通过检漏仪检测是否有检测气体从充气空间通过 待测部位进入到检测空间，从而判定出待测部位是否有泄漏。如果在丝扣外检测到收集气体中氦气的浓度大于大气的氦气浓度，说明丝扣不密封，反之说明丝扣 密封。
当管串一个检测部位的检漏完成后，将充气空间和卡封件滑套内空腔中的气 体放出。如果要将充气空间和卡封件滑套空腔中的气体送回增压容器中，做法是: 首先开启排水管L2上的控制阀件D1，排出增压容器中的一部分水，再打开高压 排气管上的控制阀件D4，即可使得充气空间中的气体回到增压容器1中，再打开 控制阀D8，可使得空腔b中的检测气体回到增压容器1中。
为了使得高压液对于增压容器中的检测气体的增压时气和液体不混合，另外， 为保证放出的高压检测气体不含液体和升压更加高效、快捷，增压容器优选耐压 管体，要倾斜放置，与水平面的倾角最好在10-60°之间，高压液进液口设置在增 压容器的下方，高压气体排气口位于增压容器的上方。斜置的目的是高压液进入
增压容器后，靠重力作用实现气水分离，高压液进入增压容器内形成液体活塞， 推动检测气体压縮。
当所述增压容器为两个或多个时，如图5所示，各个所述增压容器1上的通 入检测气体、输出达到设定值压力的检测气体、所述液体进入和排出的各个进出 口均对应并联连接，这时，在向所述增压容器中打入高压液体一段时间后，停止 泵入液体后需要静置一段时间，使得各个所述增压容器中的液体达到平衡，然后 向设备或管路上连接部位进行密封性检测，和/或，继续泵入液体，继续提高所述 容器中的检测气体的压力。在图5所示的实施例中，是将管体制作的增压容器1 的两个端口分别连接起来，接出两个总管， 一个接三通13，如上所述地接管路L3 和L4，另一个总管接三通120，再如上所述地接管路Ll和L2。
所述停止的时间为20-30秒；或通过观察各个所述容器上设置的压力表，以各 个压力表上的压力趋于一致为宜。
权利要求
1.一种高效的高压气体检漏方法，其特征在于其包括高压检测气体的生成过程和用该高压检测气体对于设备或管路上连接部位密封性的检测过程，所述生成过程，是在一个容器中先注入设定量的检测气体，然后，再向该容器中通入具有压力的液体，通过该液体压缩所述检测气体，使得该检测气体的压力提高到设定压力值；所述检测过程，是在被检测设备或管路上待检测的连接部位，建立内外两个密闭空间，在内密闭空间上至少设有进口，用来注入检测气体使得其中气压达到检测要求的压力值，在外密闭空间上设有接口，在该接口上连接对于检测气体可以感知的检测器，通过检测器检验在外密闭空间中是否有来自在内密闭空间泄漏的检测气体；和/或，根据所述检测气体内示踪元素参数的增加，定量分析连接螺纹扣泄漏的程度。
2. 根据权利要求l所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于所述方法 在如下设备中进行，该设备包括一动力部分、 一储能器和一检测工具所述动力部分包括一水泵；所述储能器，其包括一个所述容器，即增压容器；该增压容器上端有低压 检测气体进入口和高压检测气体排出口；低压检测气体进入口通过进气管与气源 连接；高压检测气体排出口通过高压排气管与所述检测工具相连接；增压容器下 端设有一高压液进口和一排液口，该高压液进口通过进液管连接所述水泵的高压 出液口，排液口上连接排液管；在各个连接管路上设有相应的控制阀件，以控制 高压液进入和排出该增压容器，以及低压气体进入增压容器和高压气体从增压容 器排出进入检测工具；所述检测工具，包括卡封工具和检测集气套，所述卡封工具设置在油管柱或 套管柱或辅助工具的内部，定位于待检可能泄漏的连接螺纹扣部分的两侧，用来 建立可充入检测气体的内密闭空间，或称充气空间；所述检测集气套设置在油管 柱或套管柱或辅助工具外部，定位于可能泄漏的连接螺纹扣部位，并将该待检漏 部位罩于所述检测集气套中，建立可检测泄漏的外部密闭空间或称检测空间；该 充气空间与所述增压容器上的高压排气管连通，使高压的检测气体进入到充气空 间；在检测空间上连接检测气体检测仪器；在所述低压检测气体进入口、高压气 体排出口、高压液进口和排液口连接的管路上至少设有所述控制阀件；本检漏方法包括如下步骤-步骤l.在所述储能器的增压容器中注入检测气体；步骤2.启动高压水泵，使得高压液流从所述增压容器的高压液进口进入增压 容器中，压縮其中的检测气体至设定压力；在所述步骤1前后或步骤1中和/或步骤2中，同时在设备或管路上待检连接 部位上建立所述充气空间和检测空间；步骤3.让所述增压容器中的所述检测气体进入所述充气空间，当充气空间压 力达到设计检测压力时，即完成定压检测气体构建，停止送气；在该步骤中根 据增压容器中的检测气体的压力或停止所述高压水泵，或者继续启动高压水泵；步骤4.用与所述检测空间连接的检测仪器，检测是否有检测气体从充气空间 通过待测部位的微细孔道进入到检测空间，从而判定出待测部位是否有泄漏；和/ 或，根据泄漏气体中的示踪元素浓度变化，定量分析连接螺纹扣泄漏的程度。
3. 根据权利要求2所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于当一个检 测部位的检漏完成后，将所述检测工具从该检测部位卸下；步骤5.打开增压容器的排液口排液，排放其中的液体，然后关闭排液控制阀，让高压检测气体自动从充气空间返回到增压容器，降压为低压气体，关闭增压容器排气口，打开自增压容器排气口至充气空间之间高压管线上设置的放压阀，排 尽其内部多余低压检测气体；步骤6.解除卡封工具的卡封，将所述卡封检测工具从检测部位取出，同时卸 下集气套；之后，结束工作；或者，再将卡封工具和检测集气套移到另一个检漏部位， 将检测工具设置在该检漏部位上构成所述的充气空间和检测空间；从上述步骤3 开始，或从上述步骤1或步骤2开始即可。
4. 根据权利要求2所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于 所述卡封工具包括两个通过通入流体即可膨胀而将所述检测部位的管通道两侧封闭起来构成所述充气空间的卡封件；和/或，所述卡封工具是通过注入流体的压力转换为轴向推力，进而使之膨胀的卡封 件；或者，所述卡封件是包括一弹性胶筒和一个通过通入流体而使得所述弹性胶筒径向 膨胀而封闭管通道两侧的活塞缸装置；所述检漏方法中，建立充气空间的步骤，即为将卡封工具设置在管柱内，两 套卡封件定位于检测部位的两侧，然后，向卡封件中注入流体，通过在该卡封件中通入具有设定压力的流体，使卡封件因通入流体膨胀或产生轴向力的挤压作用 产生径向膨胀而将检漏部位的两侧封住构成充气空间；或者且，在一处检漏完成 后，先放充气空间的检测气体，直到充气空间的压力和大气压平衡，随后再释放 卡封件中的流体，以卸下所述卡封工具。
5.根据权利要求4所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于 通入其卡封件中的所述流体是液体，通过一水泵将带压液体注入卡封件中， 液体流经的路径为该水泵的高压液排出管至所述卡封工具中的所述卡封件的进 口；在步骤3之前，开启该水泵，向卡封件内充液体，直至卡封件贴紧管壁，形 成充气空间；当管串一个检测部位的检漏完成后，将卡封件中的液体放出，以卸 下所述卡封检测工具；或者，利用向所述增压容器中提供高压液体的所述水泵向卡封件中输入高压液体， 则液体流经的管路路径为自增压容器的所述进液管接出的一高压液管路，连接 到卡封件的进口，该高压液管路上设置控制阀；在进行步骤2向增压容器输入高 压液体提高其中检测气体压力至设计压力的同时或先后，通过所述的高压液管路 向卡封件内充液体，直至卡封件贴紧管壁，形成充气空间，通过控制阀停止向卡 封件供液体，向增压容器提供高压液体的步骤不变；或者，通入卡封件中的流体是气体，通过一气泵将气体输入卡封件中；或者， 利用所述增压容器中的检测气体使得卡封件膨胀，则在所述增压容器的高压 排气管上增设一支路，连接所述卡封件的进口，该支路上设置控制阀；在步骤2 中，当所述增压容器中检测气体的气压达到所述卡封件卡封所需的压力时，将该 检测气体通入所述卡封件，直至所述卡封件中的压力达到贴紧管壁，形成充气空 间为止，然后再向充气空间输入检测气体致其中压力达到设定压力；或者且，当 管串一个检测部位的检漏完成后，先通过所述控制阀使增压容器中至少一部分液 体排出，降低增压容器内压力，再打开高压排气管上的控制阀件，使得所述充气 空间或者连同所述卡封件中的检测气体流回增压容器中；或者，所述卡封工具包括两套所述卡封件和一个中心柱，两套所述卡封件套装在刚 性所述中心柱上；每套所述卡封件包括一个刚性滑套和一组弹性材质胶筒；每套 所述卡封件中的所述胶筒和所述滑套套设在所述中心柱上，所述滑套和胶筒的外 端在中心柱上沿轴向限位，但可使得该滑套和胶筒沿中心柱外壁轴向设定距离内 位移，所述滑套和中心柱之间的配合间隙设成一个空腔，该空腔通过分别嵌装固 设在所述滑套内壁和所述中心柱上的两个密封圈封闭；在所述空腔对应的中心柱上设有一个流体入口；两套卡封件上的所述流体入口连通中心柱内的输入孔道； 从所述流体输入孔道向所述腔室中通入具有一定压力的流体，使得滑套在中心柱 上滑动挤压胶筒，使得胶筒在轴向压力下发生径向膨胀卡紧管壁形成所述充气空 间，当检漏结束要从油管柱上拆下卡封件时，排出空腔中的流体，胶筒靠自身弹 性径向复位，恢复原状，方便拆除在两卡封件之间的中心柱外壁上还设有一个 气体进口，也即充气空间检测气体进口，其连接中心管内的充气孔道，该充气孔 道在卡封工具上设有端口作为卡封工具的检测气体进口，与所述增压容器上的高 压排气管连接。
6. 根据权利要求5所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于在所述中 心柱上所述胶筒一端紧靠滑套，另一端靠在中心柱上还设有的一弹性控制环上， 在流体压缩胶筒的同时，也压縮所述弹性控制环，当检漏结束要拆下卡封件时， 将流体从所述空腔中排出，所述控制环在滑套失去轴向力的状态下，提供足够的 弹性力辅助胶筒轴向复位。
7. 根据权利要求2至6之一所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于所述增压容器上设置两个口一是位于上部的进排气口，即将高压排气口和低压气体进口合并为一个气口， 在该气口连接一个三通后分成两个接口，分别连接所述高压排气管和所述进气管； 在所述进气管上设从增压容器向气源方向截止的单向阀；在高压排气管上设控制 阀件；所述控制阀件可实现以下目的低压检测气体进入增压容器；产生的高压 检测气体再排出增压容器；关闭阀件在增压容器上端形成密闭端以便增压；二是位于下部的进排液口，即将高压液进液口和排液口合并为一个液口，在 该液体口连接一个三通后分成两个接口，分别连接所述进液管和排液管；在所述 进液管上设置从所述增压容器向所述水泵方向截止的单向阀；在所述排液管上设 控制阀件，所述控制阀件组可以控制高压液体进入、排出增压容器；关闭阀件 使得排液管封闭。
8. 根据权利要求2-7之一所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于所述增压容器是一可以承受高压或超高压的密闭壳体或者管体，使用所述管 体做所述增压容器，该管体的一端口构成所述低压检测气体进入口和高压检测气 体排出口，另一端口构成所述高压液进口和一排液口，所述管体为和水平面有一定倾角斜向放置；或且所述倾斜角度优选10-60° ;或者，检测仪器是能检测出检测气体浓度的检漏仪；或者， 所述检测气体为惰性气体；或者， 所述检测气体是氦气或氩气；或者，所述检测气体是氦气和氮气的混合气体，混合气体中氦气浓度不低于5%即可。
9. 根据权利要求1或2所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于所述 增压容器的进气压力或进气量应是以在检测时卡封检测工具内不见液体为准， 即在卡封检测工具解封时不见液体的通气量为宜；或者，所述增压容器为两个或多个，各个所述容器上的通入检测气体、输出达到设 定值压力的检测气体、所述液体进入和排出的各个进出口均对应并联连接，这时， 在向所述增压容器中打入高压液体一段时间后，停止泵入液体后需要静置一段时 间，使得各个所述增压容器中的液体达到平衡，然后向设备或管路上连接部位进 行密封性检测，和/或，继续泵入液体，继续提高所述容器中的检测气体的压力。
10. 根据权利要求9所述的高效的高压气体检漏方法，其特征在于所述停 止的时间为20-30秒；或通过观察各个所述容器上设置的压力表，以各个压力表上 的压力趋于一致为宜。
全文摘要
本发明提供一种高效的高压气体检漏方法，其包括高压检测气体的生成过程和用该高压检测气体对于设备或管路上连接部位密封性的检测过程，生成过程是在一容器中先注入设定量的检测气体，再向容器中通入具有压力的液体，通过液体压缩检测气体，使其压力提高到设定压力值，变为定压检测气体；检测过程是在被检测设备或管路上待检测的连接部位，建立内外两个密闭空间，在内密闭空间上至少设进口，用来注入定压检测气体，在外密闭空间上设接口，在接口上连接检测器，通过检测器检验在外密闭空间上是否有来自在内密闭空间泄漏的检测气体。本发明为石油工业现场高压气体检测找到一种非常可靠的办法，它把几种工艺连接在一起，达到了现场检漏的目的。
文档编号G01M3/22GK101598624SQ200910086709
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者周理志, 张福祥, 王立志, 马怀兵 申请人:安东石油技术(集团)有限公司