一种井下工具动态性能实验检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型具体提供了一种井下工具动态性能实验检测装置，包括蠕动加载机构、实验工装机构和测控机构，蠕动加载机构由基座、设置在基座上的加载液缸总成、导轨以及设置在导轨上的小车组成，基座的中轴线与导轨的中轴线对齐；实验工装机构由压帽、加载短接、加载光杆、密封套管、法兰接头、变扣接头、试验套管、盲法兰组成，测控机构包括三组控制装置和中央处理系统CPU，每组控制装置包括储能装置、液压泵、单流阀、压力传感器和泄压阀。该实用新型实现了封隔器等油气井工具在井下高压工况的蠕动试验，从而更加贴近工具在井下的实际工作状态，为封隔器等井下工具的研发提供实验平台，解决实际生产问题。
【专利说明】一种井下工具动态性能实验检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型具体涉及一种井下工具动态性能实验检测装置，主要适用于油、气、注水井封隔器等井下工具在蠕动状态下的密封性能和疲劳性能实验。
【背景技术】
[0002]目前传统的封隔器实验检测装置，一般是先将封隔器下入到模拟井筒内，固定好封隔器，封隔器坐封，封隔器上下腔进行承压实验。而在对封隔器进行性能检测时，主要针对高温高压下的密封性能做相应测试，如中国ZL201120241698公开一种封隔器试验装置，其应用于油田井下封隔器的室内试验，下接头的壁上有一个液压接头固定孔，在下接头的上端螺纹连接罐体，罐体的上端螺纹连接油管挂座，油管挂座的壁上有一个液压接头固定孔，在油管挂座的内壁上有一个圆锥面台阶，在油管挂座的圆锥面台阶上有一个环柱体形的油管挂；油管挂座上端螺纹连接一个环形的压帽，压帽的下端压在油管挂的上端面上；在油管挂在中心孔内有油管；油管的下端螺纹固定有丝堵，丝堵下端有底，本实用新型为模拟水平井和大斜度井的封隔器座封，其主要为一种密封装置。
[0003]另外，专利号为CN104048818A公布了一种封隔器性能检测的试验装置，其包括:密封机构，包括密封封隔器的套筒以及支撑套筒的支撑架；移动机构，包括支撑板以及设于支撑板上沿套筒轴向延伸的竖直导轨，以及滑动设于竖直导轨上的托板；拉压机构设于托板上，包括为封隔器提供拉力或压力的伸缩油缸，伸缩油缸的活动端设有与封隔器端部相连，在活动端与封隔器端部相连处设有压力传感器；扭转机构，设于托板上，包括驱动电机、与驱动电机相连的传动轴以及检测扭转力的扭转传感器，传动轴的端部设有与封隔器端部相连的连接套；测控系统，与压力传感器和扭转传感器相连。该实用新型为一种在室内针对封隔器拉压、扭转条件下进行性能检测的装置。
[0004]然而，在实验过程中封隔器始终处于固定状态，不能沿轴向运动，而在实际工况条件下，几千米的管柱带着封隔器下到井底，由于压力、温度等因素作用在管柱和封隔器上，封隔器是沿轴向蠕动的，这也是现场施工中经常发现封隔器失效的原因所在。为模拟实际工况条件，需要研发一种井下工具动态性能实验装置。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是克服现有封隔器实验检测装置不能模拟封隔器在蠕动状态的工况条件下实现性能检测的问题。
[0006]为此，本实用新型提供了一种井下工具动态性能实验检测装置，包括蠕动加载机构、实验工装机构和测控机构，所述蠕动加载机构由基座、设置在基座上的加载液缸总成、导轨以及设置在导轨上的小车组成，所述导轨设置在基座的一侧，导轨的中轴线与基座的中轴线对齐；
[0007]所述实验工装机构由压帽、加载短接、加载光杆、密封套管、法兰接头、变扣接头、试验套管、盲法兰组成，所述加载短接上端与压帽连接，其下端与加载光杆连接，所述加载光杆上端设有中心管进液口，所述加载光杆内部设有中心管，该中心管上端与中心管进液口相通，其下端延伸至加载光杆下端面，所述加载光杆下端连接有变扣接头，所述密封套管套接在加载光杆的外壁上，所述密封套管上端与加载液缸总成相连，密封套管下端下端连接法兰接头上端，所述法兰接头上端设有上腔进液孔，所述法兰接头下端连接试验套管上端，所述加载光杆的下端置于试验套管内，所述试验套管下端连接盲法兰，所述盲法兰的中心设有下腔进液孔，该下腔进液孔与试验套管相通，所述试验套管置于小车上；
[0008]所述测控机构包括三组控制装置和中央处理系统CPU，每组控制装置包括储能装置、液压泵、单流阀、压力传感器和泄压阀，所述压力传感器一端通过单流阀与储能装置一端相连，所述储能装置另一端与液压泵相连，所述三组控制装置中的压力传感器的另一端通过管线分别与中心管进液口、上腔进液孔和下腔进液孔相连，所述泄压阀设置在管线上，所述每组控制装置中的液压泵、压力传感器和泄压阀均与中央处理系统CPU电连接。
[0009]所述加载液缸总成包括两个液缸、两个柱塞、连接盘和加载横梁；
[0010]所述连接盘上有三个水平排列的法兰孔，两侧两个法兰孔分别与两个液缸连接，中间法兰孔和密封套管连接；
[0011]所述加载横梁上有三个水平排列的圆孔，两侧两个圆孔分别与两个柱塞连接，中间圆孔和加载短接连接，加载横梁通过柱塞与连接盘固定。
[0012]所述小车包括轮子、设置在轮子上的底盘、设置在底盘上的高度调节缸、与高度调节缸相连的扶正滚轮、以及设置在高度调节缸和扶正滚轮之间的调节手柄，该小车有两个。
[0013]所述加载短接为带有一个台阶的圆柱体，其上端有外梯形螺纹，下端有内梯形螺纹。
[0014]所述加载光杆是一个上下均带有外梯形螺纹的圆柱体。
[0015]所述密封套管是一个上端有法兰、下端有套管外螺纹的圆柱管，其上端法兰中心孔与加载光杆之间设有密封圈一。
[0016]所述法兰接头是一个上端有内套管螺纹、下端有法兰的圆管。
[0017]所述试验套管是一个上下端均带有法兰的圆管，其上下端法兰均通过螺栓和螺栓压帽分别与法兰接头下端法兰和盲法兰固定连接。
[0018]所述变扣接头是一个上端有内梯形螺纹、下端有外油管螺纹的圆管，该变扣接头与加载光杆之间设有密封圈二。
[0019]所述盲法兰为一个带有管螺纹中心通孔的法兰盘。
[0020]本实用新型的有益效果:本实用新型能实现封隔器等油气井工具在井下高压工况的蠕动试验，从而更加贴近工具在井下的实际工作状态，为封隔器等井下工具的研发提供实验平台，解决实际生产问题。
[0021](I)本实用新型能在封隔器等井下工具坐封且上下有压差条件下对其施加力，使其往复运动。
[0022](2)本实用新型试验套管可以更换，根据需要可以更换为不同规格和长度的试验套管，扩大适用范围。
[0023]以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型中蠕动加载机构侧视示意图。
[0025]图2为本实用新型中蠕动加载机构俯视示意图。
[0026]图3为本实用新型中蠕动加载机构连接盘左视图。
[0027]图4为本实用新型中蠕动加载机构加载横梁左视图。
[0028]图5为本实用新型中蠕动加载机构小车左视图。
[0029]图6为本实用新型中蠕动加载机构、实验工装机构的组合示意图。
[0030]图7为本实用新型中实验工装机构的结构示意图。
[0031]图8为本实用新型中测控机构的原理示意图。
[0032]附图标记说明:1、基座；2、加载液缸总成；3、导轨；4、小车；5、压帽；6、加载短接；7、加载光杆；8、密封套管；9、法兰接头；10、螺栓压帽；11、螺栓；12、变扣接头；13、试验套管；14、盲法兰；15、储能装置；16、液压泵；17、单流阀；18、压力传感器；19、泄压阀；21、液缸；22、柱塞；23、连接盘；24、加载横梁；41、轮子；42、底盘；43、高度调节缸；44、调节手柄；45、扶正滚轮；71、中心管进液孔；72、密封圈一 ；81、密封圈二 ；91、上腔进液孔；92、下腔进液孔。
【具体实施方式】
[0033]实施例1:
[0034]为了克服现有封隔器实验检测装置不能模拟封隔器在蠕动状态的工况条件下实现性能检测的问题，本实施例提供了一种如图1，图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示的井下工具动态性能实验检测装置，包括蠕动加载机构、实验工装机构和测控机构，所述蠕动加载机构由基座1、设置在基座I上的加载液缸总成2、导轨3以及设置在导轨3上的小车4组成，所述导轨3设置在基座I的一侧，导轨3的中轴线与基座I的中轴线对齐；所述的导轨3为两根工字形钢梁组成，小车4可在导轨3上自由滑动。
[0035]所述实验工装机构由压帽5、加载短接6、加载光杆7、密封套管8、法兰接头9、变扣接头12、试验套管13、盲法兰14组成，所述加载短接6上端与压帽5连接，其下端与加载光杆7连接，所述加载光杆7上端设有中心管进液口 71，所述加载光杆7内部设有中心管，该中心管上端与中心管进液口 71相通，其下端延伸至加载光杆7下端面，所述加载光杆7下端连接有变扣接头12，所述密封套管8套接在加载光杆7的外壁上，所述密封套管8上端与加载液缸总成2相连，密封套管8下端下端连接法兰接头9上端，所述法兰接头9上端设有上腔进液孔91，所述法兰接头9下端连接试验套管13上端，所述加载光杆7的下端置于试验套管13内，所述试验套管13下端连接盲法兰14，所述盲法兰14的中心设有下腔进液孔92，该下腔进液孔92与试验套管13相通，所述试验套管13置于小车4上。
[0036]所述测控机构包括三组控制装置和中央处理系统CPU，每组控制装置包括储能装置15、液压泵16、单流阀17、压力传感器18和泄压阀19，所述压力传感器18 —端通过单流阀17与储能装置15 —端相连，所述储能装置15另一端与液压泵16相连，所述三组控制装置中的压力传感器18的另一端通过管线分别与中心管进液口 71、上腔进液孔91和下腔进液孔92相连，所述泄压阀19设置在管线上，所述每组控制装置中的液压泵16、压力传感器18和泄压阀19均与中央处理系统CPU电连接。
[0037]该实用新型中中央处理系统CPU将采集的压力传感器数据与程序设定参数比对后控制各测控元器件的动作。当由于试验工具的蠕动引起试验套管13或中心管进液孔71内压力变化时，中央处理系统CPU控制泄压阀19或液压泵16及储能装置15工作，进行泄压或补压操作，保证试验压力的平稳。
[0038]实施例2:
[0039]在实施例1的基础上，所述加载液缸总成2包括两个液缸21、两个柱塞22、连接盘23和加载横梁24 ;所述连接盘23上有三个水平排列的法兰孔，两侧两个法兰孔分别与两个液缸21连接，中间法兰孔和密封套管8连接；所述加载横梁24上有三个水平排列的圆孔，两侧两个圆孔分别与两个柱塞22连接，中间圆孔和加载短接6连接，加载横梁24通过柱塞22与连接盘23固定。
[0040]所述小车4包括轮子41、设置在轮子41上的底盘42、设置在底盘42上的高度调节缸43、与高度调节缸43相连的扶正滚轮45、以及设置在高度调节缸43和扶正滚轮45之间的调节手柄44，该小车4有两个。
[0041]而所述加载短接6为带有一个台阶的圆柱体，其上端有外梯形螺纹，下端有内梯形螺纹。所述加载光杆7是一个上下均带有外梯形螺纹的圆柱体。所述密封套管8是一个上端有法兰、下端有套管外螺纹的圆柱管，其上端法兰中心孔与加载光杆7之间设有密封圈二 81 ;密封套管8上端法兰与蠕动加载结构的连接盘23相连。所述法兰接头9是一个上端有内套管螺纹、下端有法兰的圆管。所述试验套管13是一个上下端均带有法兰的圆管，其上下端法兰均通过螺栓和螺栓压帽分别与法兰接头9下端法兰和盲法兰14固定连接；根据实验需要，可以更换不同规格和长度的试验套管13。所述变扣接头12是一个上端有内梯形螺纹、下端有外油管螺纹的圆管，该变扣接头12上端与加载光杆7之间设有密封圈一 72 ;变扣接头12下端连接试验工具。所述盲法兰14为一个带有管螺纹中心通孔的法兰盘。
[0042]该实用新型实验时先将试验工具连接在变扣接头12的下端，然后将试验套管13的上端与法兰接头9的下端连接好，将实验工装机构置于小车4的扶正滚轮45，通过调节手柄44调节高度调节缸43的高度，使得实验工装机构与蠕动加载结构连接盘23的中间法兰孔同心，用螺栓将其与连接盘23连接，调整加载横梁24，使得加载短接6进入加载横梁24的中间孔，拧紧压帽5，将加载短接6固定在加载横梁24上；将中心管进液孔71、上腔进液孔91、下腔进液孔92分别连接到对应的液压管线上。
[0043]由中央处理系统CPU发出指令使得中心管进液孔71进液，达到一定压力后，坐封试验工具；之后，中央处理系统CPU控制使得上腔进液孔91与下腔进液孔92分别进液，达到设定试验压力后停止进液(上腔、下腔试验压力值范围0-70MPa);此时，远程控制加载液缸总成2对加载光杆7施加力，使得加载光杆7带动试验工具做往复运动，模拟实际管柱的带压蠕动工况。由于液体不可压缩，当试验工具往复运动时，工具的上下压力会变化，此时中央处理系统CPU根据压力监测情况控制泄压阀19或液压泵16及储能装置15工作。当监测的压力高于设定试验压力时，控制泄压阀19打开，缓慢泄压至试验压力；当监测的压力低于设定试验压力时，控制储能装，15和液压泵16工作使压力升至试验压力。
[0044]综上所述，本实用新型能实现封隔器等油气井工具在井下高压工况的蠕动试验，从而更加贴近工具在井下的实际工作状态，为封隔器等井下工具的研发提供实验平台，解决实际生产问题。
[0045]以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种井下工具动态性能实验检测装置，包括蠕动加载机构、实验工装机构和测控机构，其特征在于: 所述蠕动加载机构由基座(I)、设置在基座(I)上的加载液缸总成(2)、导轨(3)以及设置在导轨(3)上的小车(4)组成，所述导轨(3)设置在基座(I)的一侧，导轨(3)的中轴线与基座(I)的中轴线对齐； 所述实验工装机构由压帽(5)、加载短接￠)、加载光杆(7)、密封套管(8)、法兰接头(9)、变扣接头(12)、试验套管(13)、盲法兰(14)组成，所述加载短接(6)上端与压帽(5)连接，其下端与加载光杆(7)连接，所述加载光杆(7)上端设有中心管进液口(71)，所述加载光杆(X)内部设有中心管，该中心管上端与中心管进液口(71)相通，其下端延伸至加载光杆(7)下端面，所述加载光杆(7)下端连接有变扣接头(12)，所述密封套管(8)套接在加载光杆(7)的外壁上，所述密封套管(8)上端与加载液缸总成(2)相连，密封套管(8)下端连接法兰接头(9)上端，所述法兰接头(9)上端设有上腔进液孔(91)，所述法兰接头(9)下端连接试验套管(13)上端，所述加载光杆(7)的下端置于试验套管(13)内，所述试验套管(13)下端连接盲法兰(14)，所述盲法兰(14)的中心设有下腔进液孔(92)，该下腔进液孔(92)与试验套管(13)相通，所述试验套管(13)置于小车(4)上； 所述测控机构包括三组控制装置和中央处理系统CPU，每组控制装置包括储能装置(15)、液压泵(16)、单流阀(17)、压力传感器(18)和泄压阀(19)，所述压力传感器(18) —端通过单流阀(17)与储能装置(15) —端相连，所述储能装置(15)另一端与液压泵(16)相连，所述三组控制装置中的压力传感器(18)的另一端通过管线分别与中心管进液口(71)、上腔进液孔(91)和下腔进液孔(92)相连，所述泄压阀(19)设置在管线上，所述每组控制装置中的液压泵(16)、压力传感器(18)和泄压阀(19)均与中央处理系统CPU电连接。
2.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述加载液缸总成(2)包括两个液缸(21)、两个柱塞(22)、连接盘(23)和加载横梁(24); 所述连接盘(23)上有三个水平排列的法兰孔，两侧两个法兰孔分别与两个液缸(21)连接，中间法兰孔和密封套管(8)连接； 所述加载横梁(24)上有三个水平排列的圆孔，两侧两个圆孔分别与两个柱塞(22)连接，中间圆孔和加载短接(6)连接；加载横梁(24)通过柱塞(22)与连接盘(23)固定。
3.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述小车(4)包括轮子(41)、设置在轮子(41)上的底盘(42)、设置在底盘(42)上的高度调节缸(43)、与高度调节缸(43)相连的扶正滚轮(45)、以及设置在高度调节缸(43)和扶正滚轮(45)之间的调节手柄(44)，该小车(4)有两个。
4.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述加载短接(6)为带有一个台阶的圆柱体，其上端有外梯形螺纹，下端有内梯形螺纹。
5.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述加载光杆(7)是一个上下均带有外梯形螺纹的圆柱体。
6.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述密封套管(8)是一个上端有法兰、下端有套管外螺纹的圆柱管，其上端法兰中心孔与加载光杆(7)之间设有密封圈二(81)。
7.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述法兰接头(9)是一个上端有内套管螺纹、下端有法兰的圆管。
8.如权利要求1或7所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述试验套管(13)是一个上下端均带有法兰的圆管，其上下端法兰均通过螺栓和螺栓压帽分别与法兰接头(9)下端法兰和盲法兰(14)固定连接。
9.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述变扣接头(12)是一个上端有内梯形螺纹、下端有外油管螺纹的圆管，该变扣接头(12)与加载光杆(7)之间设有密封圈一(72)。
10.如权利要求1所述的井下工具动态性能实验检测装置，其特征在于:所述盲法兰(14)为一个带有管螺纹中心通孔的法兰盘。
【文档编号】G01M13/00GK204255623SQ201420687274
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】任国富, 付钢旦, 桂捷, 王治国, 邵媛, 冯飞, 吕伟, 张军 申请人:中国石油天然气股份有限公司