本发明涉及一种油气田钻完井领域，特别是关于一种用于测试智能井井下机械密封工具性能的智能井井下金属密封实验装置。
背景技术：
井下流量控制阀是智能井技术的核心部件，是负责智能井实现井下流量调节控制的装置，可靠的密封性能是智能井下流量控制阀正常工作的前提，一旦密封失效，智能井井下开关井、井下流量调节就无法完成，尤其是井下流量控制阀的工作环境十分恶劣，承受着井下高温、高压以及磨粒和其他腐蚀性介质的冲蚀，是对流量控制阀的密封性能提出了极高的要求，传统的非金属密封具有较好的初始密封性能，但由于井下高温高压强腐蚀和磨粒性介质，易于老化和损坏，难以满足与油气井等寿命的要求，金属密封具有较高的寿命，但多用于静密封和端面密封。在智能井中采用径向机械密封是一种新的尝试，为了保证智能井井下金属密封装置能够在井下正常工作，模拟井下流量控制阀的工作环境，对井下密封方式进行实验测试是非常必要的。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种智能井井下金属密封实验装置，其能对径向密封装置进行实验，又可以完成端面密封的实验。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种智能井井下金属密封实验装置，其特征在于：该实验装置包括支架和位于所述支架下部的实验装置底座，所述实验装置底座上设置有压力容器；所述压力容器包括压力容器法兰底座、压力容器套筒和压力容器法兰顶盖；所述压力容器法兰底座设置在所述实验装置底座上，位于所述压力容器法兰底座上部设置有所述压力容器套筒，在所述压力容器套筒内形成压力容置腔；位于所述压力容器套筒顶部设置有所述压力容器法兰顶盖；位于所述压力容置腔内设置有密封阀体以及设置在所述密封阀体内的密封阀芯；所述密封阀芯顶部穿过所述压力容器法兰顶盖后外接液压缸，所述液压缸固定在所述支架顶部，在所述液压缸作用下所述密封阀芯在所述密封阀体内上下移动；在所述压力容器套筒的外部设置有加热套；在所述压力容器法兰顶盖顶部设置有用于安装压力密封装置的开式密封槽，通过所述压力密封装置实现所述压力容器法兰顶盖与所述密封阀芯之间的压力密封；在所述压力容器法兰底座顶部中间位置处设置有安装槽，所述安装槽内设置有密封测试装置，所述密封测试装置位于所述密封阀芯的前端，通过所述密封阀芯与所述密封测试装置的配合实现动态密封测试。
进一步，所述密封测试装置包括密封阀座、密封件支撑座和待测试机械密封测试件；所述密封阀座底部设置在所述压力容器法兰底座的所述安装槽内，所述密封阀体位于所述密封阀座上部；所述密封阀座顶部设置有凹槽，所述凹槽内设置有凹槽型的所述密封件支撑座；在所述密封阀座的凹槽内上部设置有所述待测试机械密封测试件，且所述密封件支撑座位于所述待测试机械密封测试件下部；所述密封阀芯端部能与所述待测试机械密封测试件发生金属接触，完成密封。
进一步，位于所述密封阀座底部与所述压力容器法兰底座之间设置有孔封脚形滑环密封组合。
进一步，所述密封阀座和密封阀芯采用40crmnmo和42crmo材料制成。
进一步，所述压力密封装置包括导向环、轴封脚形滑环密封组合、导套和压盖；位于所述压力容器法兰顶盖的所述开式密封槽内由下至上依次设置有所述导向环、所述轴封脚形滑环密封组合和所述导套，位于所述导套的上部设置有所述压盖，所述压盖通过螺栓固定在所述压力容器法兰顶盖顶部。
进一步，所述压力容器法兰底座上，在所述密封测试装置两侧轴向分别设置有一通孔，在所述压力容器法兰底座中心位置处轴向设置有排油通孔；两所述通孔底部分别设置有温度传感器和压力传感器；所述排油通孔底部设置有液压油出口管接头。
进一步，在非密封状态下，两所述通孔顶部与所述压力容置腔连通，所述排油通孔顶部与所述密封阀体连通。
进一步，所述压力容器法兰顶盖上设置有液压油进口管接头。
进一步，所述压力容器法兰底座与所述压力容器套筒之间、所述压力容器套筒与所述压力容器法兰顶盖之间都是通过螺栓固定连接，并采用八角形金属环垫进行密封。
进一步，所述密封阀体顶部通过销钉与所述压力容器法兰顶盖固定连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明针对智能井井下流量控制阀的实际工作环境进行模拟，主要对流量控制阀的金属密封装置进行测试。本实验装置可以完成最高70mpa压力的密封实验，该实验装置既可以对径向密封装置进行实验又可以完成端面密封的实验。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的压力密封装置结构示意图；
图3是本发明的密封测试装置结构示意图；
图4是本发明在使用时的机械密封实验装置液压回路图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，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，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。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1～图3所示，本发明提供一种智能井井下金属密封实验装置，其包括支架1和位于支架1下部的实验装置底座2，实验装置底座2上设置有压力容器。压力容器包括压力容器法兰底座3、压力容器套筒4和压力容器法兰顶盖5；压力容器法兰底座3设置在实验装置底座2上，位于压力容器法兰底座3上部设置有压力容器套筒4，在压力容器套筒4内形成压力容置腔6；位于压力容器套筒4顶部设置有压力容器法兰顶盖5。位于压力容置腔6内设置有密封阀体7以及设置在密封阀体7内的密封阀芯8；密封阀体7顶部通过销钉9与压力容器法兰顶盖5固定连接，销钉9可以为密封阀体7提供圆周方向的定位，密封阀芯8顶部穿过压力容器法兰顶盖5后外接液压缸10，液压缸10固定在支架1顶部；在液压缸10的作用下密封阀芯8在密封阀体7内可以上下移动。在压力容器套筒4的外部设置有加热套11，可以为实验装置加热以模拟井下的高温环境。在压力容器法兰顶盖5顶部设置有用于安装压力密封装置12的开式密封槽，通过压力密封装置12实现压力容器法兰顶盖5与密封阀芯8之间的压力密封。位于压力容器法兰底座3与压力容器套筒4之间，在压力容器法兰底座3顶部中间位置处设置有安装槽，安装槽内设置有密封测试装置13，密封测试装置13位于密封阀芯8的前端，使用时，通过密封阀芯8与密封测试装置13的配合实现动态密封测试。
上述实施例中，如图2所示，压力密封装置12用于密封液压压力，防止液压油从压力容器法兰顶盖5与密封阀芯8之间的缝隙中发生泄漏。压力密封装置12包括导向环14、轴封脚形滑环密封组合15、导套16和压盖17。位于压力容器法兰顶盖5顶部的开式密封槽内由下至上依次设置有导向环14、轴封脚形滑环密封组合15和导套16，位于导套16的上部设置有压盖17，压盖17通过螺栓固定在压力容器法兰顶盖5顶部。导向环14用于弥补密封阀芯8与压力容器法兰顶盖5之间的缝隙，轴封脚形滑环密封组合15用于为密封阀芯8与压力容器法兰顶盖5之间提供动态密封，导套16负责为轴封脚形滑环密封组合15提供轴向的固定。其中，轴封脚形滑环密封组合15也可以根据具体情况更换为其他高压密封组合。压力密封装置12是在实验装置组装好以后，由压力容器法兰顶盖5上部的开式密封槽中依次放入，并由压盖17和螺栓组合进行固定，压力密封装置12可以有效防止液压油在实验时从实验装置的顶端泄漏。
上述各实施例中，如图3所示，密封测试装置13包括密封阀座18、密封件支撑座19和待测试机械密封测试件20。密封阀座18底部设置在压力容器法兰底座3的安装槽内，密封阀体7位于密封阀座18上部，由密封阀体7对待测试机械密封测试件20起到轴向的固定作用。密封阀座18顶部设置有凹槽，凹槽内设置有凹槽型的密封件支撑座19，密封件支撑座19的凹槽直径与密封阀芯8的直径呈匹配设置；在密封阀座18凹槽内上部设置有待测试机械密封测试件20，且密封件支撑座19位于待测试机械密封测试件20下部，以便支撑密封件支撑座19；待测试机械密封测试件20的厚度与密封件支撑座19凹槽边厚度一致。密封阀芯8端部能与待测试机械密封测试件20发生金属接触，完成密封；密封阀芯8与待测试机械密封测试件20的接触表面加工精度极高。其中，位于密封阀座18与压力容器法兰底座3之间、密封阀座18与密封阀体7之间、密封阀座18与待测试机械密封测试件20之间均设置有密封圈。
在一个优选的实施例中，位于密封阀座18底部与压力容器法兰底座3之间还设置有孔封脚形滑环密封组合21，防止液压油从密封阀座18和法兰底座3的缝隙中泄漏，孔封脚形滑环密封组合21也可以根据具体情况更换成其他高压密封组合。
在一个优选的实施例中，当需要进行端面密封测试时，需要对密封件支撑座19进行改装，将密封件支撑座19更换为蝶形弹簧，并将待测试机械密封测试件20更换为端面密封件即可。
在一个优选的实施例中，密封阀座18的内径尺寸可以更改以完成不同外径尺寸密封件的实验。密封阀座18和密封阀芯8可以采用40crmnmo和42crmo等材料制成，这两种材料经过热处理后，硬度能达到70hrc以上，其他类似的材料也可以选择，并不局限于所列举的这两种材料。
上述各实施例中，位于压力容器法兰底座3上，在密封测试装置13两侧轴向分别设置有一通孔22，在压力容器法兰底座3中心位置处轴向设置有排油通孔23。两通孔22底部分别设置有温度传感器24和压力传感器25，温度传感器24和压力传感器25可以外接数据采集系统，可以随时对实验装置的温度和压力情况进行监测。在非密封状态下，两通孔22顶部与压力容置腔6连通，排油通孔23顶部与密封阀体7连通。排油通孔23底部设置有液压油出口管接头26。
上述各实施例中，压力容器法兰顶盖5上设置有液压油进口管接头27，液压油通过输入管线和液压油进口管接头27进入压力容置腔6。液压油经过液压管线和液压油进口管接头27被压入到实验装置中，同时，打开加热套11为实验装置加热，由压力容器法兰底座3底部的温度传感器24和压力传感器25实时监测实验装置的温度和压力情况，当实验装置的温度和压力达到实验要求时，开启液压缸10，将密封阀芯8向下推动压入到密封测试装置13中，打开法兰底座的液压油出口管接头26，若此时实验装置的压力没有下降且液压油出口管接头26中没有发生液压油的泄漏，则证明实验装置密封有效。若待测试机械密封测试件20与密封阀芯8的密封失败，液压油会发生泄漏，经过排油通孔23流到液压油出口管接头26，而且此时，实验装置内的压力也会下降，实验装置内的压力可以通过压力传感器25随时进行监测。
上述各实施例中，压力容器法兰底座3与压力容器套筒4之间、压力容器套筒4与压力容器法兰顶盖5之间都是通过螺栓固定连接，并采用八角形金属环垫28进行密封。
实验时，液压缸10上方进油，将密封阀芯8向下推动压入到密封测试装置13中，打开压力容器法兰底座3的液压油出口管接头26。加热套11开始加热，直到温度接近实验设定温度，再由液压油进口管接头27向压力容器内加压，当温度和压力达到设定温度压力时，停止加压和升温。保持温度和压力不变10分钟，若此时实验装置的压力没有下降且液压油出口管接头26中没有发生液压油的泄漏，则表明实验装置静密封有效。通过测试液缸10上下移动，注意密封阀芯8不能与待测试机械密封测试件20脱开接触，测试机械密封装置在密封阀芯8轴向移动时的密封性能。同样，如果液压油出口管接头26没有泄漏同时压力容器内压力保持不变，则表明实验装置动密封有效。
综上所述，本发明在使用时，如图4所示，整个液压管线主要由两个回路，分别是实验装置液压回路和液压缸液压回路，两条液压路线共用同一个液压油箱29，但分别采用两个液压泵：低压油泵30和高压油泵31，可以对两条液压路线分别进行控制，互不干扰。实验装置液压回路中采用了电磁溢流阀32，可以对液压回路进行远距离控制，这是因为实验装置的实验压力很大，为避免不必要的人员伤亡，工作人员必须远离实验台架。首先是高压油泵31将液压油压入到实验装置，变频器33可以控制驱动高压油泵31的电机34的转速进而控制液压油的流量，可编程控制器35可以远距离控制电磁溢流阀32和液压缸液压回路上的三位四通电磁换向阀36，加热套11可以为实验装置加热，压力传感器25和温度传感器24外接显示器37，可以实时监测实验装置的压力和温度，当实验装置的温度和压力情况达到实验要求时，三位四通电磁换向阀36开至右位，液压缸10推动阀芯向下移动并开始密封，打开位于实验装置底部出油管路上的针型阀38，若实验装置的压力没有下降且实验装置出口处没有液压油泄漏，则证明密封有效。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。