专利名称：石油井下工具耐压性能检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种承受高压器件的耐压性能检测设备，特别涉及一种石油钻采 行业中井下工具的耐压性能检测装置，主要解决井下工具在下井前的耐压性能及密封性能 检测问题。
技术背景石油钻采作业中，井下工具承受的载荷相当复杂，包括扭转载荷、拉压载荷、冲击 载荷、液体压力等。因此，在研制井下工具的过程中和井下工具下井前，必须对它的各项性 能指标进行测试。目前我国现有的井下工具测试系统，需打实验井，实验设备复杂、成本高。 如专利号为00108834. 3的专利，公开了一种井下工具性能测试装置，该装置由安装在地面 轨道上的移动式加载装置、实验井、以及井口连接装置等组成，能对井下工具的单项指标和 综合性能进行测试和评价。但其测试周期长、成本高，适合于井下工具在产品研发阶段的性 能测试。随着钻井深度的加深，尤其是在井深超过5000米的深井，其井底压力更是达到 IOOMPa以上，在如此高的压力下，井下工具的耐压性能和密封性能的好坏就显得相当重要， 一旦井下工具出现质量问题需要更换，其花费的时间、物力和财力相当巨大。因此，在井下 工具下井前，必须对其综合性能进行测试和评价。在井下工具的材料、结构尺寸确定以后， 其强度和刚度也就定下来了，因此其抗扭转、抗拉压、抗冲击的能力也基本定下来了。但是对于井下工具的耐压性能和密封性能而言，由于加工制造的原因，每一件的 尺寸都有差别，再和与之相连的零件配合，其配合处的耐压性能和密封性能也就有差别。而 为了保证每一件井下工具耐压强度足够、密封性好、能可靠地工作，必须对每一件井下工具 进行耐压性能和密封性能的测试，合格后方能下井工作。面对种类、规格型号繁多的井下工具，如还用传统的设备来进行测试，其测试周期 长，效率低、费用高，远不能满足对井下工具进行百分之百测试的要求。另一方面为保证测 试数据的可靠性与正确性，在测试过程中必须对测试工具中的空气进行排出，目前都采用 人工现场排气卸压，在高压测试情况下这是非常危险的。因此设计一种能对井下工具的耐 压性能和密封性能进行准确、快速检测的检测装置具有重要的现实意义。
发明内容本实用新型的目的是为了解决现有井下工具性能检测装置，在对井下工具耐压 性能进行检测时，需打试验井、系统复杂、测试周期长、成本高等问题，提供一种能快速、准 确检测井下工具的耐压性能和密封性能的低成本检测装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于增压系统采用气驱液体泵，由压缩 空气驱动回路、液体回路组成，液体回路由低压液体回路、高压液体回路、排气回路、卸压回 路和安全控制回路组成，测试系统压力由比例减压阀(4)调节，比例减压阀由计算机控制。[0009]上述压缩空气驱动回路的压缩空气经入口(1)接入，经气截止阀(2)、空气过滤器 (3)、比例减压阀(4)依次连接，然后分三路，一路经过电磁换向阀(9)驱动低压气驱液体泵 (11)进行注水，另一路经电磁换向阀⑶驱动高压气驱液体泵(10)进行增压，第三路经过 电磁换向阀(12)后驱动高压气控针阀(13)进行排气或卸压。上述低压液体回路由低压气驱液体泵(11)、高压单向阀(25)、高压水截止阀(27) 依次连接组成，在低压气驱液体泵(11)的出口和高压单向阀(25)之间接有低压水压力传 感器(23)和低压水压力表(24)，用于对低压注水压力进行检测和显示。上述高压液体回路由高压气驱液体泵(10)、高压单向阀(16)、高压出水接口(29) 依次连接，在高压单向阀和高压出水接口之间接有高压水压力传感器(14)和高压水压力 表(15)，用于对高压的试压压力进行检测和显示。上述排气、卸压回路由高压气控针阀(13)来完成排气或卸压，高压气控针阀的一 端连接于高压单向阀(16)和高压出水接口(29)之间，另一端与排气/溢水接口(28)相 连。上述安全控制回路由高压安全溢流阀(17)完成，高压安全溢流阀的进水口一端 连接于高压单向阀(16)和高压出水接口(29)之间，另一端与排气/溢水接口(28)相连， 当系统压力达到溢流阀的调定值时，溢流阀开启溢流起安全保护作用。上述低压液体回路上设有高压水截止阀(27)，低压液体回路和高压液体回路之间 的通路上设有高压水截止阀(26)。本实用新型各组成部分的布置与测试过程如下在试压过程中，为了保证操作人员和各种电器控制设备的安全，将操作控制台和 具有一定危险性的增压系统分开，操作控制台布置在专门的控制室内，增压系统布置在测 试现场。增压系统内的所有压力信号线和控制信号线通过航空插座连接到控制室，待测工 具现场安装有摄像头，并将信号传回控制室，在控制室通过监控屏幕来监视现场的情况。用 带有快换接头的高压软管将增压系统和待测工具连接后，所有的测试工作和数据记录工作 均可在控制室内完成。增压系统采用气驱液体增压泵，试压的工作介质为清水(或液压 油)。利用压缩空气驱动一台低压大流量泵对待测工具进行注水(或液压油)，另一台高压 小流量泵对工作介质进行增压，使工作介质的压力增加到140MPa左右。增压系统的输出 压力可由比例减压阀连续调节。增压系统设有高压出口和低压出口，分别与待测工具两端 的接口相连。在试压过程中，低压大流量泵完成对试压工具进行注水，水注到一定压力后， 通过气控高压针阀自动对井下工具中的空气进行2-3次排气。排气完毕，气驱低压大流量 泵自动停止工作，同时高压小流量泵开始工作，对测试工具进行增压，增压到设定的试压值 时，高压小流量泵自动停止工作。利用单向阀进行保压，保压时间由计算机通过人工输入来 确定。保压完毕，系统自动打开气控高压针阀使其卸压，完成对一个井下工具的测试。若待测工具只有一端有接口(另一端无接口)，此时通过切换增压系统内部的两 个高压截止阀，使低压泵的出水管路在增压系统内部直接与高压泵的出水管路相连，然后 接到待测工具的进出水接口。本实用新型的有益效果是可以对井下工具在下井前进行快速、准确地测试其耐 压性能和密封性能，不须打试验井、成本低、测试周期短，并可通过计算机记录其试验数据， 为工作人员对产品的性能作出客观的判断提供科学依据。同时，整个测试过程均可在控制
4室里完成，保障了测试人员的人身安全。
图1为石油井下工具耐压性能检测装置的增压回路原理图图2为石油井下工具两端均有进出接口的测试工作原理图图3为石油井下工具仅有一个接口的测试工作原理图图4为本实用新型的全自动测试控制模块流程图图5为本实用新型的手动测试控制模块流程图
具体实施方式
如图1所示，石油井下工具耐压性能检测装置的气驱液体增压回路原理图，包括 压缩空气入口(1)、气截止阀(2)、空气过滤器(3)、比例减压阀(4)、气体压力传感器(5)、气 体压力表(6)、气体安全阀(7)、电磁换向阀(8)、电磁换向阀(9)、高压气驱液体泵(10)、低 压气驱液体泵(11)、电磁换向阀(12)、高压气控针阀(13)、高压水压力传感器(14)、高压水 压力表(15)、高压单向阀(16)、高压安全溢流阀(17)、自来水接口(18)、水截止阀(19)、水 过滤器(20)、水截止阀(21)、水箱(22)、低压水压力传感器(23)、低压水压力表(24)、高压 单向阀(25)、高压水截止阀(26)、高压水截止阀(27)、排气/溢水接口(28)、高压出水接口 (29)、低压出水接口(30)。所述原理图包括试压系统的气驱回路、水(或液压油)回路。所述气驱回路中压缩空气经压缩空气入口(1)接入，经气截止阀(2)与空气过滤 器(3)相连，再经比例减压阀(4)减压，然后分成三条支路，第一条支路经过电磁换向阀(8) 与高压气驱液体泵(10)相连，第二条支路经过电磁换向阀(9)与低压气驱液体泵(11)相 连，第三条支路经过电磁换向阀(12)与高压气控针阀(13)相连。驱动压力由比例减压阀 (4)调定，并由气体压力传感器(5)检测并输入计算机构成闭环控制，该压力在计算机上实 时显示，同时由气体压力表(6)指示。所述试压系统的液压回路包括进水(或液压油)回路、低压液体回路、高压液体回 路、排气/卸压回路和安全控制回路。所述进水回路的自来水经自来水接口(18)接入，经水截止阀(19)后进入水过滤 器(20)，然后分三条支路，一条支路经水截止阀(21)后流入水箱(22)存储，以备在自来水 停水时供系统急用(在使用油介质时，水箱(22)用来存储液压油)，另一条支路进入高压气 驱液体泵(10)的入口，第三条支路进入低压气驱液体泵(11)的入口。所述低压液体回路从低压气驱液体泵(11)的出口，经高压单向阀(25)和高压水 截止阀(27)后，到低压出水接口(30)，最后与待测工具上的一端接口相连。所述高压液体回路从高压气驱液体泵(10)的出口，经高压单向阀(16)后，到高压 出水接口(29)，最后与待测工具上的另一端接口相连。所述排气/卸压回路和安全控制回路，是在高压水回路一侧的高压单向阀(16)和 高压出水接口(29)之间，接有高压气控针阀(13)和高压安全溢流阀(17)，通过电磁换向 阀(12)打开高压气控针阀(13)，可以排出待测工具中的残留空气，或者在保压完毕后进 行高压卸压，高压安全溢流阀(17)用于对系统进行安全保护。实施例1
5[0032]如图2所示，井下工具两端均有进出水接口，其中井下工具(31)的一端连接低压 出水接口(30)，另一端连接高压出水接口(29)。测试前，首先将井下工具(31)接高压出水 接口(29)的一端抬高，然后打开气截止阀(2)、水截止阀(19)、高压水截止阀(27)，关闭水 截止阀(21)和高压水截止阀(26)。测试过程如下压缩空气从压缩空气入口(1)引入后，经气截止阀(2)和空气过滤 器(3)后，再经计算机控制的比例减压阀(4)减压到设定值，计算机发信号接通电磁换向阀 (9)，压缩空气进入低压气驱液体泵(11)，该泵在压缩空气的作用下实现自主往复运动，连 续不断将自来水送到低压回路中，然后经过高压单向阀(25)和高压水截止阀(27)，最后从 待测试件的一端流入，此过程为注水过程。注水过程中的压力由低压水压力表(24)显示， 同时通过低压水压力传感器(23)检测并反馈给计算机，当压力值达到低压设定值时，计算 机发信号接通电磁换向阀(12)，压缩空气打开高压气控针阀(13)进行排气2 3次，工具 注满水后，电磁换向阀(12)失电，高压气控针阀(13)关闭，同时电磁换向阀(9)失电，切断 气驱回路，低压气驱液体泵(11)停止工作。与此同时，电磁换向阀(8)得电，高压气驱液体 泵(10)启动，向工具供水增压，增压压力由高压水压力表(15)指示，且由高压水压力传感 器(14)实时检测并反馈给计算机并显示数值，当达到增压设定值时，使电磁换向阀(8)失 电，进入保压阶段。保压过程中，若压力降低到规定值以下时，电磁换向阀(8)再得电，由 高压气驱液体泵(10)进行补压，补压完毕后再进入保压阶段。保压时间完毕，电磁换向阀 (12)得电，高压气控针阀(13)打开进行卸压，完成对一个工具的测试。实施例2 如图3所示，井下工具仅有一端有进出水接口，测试前首先将井下工具(32)连接 管道一端抬高以利于空气的排出，然后打开气截止阀(2)、水截止阀(19)、高压水截止阀 (26)，关闭水截止阀(21)、高压水截止阀(27)。其测试过程如下压缩空气从压缩空气入口(1)引入后，经气截止阀(2)和空气过 滤器(3)后，再经计算机控制的比例减压阀(4)减压到设定值，计算机发信号使电磁换向阀 (9)得电，压缩空气进入低压气驱液体泵(11)，该泵在压缩空气的作用下实现自主往复运 动，压力水经过高压单向阀(25)和高压水截止阀(26)，最后从待测工具接口注入，此过程 为注水过程。注水过程中，工具内的空气被压缩，低压水压力传感器(23)检测注水压力并 送给计算机，当注水压力达到设定值时，计算机首先发信号使电磁换向阀(9)失电，使气驱 液体泵(11)停止注水，然后发信号使电磁换向阀(12)得电，高压气控针阀(13)打开，试件 内被压缩的空气经高压气控针阀(13)排出。此注水、排气过程可由计算机控制重复1 3 次。当空气排完、水注满时，使电磁换向阀(12)失电，高压气控针阀(13)关闭，与此同时， 电磁换向阀⑶得电，高压气驱液体泵(10)启动，进行增压，增压压力由高压水压力传感器 (14)检测并反馈给计算机，当达到设定值时，使电磁换向阀(8)失电，进入保压阶段。保压 过程中，由高压水压力传感器(14)实时监测压力，当压力降低到规定值以下时，重新使电 磁换向阀(8)得电，启动高压气驱液体泵(10)进行补压，补压完毕后再进入保压阶段。保 压时间完毕，使电磁换向阀(12)得电，高压气控针阀(13)打开进行卸压，完成对一个工具 的测试。实施例3 如图4所示为全自动测试控制模块流程图，下面结合图2、图3和图4来说明其工作过程。全自动测试控制模块其工作流程如下首先通过计算机进行初始化设置，包括设 置气驱压力Po、低压压力P1、高压压力P2、进水头数N、保压时间Tl、单头排气次数M、双头 排气时间T2。初始化完成后，根据设定的PO值调节比例减压阀(4)的压力，达到设定值后， 判断进水头数N。N = 1为单头进水(如图3所示)，N = 2为双头进水(如图2所示)。 如N= 1时，使电磁换向阀(9)得电、电磁换向阀(12)失电，开始注水，然后判断注水压力 是否达到设定值P1，达到后将电磁换向阀(9)失电，电磁换向阀(12)得电，进行排气，排气 完毕，可再重复注水、排气1 3次，然后进入下一步增压阶段。如N = 2时，使电磁换向阀 (9)得电、电磁换向阀(12)失电，开始注水，然后判断注水压力是否达到设定值P1，达到后 使电磁电磁换向阀(12)得电，开始排气，排气时间T2到后直接进入下一步增压阶段。增压 时使电磁换向阀(9)失电、电磁换向阀(12)失电，电磁换向阀(8)得电，开始增压，增压过 程中时刻判断压力是否到达设定的测试压力P2，如达到设定值时，使电磁换向阀(8)失电， 进入保压阶段。保压过程中，如压力降到规定值以下时，重新让电磁换向阀(8)得电进行增 压，增压到P2值时再一次开始保压。保压时间Tl到后，使电磁换向阀(12)得电进行卸压， 卸压完毕后，让电磁换向阀(12)失电，完成一个工件测试。测试过程中的各种电磁阀的控 制、传感器信号的检测、数据记录和显示可完全通过计算机自动实现，整个测试过程准确、 快速、可靠。实施例4 图5为手动测试控制模块流程图，手动控制模块的工作流程如下第一步，首先通 过电位器调节比例减压阀(4)的比例控制信号，从而调节气驱压力。第二步，按低压启动 按钮给电磁换向阀(9)通电，启动低压气驱液体泵(11)进行注水，注水压力达到设定值Pl 时，使电磁换向阀(9)失电，低压气驱液体泵(11)停止注水。第三步，按排气/卸压按钮， 电磁换向阀(12)得电，高压气控针阀(13)打开，进行排气。第四步，排气完毕后，按高压启 动按钮，让电磁换向阀(8)得电，启动高压气驱液体泵(10)进行增压，增压到设定值后，使 电磁换向阀(8)失电，进入保压阶段。第五步，保压完毕后，按排气/卸压按钮，电磁换向阀 (12)得电，高压气控针阀(13)打开，进行卸压，完成对一个工具的测试，整个过程完全手动 控制。
权利要求1.石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于增压系统采用气驱液体泵，由压缩 空气驱动回路、液体回路组成，液体回路由低压液体回路、高压液体回路、排气回路、卸压回 路和安全控制回路组成，测试系统压力由比例减压阀⑷调节，比例减压阀由计算机控制。
2.根据权利要求1所述的石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于所述气驱回 路的压缩空气经入口(1)接入，经气路截止阀(2)、空气过滤器(3)、比例减压阀(4)依次连 接，然后分三路，一路经过电磁换向阀(9)驱动低压气驱液体泵(11)进行注水，另一路经电 磁换向阀(8)驱动高压气驱液体泵(10)进行增压，第三路经过电磁换向阀(12)后驱动高 压气控针阀(13)进行排气或卸压。
3.根据权利要求1所述的石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于所述低压液 体回路由低压气驱液体泵(11)、高压单向阀(25)、高压水截止阀(27)依次连接组成，在低 压气驱液体泵(11)的出口和高压单向阀(25)之间接有低压水压力传感器(23)和低压水 压力表(24)。
4.根据权利要求1所述的石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于所述高压液 体回路由高压气驱液体泵(10)、高压单向阀(16)、高压出水接口(29)依次连接，在高压单 向阀(16)和高压出水接口(29)之间接有高压水压力传感器(14)和高压水压力表(15)。
5.根据权利要求1所述的石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于所述排气、卸 压回路由高压气控针阀(13)来完成排气或卸压，高压气控针阀的一端连接于高压单向阀 (16)和高压出水接口(29)之间，另一端与排气/溢水接口(28)相连。
6.根据权利要求1所述的石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于所述安全 控制回路由高压安全溢流阀(17)完成，高压安全溢流阀的进水口一端连接于高压单向阀 (16)和高压出水接口(29)之间，另一端与排气/溢水接口(28)相连。
7.根据权利要求1所述的石油井下工具耐压性能检测装置，其特征在于在低压液体 回路上设有高压水截止阀(27)，低压液体回路和高压液体回路之间的通路上设有高压水截 止阀(26)。
专利摘要本实用新型公开了一种石油井下工具耐压性能检测装置，用于对石油钻采行业中用到的井下工具进行耐压性能和密封性能的检测，克服了现有技术设备测试周期长、需打试验井、成本高的不足。其增压系统采用气驱液体增压，特征是增压系统由气驱液体泵、气驱回路、液体回路组成。液体回路由低压水(或液压油)回路、高压水(或液压油)回路、排气卸压回路和安全控制回路组成。测试系统压力通过比例减压阀(4)连续可调，比例减压阀的比例控制信号由计算机控制。测试过程可全自动进行，也可手动完成。本实用新型可对两端均有接口的待测工具进行测试，也可对仅有一端有接口的待测工具进行测试。
文档编号G01M3/02GK201788057SQ20102000352
公开日2011年4月6日 申请日期2010年1月14日 优先权日2010年1月14日
发明者冉竞, 刘克福, 刘星, 向中凡, 王进戈, 蒋代君, 邓成中, 雷玉勇 申请人:成都市中油石油钻采物资有限公司, 西华大学