能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统。它包括工业控制计算机、PLC控制系统、加压子系统、加热子系统和井筒管柱拉压系统。PLC控制系统包含三种工作模式；手动模式使用户能够对单个阀门进行操作；半自动模式使用户能够对阀门进行组合操作，分别完成加热、打压、保压和卸压等一套动作；自动模式使用户能先对测试所需参数进行设置，PLC可编程控制器按照用户所设参数自动完成封隔工具高温高压性能测试所需的全部流程。本发明引入了加压系统和加热系统，能同时与多个封隔器试验模拟井筒连接，实现不同型号封隔工具性能的测试。多种工作模式能提高自动化水平和工作效率，保证了系统的可靠性。
【专利说明】能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，属于石油工程及机电一体化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，石油的消耗量迅速增长，不得不在极端高温、极端高压、极端复杂的恶劣环境下钻井和完井，随着钻井和完井工艺不断向闻温和闻压方向发展，对井下封隔工具的性能也提出了更高的要求。工作过程中井下封隔工具失效可能引发各种事故，并造成巨大的经济损失。同时，随着封隔工具技术的发展，封隔工具的型号也多种多样，只用一种结构的模拟井筒来完成不同型号封隔工具性能的测试则难以实现，为了验证不同型号封隔工具的高温高压性能，就需要一种能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对当前封隔工具型号及坐封方式多种多样，提供一种能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，省去井筒的更换，简化测试过程，节约试验成本，提高工作效率，并且可满足多种封隔器的高温高压性能测试要求。
[0004]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，与模拟井筒组配合使用，包括工业控制计算机、PLC控制系、加热子系统、加压子系统和井筒管柱拉压子系统；其特征在于:所述工业控制计算机经PLC控制系统连接加热子系统和加压子系统，加热子系统、加压子系统和井筒管柱拉压子系统分别与模拟井筒组相连。
[0005]所述PLC控制系的控制电路由PLC可编程控制器、触摸屏、操作按钮和指示灯组成；所述PLC可编程控制器的通讯口分别与工业控制计算机和触摸屏相连，所述PLC可编程控制器的I/O端口分别与加压子系统的超高压试压泵、泵端压力变送器、上压压力变送器、内压压力变送器、下压压力变送器、泵端气动卸荷阀、井筒端气动卸荷阀、上压气动截止阀、内压气动截止阀、下压气动截止阀、上压气动卸荷阀、内压气动卸荷阀、下压气动卸荷阀,力口热子系统的加热器、排气电磁阀、冷却电磁阀、温度变送器组以及井筒管柱拉压子系统的拉压力变送器相连；所述PLC可编程控制器的I/O端口还与控制柜上的操作按钮和指示灯相连。
[0006]所述PLC控制系统包含三种工作模式:手动模式、半自动模式和自动模式；在手动模式下，用户对PLC可编程控制器I/O接口上的单个阀门进行操作；在半自动模式下，用户对PLC可编程控制I/O接口上的阀门进行组合操作，分别完成加热、打压、保压和卸压等一套动作；在自动模式下，用户先对测试所需参数进行设置，PLC可编程控制器按照用户所设参数自动完成封隔工具高温高压性能测试所需的全部流程。[0007]所述加压子系统由超高压试压泵回路、压力选择回路和井筒选择回路通过油管依次连接构成；所述超高压试压泵回路包括所述超高压试压泵、泵端气动卸荷阀、单向阀、井筒端气动卸荷阀和泵端压力变送器；所述超高压试压泵一端与单向阀的进油口相连，另一端连接油箱，超高压试压泵和单向阀之间的液压管路上并联有泵端气动卸荷阀；所述井筒端气动卸荷阀和泵端压力变送器并联在单向阀的出油管路上；所述压力选择回路包括上压支路、内压支路和下压支路，上压支路、内压支路和下压支路相互并联；所述上压支路的结构是所述上压气动卸荷阀、一个上压压力表和上压压力变送器并联在上压气动截止阀的出油管路上；所述内压支路的结构是所述内压气动卸荷阀、一个内压压力表和内压压力变送器并联在内压气动截止阀的出油管路上；所述下压支路的结构是所述下压气动卸荷阀、一个下压压力表和下压压力变送器并联在下压气动截止阀的出油管路上；所述井筒选择回路包括一个上压截止阀组、一个内压截止阀组和一个下压截止阀组；所述上压截止阀组的进油口与上压气动截止阀的出油口相连，出油口与模拟井筒组的上压加压口相连；所述内压截止阀组的进油口与内压气动截止阀的出油口相连，出油口与模拟井筒组的内压加压口相连；所述下压截止阀组的进油口与下压气动截止阀的出油口相连，出油口与模拟井筒组的下压加压口相连。
[0008]所述加热子系统由油箱、油箱截止阀、油泵、加热器、压力表、所述排气电磁阀、卸油口截止阀、油冷却回路、油箱井筒选择回路和温度变送器组构成；所述油箱、油箱截止阀、油泵、加热器和排气电磁阀通过油管依次连接，加热器和排气电磁阀之间的液压管路上并联有压力表；所述油箱井筒选择回路包括进口截止阀组和出口截止阀组；进口截止阀组的进油口与排气电磁阀的出油口相连，出油口与模拟井筒组的加热油入口相连；出口截止阀组的进油口与模拟井筒组的加热油出口相连，出油口与油箱回油口相连；所述温度变送器组安装在模拟井筒组上；所述油冷却回路由入口第I截止阀、出口第2截止阀、单向阀、油冷却器和所述冷却电磁阀构成；所述油冷却器的加热油入口和出口分别与油箱的回油口和油泵的进油口相连，油冷却器的加热油出口和油泵的进油口之间的液压管路上并联有卸油口截止阀；所述油冷却器的冷却水入口与冷却电磁阀、过滤器和入口第I截止阀依次连接，冷却水出口与单向阀和出口第2截止阀依次连接；所述PLC控制系统通过采集温度变送器组的信号，对加热器和冷却电磁阀进行PID控制实现模拟井筒温度的调节。
[0009]所述井筒管柱拉压子系统包括过滤器、油泵、单向阀、溢流阀、压力表、调速阀、两位四通电磁阀和油缸；所述油泵一端通过过滤器与油箱相连，另一端与单向阀的进油口相连；单向阀的出油口与调速阀的进油口相连，两者之间的液压管路上依次并联有溢流阀和压力表；所述两位四通电磁阀分别与油缸两端、调速阀的出油口以及油箱相连；所述油缸安装有拉压力变送器和拉压接头。
[0010]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1、本发明能够同时连接多个模拟井筒，提高了工作效率、节省了测试成本。
[0011]2、本发明的PLC控制系统包含三种工作模式:单步模式、手动模式和自动模式，保证了不同情况下系统的实用性和可靠性。
[0012]3、本发明采用了超高压泵和气动液压阀，最大测试压力可达IOOMPa级别，并且保压时可关闭超高压试压泵，利用气动截止阀良好的密封性能进行保压。【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明系统的工作框图。
[0014]图2是本发明加压子系统的工作原理图。
[0015]图3是本发明加热子系统的工作原理图。
[0016]图4是本发明井筒管柱拉压子系统的工作原理图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:
参见图1，本能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，与模拟井筒组配合使用，包括工业控制计算机100、PLC控制系统300、加热子系统200、加压子系统400和井筒管柱拉压子系统500 ;所述工业控制计算机100经PLC控制系统300连接加热子系统200和加压子系统400,加热子系统200、加压子系统400和井筒管柱拉压子系统500分别与模拟井筒组相连。
[0018]实施例二:本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:
参见图广3，本能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统中的所述PLC控制系统300的控制电路由PLC可编程控制器、触摸屏、操作按钮和指示灯组成；所述PLC可编程控制器的通讯口分别与工业控制计算机100和触摸屏相连，所述PLC可编程控制器的I/O端口分别与加压子系统400的超高压试压泵1、泵端压力变送器13、上压压力变送器15、内压压力变送器16、下压压力变送器17、泵端气动卸荷阀2、井筒端气动卸荷阀3、上压气动截止阀4、内压气动截止阀5、下压气动截止阀6、上压气动卸荷阀7、内压气动卸荷阀8、下压气动卸荷阀9，加热子系统200的加热器24、排气电磁阀26、冷却电磁阀32、温度变送器组36以及井筒管柱拉压子系统500的拉压力变送器45相连；所述PLC可编程控制器的I/O端口还与控制柜上的操作按钮和指示灯相连。
[0019]实施例三:本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:
参见图1?3，本能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统中的所述PLC控制系统包含三种工作模式:手动模式、半自动模式和自动模式；在手动模式下，用户对PLC可编程控制器I/O接口上的单个阀门进行操作；在半自动模式下，用户对PLC可编程控制I/O接口上的阀门进行组合操作，分别完成加热、打压、保压和卸压等一套动作；在自动模式下，用户先对测试所需参数进行设置，PLC可编程控制器按照用户所设参数自动完成封隔工具高温高压性能测试所需的全部流程。
[0020]实施例四:本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:
参见图1?2，本能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统中的所述加压子系统400由超高压试压泵回路1、压力选择回路II和井筒选择回路III通过油管依次连接构成；所述超高压试压泵回路I包括所述超高压试压泵1、泵端气动卸荷阀2、单向阀14、井筒端气动卸荷阀3和泵端压力变送器13 ;所述超高压试压泵I 一端与单向阀14的进油口相连，另一端连接油箱，超高压试压泵I和单向阀14之间的液压管路上并联有泵端气动卸荷阀2 ;所述井筒端气动卸荷阀3和泵端压力变送器13并联在单向阀14的出油管路上；所述压力选择回路II包括上压支路、内压支路和下压支路，上压支路、内压支路和下压支路相互并联；所述上压支路的结构是所述上压气动卸荷阀7、一个上压压力表10和上压压力变送器15并联在上压气动截止阀4的出油管路上；所述内压支路的结构是所述内压气动卸荷阀8、一个内压压力表11和内压压力变送器16并联在内压气动截止阀5的出油管路上；所述下压支路的结构是所述下压气动卸荷阀9、一个下压压力表12和下压压力变送器17并联在下压气动截止阀6的出油管路上；所述井筒选择回路III包括一个上压截止阀组18、一个内压截止阀组19和一个下压截止阀组20 ;所述上压截止阀组18的进油口与上压气动截止阀4的出油口相连，出油口与模拟井筒组的上压加压口相连；所述内压截止阀组19的进油口与内压气动截止阀5的出油口相连，出油口与模拟井筒组的内压加压口相连；所述下压截止阀组20的进油口与下压气动截止阀6的出油口相连，出油口与模拟井筒组的下压加压口相连。
[0021]实施例五:本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:
参见图1、3，本能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统中的所述加热子系统200由油箱21、油箱截止阀22、油泵23、加热器24、压力表25、所述排气电磁阀26、卸油口截止阀29、油冷却回路V1、油箱井筒选择回路V和温度变送器组36构成；所述油箱21、油箱截止阀22、油泵23、加热器24和排气电磁阀26通过油管依次连接，加热器24和排气电磁阀26之间的液压管路上并联有压力表25 ;所述油箱井筒选择回路V包括进口截止阀组27和出口截止阀组28 ;进口截止阀组27的进油口与排气电磁阀26的出油口相连，出油口与模拟井筒组的加热油入口相连；出口截止阀组28的进油口与模拟井筒组的加热油出口相连，出油口与油箱回油口相连；所述温度变送器组36安装在模拟井筒组上；所述油冷却回路VI由入口第I截止阀30、出口第2截止阀35、单向阀34、油冷却器33和所述冷却电磁阀32构成；所述油冷却器33的加热油入口和出口分别与油箱I的回油口和油泵23的进油口相连，油冷却器33的加热油出口和油泵23的进油口之间的液压管路上并联有卸油口截止阀29 ;所述油冷却器33的冷却水入口与冷却电磁阀32、过滤器31和入口第I截止阀30依次连接，冷却水出口与单向阀34和出口第2截止阀35依次连接；所述PLC控制系统300通过采集温度变送器组36的信号，对加热器24和冷却电磁阀32进行PID控制实现模拟井筒温度的调节。
[0022]实施例六:本实施例与实施例一基本相同，特别之处是:
参见图4，本能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统中的所述井筒管柱拉压子系统包括过滤器37、油泵38、单向阀39、溢流阀40、压力表41、调速阀42、两位四通电磁阀43和油缸44 ;所述油泵38 —端通过过滤器41与油箱相连，另一端与单向阀39的进油口相连；单向阀39的出油口与调速阀42的进油口相连，两者之间的液压管路上依次并联有溢流阀40和压力表41 ;所述两位四通电磁阀43分别与油缸44两端、调速阀42的出油口以及油箱相连；所述油缸44安装有拉压力变送器45和拉压接头46。
[0023]下面以封隔工具打压试验来说明能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统的具体工作过程。参见图1?4所示，其具体过程是:
1、通过截止阀组18、19、20、27、28选择模拟井筒组中用于测试的模拟井筒，所选模拟井筒必须一致。另外，每个截止阀组的截止阀个数和模拟井筒组的井筒个数相同，每次测试只对一个模拟井筒进行试验。
[0024]2、根据封隔工具的坐封方式选择坐封方法，如果封隔工具是机械坐封，则运行井筒管柱拉压子系统进行机械坐封，如果封隔工具是液压坐封，则需要对模拟井筒打内压来完成液压坐封。打内压时，首先开启超高压泵I并根据所需坐封压力设定压力值，然后打开内压气动截止阀5，其余气动阀门处于关闭状态。实时采集内压压力变送器16的信号，当内压达到设定值后，关闭内压气动截止阀5进行保压，完成封隔工具坐封，接着打开泵端气动卸荷阀2和井筒端气动卸荷阀3对主回路进行卸荷，最后关闭超高压试压泵I。
[0025]3、运行加热子系统，打开油箱截止阀22，然后打开油冷却回路入口截止阀30和出口截止阀35，关闭排油口截止阀29，启动油泵23和加热器24后，系统按照设定温度对模拟井筒进行加热，PLC可编程控制器根据温度变送器组36采集的温度信号通过PID算法来打开或关闭油冷却回路的冷却电磁阀32和加热器22进行加热温度的调节，温度变送器组36的温度变送器个数和模拟井筒组的井筒个数相同。根据压力表25显示的主回路压力，压力不稳时打开排气电磁阀26进行排气。
[0026]4、当温度达到测试所需温度后，对模拟井筒打上压或下压。打上压时，根据测试所需压力对超高压试压泵I进行设置，然后打开上压气动截止阀4，其余气动阀门处于关闭状态。当上压达到设定值后，关闭上压气动截止阀4进行保压。打下压时，根据测试所需压力对超高压试压泵I进行设置，然后打开下压气动截止阀6，其余气动阀门处于关闭状态。当下压达到设定值后，关闭下压气动截止阀进行保压6。上压或下压进行保压后，打开泵端气动卸荷阀2和井筒端气动卸荷阀3对主回路进行卸荷，最后关闭超高压试压泵I。
[0027]5、如果上压、内压或下压保压时间到，则分别打开上压气动卸荷阀7、内压气动卸荷阀8或下压气动卸荷阀9进行卸压。
[0028]6、测试完成后,关闭所有系统。
【权利要求】
1.一种能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，与模拟井筒组配合使用，包括工业控制计算机(100)、PLC控制系统(300)、加热子系统(200)、加压子系统(400)和井筒管柱拉压子系统(500);其特征在于:所述工业控制计算机(100)经PLC控制系统(300)连接加热子系统(200)和加压子系统(400)，加热子系统(200)、加压子系统(400)和井筒管柱拉压子系统(500)分别与模拟井筒组相连。
2.根据权利要求书I所述的能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，其特征在于:所述PLC控制系统(300)的控制电路由PLC可编程控制器、触摸屏、操作按钮和指示灯组成；所述PLC可编程控制器的通讯口分别与工业控制计算机(100)和触摸屏相连，所述PLC可编程控制器的I/O端口分别与加压子系统(400)的超高压试压泵(I)、泵端压力变送器(13)、上压压力变送器(15)、内压压力变送器(16)、下压压力变送器(17)、泵端气动卸荷阀(2)、井筒端气动卸荷阀(3)、上压气动截止阀(4)、内压气动截止阀(5)、下压气动截止阀(6)、上压气动卸荷阀(7)、内压气动卸荷阀(8)、下压气动卸荷阀(9)，加热子系统(200)的加热器(24)、排气电磁阀(26)、冷却电磁阀(32)、温度变送器组(36)以及井筒管柱拉压子系统(500)的拉压力变送器(45)相连；所述PLC可编程控制器的I/O端口还与控制柜上的操作按钮和指示灯相连。
3.根据权利要求书I所述的能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，其特征在于:所述PLC控制系统(300)包含三种工作模式:手动模式、半自动模式和自动模式；在手动模式下，用户对PLC可编程控制器I/O接口上的单个阀门进行操作；在半自动模式下，用户对PLC可编程控制I/O接口上的阀门进行组合操作，分别完成加热、打压、保压和卸压等一套动作；在自动模式下，用户先对测试所需参数进行设置，PLC可编程控制器按照用户所设参数自动完成封隔工具高温高压性能测试所需的全部流程。
4.根据权利要求书2所述的能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，其特征在于:所述加压子系统(400)由超高压试压泵回路(I )、压力选择回路(II)和井筒选择回路(III)通过油管依次连接构成；所述超高压试压泵回路(I )包括所述超高压试压泵(I)、泵端气动卸 荷阀(2)、单向阀(14)、井筒端气动卸荷阀(3)和泵端压力变送器(13);所述超高压试压泵(I) 一端与单向阀(14)的进油口相连，另一端连接油箱，超高压试压泵(I)和单向阀(14)之间的液压管路上并联有泵端气动卸荷阀(2);所述井筒端气动卸荷阀(3)和泵端压力变送器(13)并联在单向阀(14)的出油管路上；所述压力选择回路(II)包括上压支路、内压支路和下压支路，上压支路、内压支路和下压支路相互并联；所述上压支路的结构是所述上压气动卸荷阀(7)、一个上压压力表(10)和上压压力变送器(15)并联在上压气动截止阀(4)的出油管路上；所述内压支路的结构是所述内压气动卸荷阀(8)、一个内压压力表(11)和内压压力变送器(16)并联在内压气动截止阀(5)的出油管路上；所述下压支路的结构是所述下压气动卸荷阀(9)、一个下压压力表(12)和下压压力变送器(17)并联在下压气动截止阀(6)的出油管路上；所述井筒选择回路(III)包括一个上压截止阀组(18)、一个内压截止阀组(19)和一个下压截止阀组(20);所述上压截止阀组(18)的进油口与上压气动截止阀(4)的出油口相连，出油口与模拟井筒组的上压加压口相连；所述内压截止阀组(19 )的进油口与内压气动截止阀(5 )的出油口相连，出油口与模拟井筒组的内压加压口相连；所述下压截止阀组(20)的进油口与下压气动截止阀(6)的出油口相连，出油口与模拟井筒组的下压加压口相连。
5.根据权利要求书2所述的能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，其特征在于:所述加热子系统(200)由油箱(21)、油箱截止阀(22)、油泵(23)、加热器(24)、压力表(25)、所述排气电磁阀(26)、卸油口截止阀(29)、油冷却回路(VI)、油箱井筒选择回路(V)和温度变送器组(36)构成；所述油箱(21)、油箱截止阀(22)、油泵(23)、加热器(24)和排气电磁阀(26)通过油管依次连接，加热器(24)和排气电磁阀(26)之间的液压管路上并联有压力表(25);所述油箱井筒选择回路(V)包括进口截止阀组(27)和出口截止阀组(28 );进口截止阀组(27 )的进油口与排气电磁阀(26 )的出油口相连，出油口与模拟井筒组的加热油入口相连；出口截止阀组(28)的进油口与模拟井筒组的加热油出口相连，出油口与油箱回油口相连；所述温度变送器组(36)安装在模拟井筒组上；所述油冷却回路(VI)由入口第I截止阀(30 )、出口第2截止阀(35 )、单向阀(34 )、油冷却器(33 )和所述冷却电磁阀(32)构成；所述油冷却器(33)的加热油入口和出口分别与油箱(I)的回油口和油泵(23)的进油口相连，油冷却器(33)的加热油出口和油泵(23)的进油口之间的液压管路上并联有卸油口截止阀(29);所述油冷却器(33)的冷却水入口与冷却电磁阀(32)、过滤器(31)和入口第I截止阀(30)依次连接，冷却水出口与单向阀(34)和出口第2截止阀(35)依次连接；所述PLC控制系统(300)通过采集温度变送器组(36)的信号，对加热器(24)和冷却电磁阀(32)进行PID控制实现模拟井筒温度的调节。
6.根据权利要求书I所述的能同时连接多个模拟井筒的封隔工具高温高压性能测试系统，其特征在于:所述井筒管柱拉压子系统包括过滤器(37)、油泵(38)、单向阀(39)、溢流阀(40)、压力表(41)、调速阀(42)、两位四通电磁阀(43)和油缸(44);所述油泵(38)—端通过过滤器(41)与油箱相连，另一端与单向阀(39)的进油口相连；单向阀(39)的出油口与调速阀(42)的进油口相连，两者之间的液压管路上依次并联有溢流阀(40)和压力表(41);所述两位四通电磁阀(43)分别与油缸(44)两端、调速阀(42)的出油口以及油箱相连；所述油缸(44)安装有拉 压力变送器(45)和拉压接头(46)。
【文档编号】G01M3/02GK103471773SQ201310288642
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】杜伟, 刘树林, 王勇, 刘吉成, 翟宇毅, 周晓君 申请人:上海大学