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1、(10)申请公布号 CN 102494853 A (43)申请公布日 2012.06.13 CN 102494853 A *CN102494853A* (21)申请号 201110379918.8 (22)申请日 2011.11.25 G01M 3/26(2006.01) (71)申请人 上海大学 地址 200444 上海市宝山区上大路 99 号 (72)发明人 刘树林 张宏利 缴文会 刘吉成 周晓君 翟宇毅 唐友福 刘颖慧 姜锐红 (74)专利代理机构 上海上大专利事务所 ( 普通 合伙 ) 31205 代理人 何文欣 (54) 发明名称 封隔器高温高压液压连续增压试验装置 (57) 摘要 。
2、本发明涉及一种封隔器高温高压液压连续增 压试验装置。本试验装置包括冷却器、 定量齿轮 泵、 压力调节阀、 液压缸连续增压回路、 先导式超 高压电液比例溢流阀、 压力传感器、 流量传感器、 高温高压试验油井换向回路。本发明采用低成本 定量齿轮泵和液压缸连续增压回路实现以低压产 生高压的目的， 同时采用闭环压力控制方案， 提高 了试验的精度。本发明可以模拟井下高温高压工 况， 并对井下封隔器的高温高压性能进行测试， 尤 其是能测量井下封隔器高温高压状况下的泄露流 量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申。
3、请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种封隔器高温高压液压连续增压试验装置， 包括冷却器 (1)、 定量齿轮泵 (2)、 压 力调节阀 (3)、 液压缸连续增压回路 ( )、 先导式超高压电液比例溢流阀 (12)、 压力传感 器 (13)、 流量传感器 (14)、 高温高压试验油井换向回路 ( )， 其特征在于 ： 所述定量齿轮 泵 (2) 的出油口和液压缸连续增压回路 ( ) 的进油口连接， 并在两者之间的液压管路上 并联压力调节阀(3)， 所述液压缸连续增压回路()的出油口与高温高压试验油井换向回 路 ( ) 的进油口相连， 所述先导式超高压电液比例。
4、溢流阀 (12)、 压力传感器 (13) 和流量 传感器 (14) 连接在液压缸连续增压回路 ( ) 和高温高压试验油井换向回路 ( ) 之间 的液压管路上。 2. 根据权利要求 1 所述的封隔器高温高压液压连续增压试验装置， 其特征在于 ： 所述 液压缸连续增压回路 ( ) 由两个超高压单向阀 (4)、 一个三位四通电磁换向阀 (5)、 一个 双作用增压器(6)、 两个极限位置限位开关(7)、 一个梭阀(8)、 一个压力传感器(9)、 两个两 位三通电磁换向阀 (10) 和两个超高压液控单向阀 (11) 组成， 所述两个超高压单向阀 (4) 的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口， 出油口连。
5、接双作用增压器 (6) 左右两端的两 个小活塞腔， 所述三位四通电磁换向阀 (5) 的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口， 两个控制油口则分别连接双作用增压器 (6) 中间大活塞腔的左右两端， 出油口连接油箱， 所述两个超高压液控单向阀 (11) 的进油口分别连接双作用增压器 (6) 左右两端的两个小 活塞腔， 出油口连接在一起形成整个液压缸连续增压回路()的出油口， 所述压力传感器 (9)通过梭阀(8)连接在双作用增压器(6)的两个小活塞腔上， 所述两个两位三通电磁换向 阀 (10) 连接在液压缸连续增压回路 ( ) 的进油口和超高压液控单向阀 (11) 的控制油口 之间， 所述两个极限位。
6、置限位开关(7)分别安装在双作用增压器(6)大活塞腔的左右两端。 3. 根据权利要求 1 所述的封隔器高温高压液压连续增压试验装置， 其特征在于 ： 所述 高温高压试验油井换向回路 ( ) 主要由三个超高压两位三通电磁换向阀 (15、 16、 17)、 高 温高压试验油井 (18)、 三个超高压单向阀 (19)、 一个自动排气阀 (20) 和一个超高压两位 两通电磁换向阀 (21) 组成， 所述高温高压试验油井 (18) 主要包括环空加热套 (22)、 井筒 (23)、 油管(24)及试验封隔器(25)， 所述环空加热套(22)包裹在井筒(23)外部， 所述井筒 (23) 和油管 (24) 的。
7、下部封死， 上部通过密封堵头密封， 所述试验封隔器 (25) 连接在油管 (24) 的中部， 形成油管的一段， 并嵌套入井筒 (23)， 井筒 (23) 和油管 (24) 之间的环空被试 验封隔器(25)分割形成上压腔(a)和下压腔(b)， 油管(24)内部空间形成内压腔(c)， 在油 管 (24) 底端及井筒 (23) 上下两端各开有一个注油孔， 分别连通上压腔 (a)、 下压腔 (b) 和 内压腔 (c)， 所述超高压两位三通电磁换向阀 (15、 16、 17) 分别串联在液压缸连续增压回路 ( ) 出油口和高温高压试验油井 (18) 的三个注油孔之间， 并且安装在高温高压试验油井 (18。
8、) 底部， 所述三个超高压单向阀 (19) 安装在高温高压试验油井 (18) 的顶部 , 进油端分 别与上压腔 (a)、 下压腔 (b) 和内压腔 (c) 的顶端连通， 出油端连接自动排气阀 (20)， 所述 自动排气阀 (20) 安装在高温高压试验油井的顶部， 所述超高压两位两通电磁换向阀 (21) 进口连接三个超高压单向阀 (19) 的出油端， 出口连接油箱。 权 利 要 求 书 CN 102494853 A 2 1/4 页 3 封隔器高温高压液压连续增压试验装置 技术领域 0001 本发明涉及一种测试封隔器耐压性能的液压连续增压试验装置， 属于石油工程及 机电一体化技术领域。 背景技术 。
9、0002 现在， 随着钻井深度的增加， 由于地温梯度和液柱压力作用， 井下的温度和压力也 相应增加， 因此， 工作过程中井下封隔器失效可能引发多种井下复杂情况及事故， 并造成巨 大的经济损失。为了验证封隔器的高温高压性能， 就需要一种可以模拟井下高温高压工况 的高温高压试验设备。目前， 已有的封隔器高温高压模拟试验设备 ( 如中原油田分公司封 隔器高温性能试验系统 )， 为了满足不同封隔器的注油压力试验要求， 采用了两台或两台以 上不同压力和排量的动力泵。这种方法不仅增加了设备的数量和液压回路的复杂程度， 而 且占用了更多的场地面积， 无形中增加了试验成本。 研究通过增加增压装置， 改变试验设。
10、备 的工作压力， 达到以低压产生高压的目的。 发明内容 0003 本发明的目的在于， 针对当前不同压力封隔器试验所需的泵类设备较多， 系统复 杂的问题， 提供一种封隔器高温高压液压连续增压试验装置， 能节约试验成本， 减少能量消 耗和设备数量， 并且可满足多种封隔器的高温高压压力试验要求。该试验装置不仅能准确 控制封隔器的试验压力， 而且还可以测量封隔器在一定试验压力下的泄露流量。 0004 为达到上述目的， 本发明采用如下技术方案 ： 一种封隔器高温高压液压连续增压实验装置， 包括冷却器、 定量齿轮泵、 压力调节阀、 液压缸连续增压回路、 先导式超高压电液比例溢流阀、 压力传感器、 流量传感。
11、器、 高温高压 试验油井换向回路， 其特征在于 ： 所述定量齿轮泵的出油口和液压缸连续增压回路的进油 口连接， 并在两者之间的液压管路上并联压力调节阀， 所述液压缸连续增压回路的出油口 与高温高压试验油井换向回路的进油口相连， 所述先导式超高压电液比例溢流阀、 压力传 感器和流量传感器连接在液压缸连续增压回路和高温高压试验油井换向回路之间的液压 管路上。 0005 所述液压缸连续增压回路由两个超高压单向阀、 一个三位四通电磁换向阀、 一个 双作用增压器、 两个极限位置限位开关、 一个梭阀、 一个压力传感器、 两个两位三通电磁换 向阀和两个超高压液控单向阀组成， 所述两个超高压单向阀的进油口连接。
12、液压缸连续增压 回路的进油口， 出油口连接双作用增压器左右两端的两个小活塞腔， 所述三位四通电磁换 向阀的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口， 两个控制油口则分别连接双作用增压器 中间大活塞腔的左右两端， 出油口连接油箱， 所述两个超高压液控单向阀的进油口分别连 接双作用增压器左右两端的两个小活塞腔， 出油口连接在一起形成整个液压缸连续增压回 路的出油口， 所述压力传感器通过梭阀连接在双作用增压器的两个小活塞腔上， 所述两个 两位三通电磁换向阀连接在液压缸连续增压回路的进油口和超高压液控单向阀的控制油 说 明 书 CN 102494853 A 3 2/4 页 4 口之间， 用于反向开启超高压。
13、液控单向阀， 所述两个极限位置限位开关分别安装在双作用 增压器大活塞腔的左右两端。 0006 所述高温高压试验油井换向回路主要由三个超高压两位三通电磁换向阀、 高温高 压试验油井、 三个超高压单向阀、 一个自动排气阀和一个超高压两位两通电磁换向阀组成， 所述高温高压试验油井主要包括环空加热套、 井筒、 油管及试验封隔器， 所述环空加热套包 裹在井筒外部， 所述井筒和油管的下部封死， 上部通过密封堵头密封， 所述试验封隔器连接 在油管的中部， 形成油管的一段， 并嵌套入井筒， 井筒和油管之间的环空被试验封隔器分割 形成上压腔和下压腔， 油管内部空间形成内压腔， 在油管底端及井筒上下两端各开有一个。
14、 注油孔， 分别连通上压腔、 下压腔和内压腔， 所述超高压两位三通电磁换向阀分别串联在液 压缸连续增压回路出油口和高温高压试验油井的三个注油孔之间， 并且安装在高温高压试 验油井底部， 所述三个超高压单向阀安装在高温高压试验油井的顶部 , 进油端分别与上压 腔、 下压腔和内压腔的顶端连通， 出油端连接自动排气阀， 所述自动排气阀安装在高温高压 试验油井的顶部， 所述超高压两位两通电磁换向阀进口连接三个超高压单向阀的出油端， 出口连接油箱。 0007 试验前首先设定先导式超高压电液比例溢流阀和压力调节阀的溢流压力， 然后开 启定量齿轮泵开始试验。流量传感器测量进入高温高压试验油井换向回路的液压油。
15、流量， 压力传感器测量高温高压试验油井换向回路的试验压力。 将压力传感器测量得到的压力信 号与系统设定的试验压力进行比较， 得到一个偏差信号， 然后根据这一偏差信号由 PLC 控 制器动态调节压力调节阀的溢流压力， 就可以通过液压缸连续增压回路来间接改变系统的 高压端试验压力。 0008 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、 本发明采用了制造成本低的齿轮泵来代替高压低排量的超高压柱塞泵， 不仅节省了 整个系统的制造费用， 而且还可以实现试验初始阶段系统的快速充液增压。 0009 2、 本发明采用了液压缸连续增压回路给系统增压， 实现了以低压产生高压的目。
16、 的， 减少了工作人员直接操纵高压带来的危险， 同时液压缸连续增压回路内采用了压力平 衡逆向开启超高压液控单向阀， 减少了双作用增压器换向带来的压力波动。 0010 3、 本发明的压力控制采用了闭环控制方案， 试验过程中压力波动小， 压力控制准 确， 并可以动态测量封隔器在井下高温高压状况下的泄露流量。 附图说明 0011 图 1 是本发明实施例 1 的结构简图。 0012 图 2 是本发明所用高温高压试验油井结构图。 具体实施方式 0013 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， 本封隔器高温高压液压连续增压试验装置主要包括冷却器 1、 定 量齿轮泵 2、 。
17、压力调节阀 3、 液压缸连续增压回路、 先导式超高压电液比例溢流阀 12、 压力 传感器 13、 流量传感器 14、 高温高压试验油井换向回路， 其特征在于 ： 所述液压缸连续增 压回路串联在定量齿轮泵 2 和高温高压试验油井换向回路之间 ； 所述压力调节阀 3 是 说 明 书 CN 102494853 A 4 3/4 页 5 一个电液比例溢流阀并联在定量齿轮泵 2 和液压缸连续增压回路之间的液压管路上， 用 于调整系统的试验压力 ； 所述先导式超高压电液比例溢流阀 12 的设定压力为封隔器试验 压力的 1.05 被， 并联在液压缸连续增压回路和高温高压试验油井换向回路之间的液 压管路上， 充。
18、当安全阀使用 ； 所述压力传感器 13 也并联在液压缸连续增压回路和高温高 压试验油井换向回路之间的液压管路上， 用于测量封隔器的试验压力 ； 所述流量传感器 14 串联在液压缸连续增压回路和高温高压试验油井换向回路之间的液压管路上， 用于 测量流入高温高压试验油井换向回路的液压油流量。 0014 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 1， 本封隔器高温高压液压连续增压试验装置所述液压缸连续增压回路主要 由两个超高压单向阀 4、 一个三位四通电磁换向阀 5、 一个双作用增压器 6、 两个极限位置限 位开关7、 一个梭阀8、 一个压力传感器9、 两个两位三通电磁换向。
19、阀10和两个超高压液控单 向阀 11 组成， 所述两个超高压单向阀 4 的进油口连接液压缸连续增压回路的进油口， 出 油口连接双作用增压器 6 左右两端的两个小活塞腔， 所述三位四通电磁换向阀 5 的进油口 连接油源， 控制油口则分别连接双作用增压器 6 中间大活塞腔的左右两端， 超高压单向阀 4 和三位四通电磁换向阀 5 的进油口也形成整个液压缸连续增压回路的进油口， 所述两个 超高压液控单向阀11的进油口分别连接双作用增压器6左右两端的两个小活塞腔， 出油口 连接在一起形成整个液压缸连续增压回路的出油口， 所述压力传感器 9 通过梭阀 8 连接 在双作用增压器6的两个小活塞腔上， 用来测量。
20、双作用增压器6高压腔的压力， 所述两位三 通电磁换向阀 10 与油源和超高压液控单向阀 11 的控制油口相连， 用于反向开启超高压液 控单向阀 11， 所述两个极限位置限位开关 7 分别安装在双作用增压器 6 大活塞腔的左右两 端， 用于双作用增压器 6 活塞的换向。 0015 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， 本封隔器高温高压液压连续增压试验装置所述高温高压试验油井换向回路 主要由超高压两位三通电磁换向阀 15、 16、 17、 高温高压试验油井 18、 三个超高压单向阀 19、 自动排气阀 20 和超高压两位两通电磁换向阀 21 组成， 所述高温高压。
21、试验油井 18 （参见 图 2） 主要包括环空加热套 22、 井筒 23、 油管 24 及试验封隔器 25 ； 所述环空加热套 22 包裹 在井筒 23 外部， 所述井筒 23 和油管 24 的下部封死， 上部通过密封堵头密封 ； 所述试验封 隔器 25 连接在油管 24 的中部， 形成油管的一段， 并嵌套入井筒， 井筒 23 和油管 24 之间的 环空被试验封隔器 25 分割形成上压腔和下压腔， 油管 24 内部空间形成内压腔， 在油管 24 底端及井筒 23 上下两端分别开有一个注油孔， 分别连通上压腔、 下压腔和内压腔 ； 所述超 高压两位三通电磁换向阀 15、 16、 17 分别串联在。
22、液压缸连续增压回路的出油口和高温高 压试验油井18的三个注油孔之间， 并且安装在高温高压试验油井18的底部， 所述三个超高 压单向阀 19 安装在高温高压试验油井 18 的顶部 , 进油端分别与上压腔、 下压腔和内压腔 的顶端连通， 出油端连接自动排气阀 20 ； 所述自动排气阀 20 安装在高温高压试验油井的顶 部 ； 所述超高压两位两通电磁换向阀 21 的进口连接三个超高压单向阀的出油端， 出口连接 油箱。 0016 下面以封隔器上压试验来说明封隔器高温高压液压连续增压试验装置的具体工 作过程。参见图 1 所示， 其具体过程是 ： 1、 有一个 PLC 控制器根据试验封隔器的试验压力初步设。
23、定压力调节阀 3 的溢流压力， 说 明 书 CN 102494853 A 5 4/4 页 6 同时设定先导式超高压电液比例溢流阀 12 的溢流压力为封隔器试验压力的 1.05 倍。 0017 2、 PLC 控制超高压两位三通电磁换向阀 17 换向， 处于左位工作状态， 超高压两位 两通电磁换向阀 21 换向， 处于左位工作状态。 0018 3、 开启定量齿轮泵 2， 三位四通电磁换向阀 5 处于中位状态， 液压油通过双作用增 压器 6 两端的超高压单向阀 4 和液控单向阀 11 直接进入高温高压试验油井 18 的上压试验 腔 a， 试验腔内的气体则通过自动排气阀 20 排出。 0019 4、 。
24、经过一段时间的加压后， 当压力传感器 13 检测到系统压力达到或超过压力调 节阀 3 所设定溢流压力的 80% 时， 三位四通电磁换向阀 5 换向处于左位工作状态， 液压油进 入双作用增压器 6 左端的小活塞腔和大活塞腔， 增压器活塞右移继续给系统增压， 当两个 压力传感器 9、 13 测得右侧超高压液控单向阀 11 两端的压力达到平衡时， 右侧两位三通电 磁换向阀 10 换向， 反向开启右侧液控单向阀 11。当增压器大活塞接触到右端的限位开关 7 时， 右侧两位三通电磁换向阀 10 的电磁线圈失电， 右侧液控单向阀 11 反向关闭， 同时三 位四通电磁换向阀 5 换向处于右位工作状态， 液压。
25、油进入双作用增压器 6 右端的小活塞腔 和大活塞腔， 增压器活塞左移给系统增压， 当两个压力传感器 9、 13 测得左侧超高压液控单 向阀两端的压力达到平衡时， 左侧两位三通电磁换向阀 10 换向， 反向开启左侧液控单向阀 11。当双作用增压器大活塞接触到左端限位开关 7 时， 三位四通电磁换向阀 5 再次换向处 于左位工作状态， 以此往复循环增压。PLC 控制器将高压端压力传感器 13 反馈的压力信号 与此时系统设定的封隔器实验压力相比较， 得到偏差信号， 然后动态调节压力调节阀 3 的 溢流压力来调节高温高压试验油井 18 的压力。 0020 5、 试验完成后， 首先关闭定量齿轮泵 2， 然后先导式超高压两位三通电磁换向阀 17 和超高压两位两通电磁换向阀 21 的电磁线圈失电， 系统泄压。 说 明 书 CN 102494853 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102494853 A 7 。