内防喷工具耐冲蚀压力实验装置

文档序号:1814104 发布日期:2021-11-09 浏览:3次 >En<

阅读说明:本技术 内防喷工具耐冲蚀压力实验装置 (Erosion pressure resistant experimental device for internal blowout prevention tool ) 是由 赵盛林 任红菊 刘喜龙 王吉山 于 2021-08-17 设计创作,主要内容包括:内防喷工具耐冲蚀压力实验装置,属于石油天然气钻井装置领域。能够进行各种设定工况下的冲蚀试验。所述模拟管流冲蚀试验系统回路对试验阀芯进行静态模拟仿真冲蚀试验,模拟压力射流冲蚀试验系统回路连入模拟管流冲蚀试验系统回路并对试验阀芯进行压力射流试验,所述电器总成控制柜为整套实验设备供电提供动能,自动化实验数据监控采样记录系统用于实时监控试验管线中的,流量、流速、温度、压力、阀盖一开启关闭次数,并存储实验数据,打印实验表格。本发明可实现内防喷工具在动态开关过程中的冲蚀试验。有两套冲蚀试验系统,试验参数容易控制,可调整模拟试验工况环境。(An erosion pressure resistant experimental device for an internal blowout prevention tool belongs to the field of petroleum and natural gas drilling devices. The erosion test under various set working conditions can be carried out. The simulation pipe flow erosion test system loop carries out static simulation erosion test on the test valve element, the simulation pressure jet erosion test system loop is connected into the simulation pipe flow erosion test system loop and carries out pressure jet test on the test valve element, the electric appliance assembly control cabinet provides kinetic energy for power supply of the whole set of test equipment, the automatic test data monitoring and sampling recording system is used for monitoring flow, flow rate, temperature, pressure and valve cover opening and closing times in a test pipeline in real time, storing test data and printing an experiment table. The invention can realize the erosion test of the internal blowout prevention tool in the dynamic switching process. Two sets of erosion test systems are provided, test parameters are easy to control, and the working condition environment of the simulation test can be adjusted.)

内防喷工具耐冲蚀压力实验装置

技术领域

本发明属于石油天然气钻井装置领域,具体涉及一种冲蚀实验装置。

背景技术

内防喷工具属于井控装备内的快速防喷工具,能有效控制钻井过程中井喷井涌事故的发生。是石油天然气钻井领域重要的安全装备。钻井过程中钻井泥浆夹杂岩屑等固相物对内防喷工具的冲蚀磨损是其主要的失效形式之一。以冲蚀理论为基础建立的模拟冲蚀试验模型是研究其冲蚀失效的重要手段。通过得到的实验数据对产品进行设计优化和工艺改进,并验证其在各类工况中冲蚀磨损环境中的使用寿命。现有的冲蚀试验装置,也仅仅是通过流速,喷射角度及含沙量对靶向材料进行静态模拟仿真冲蚀试验,不能满足内防喷工具在不同试验工况环境中及内防喷工具动态工作过程中的冲蚀试验条件。

发明内容

本发明为了解决上述问题,进而提供一种内防喷工具耐冲蚀压力实验装置,进行各种设定工况下的冲蚀试验。

本发明所采取的技术方案是:一种内防喷工具耐冲蚀压力实验装置,包括模拟管流冲蚀试验系统回路、模拟压力射流冲蚀试验系统回路、电器总成控制柜及自动化实验数据监控采样记录系统;所述模拟管流冲蚀试验系统回路对试验阀芯进行静态模拟仿真冲蚀试验,模拟压力射流冲蚀试验系统回路连入模拟管流冲蚀试验系统回路并对试验阀芯进行压力射流试验,所述电器总成控制柜为整套实验设备供电提供动能,自动化实验数据监控采样记录系统用于实时监控试验管线中的,流量、流速、温度、压力、阀盖一开启关闭次数,并存储实验数据,打印实验表格。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果:

本发明可实现内防喷工具在动态开关过程中的冲蚀试验。有两套冲蚀试验系统,试验参数容易控制,可调整模拟试验工况环境。自动化程度高,实现实时监控记录实验数据,试验性能稳定。实时监控试验管线中的流量,流速,压力,温度,内防喷工具开关次数,等试验数据,并打印出试验数据表格。可实现无人化试验,自动记录实验数据。

附图说明

图1是本发明轴测图;

图2是本发明俯视图;

图3是本发明模拟管流冲蚀试验系统回路管线图;

图4是本发明泥浆流量控制装置结构示意图;

图5是本发明图4的A部放大图;

图6是本发明图4的B部放大图;

图7是本发明模拟压力射流冲蚀试验系统回路管线图;

其中:1、箱体盖板;2、泥浆箱体;3、排气装置;4、可视实验舱;5、试验阀芯;6、电磁流量计;7、试验管线;8、泥浆泵二;9、出浆口二;10、泥浆搅拌器;11、泥浆流量控制装置;12、进浆口;13、泥浆泵一;14、喷射管线;15、泄流管;16、红外计数器;17、液压站;18、液压泵;19、打压缸;20、注水缸;21、储能缸;22、储液泵站;23、PLC工控机采样记录装置;24、监控显示器;25、打印机;26、储能器;27、管道蝶阀;28、主操作电器控制柜;29、泥浆泵控制柜一;30、储能缸泥浆泵控制柜二;31、模拟管流冲蚀试验系统回路;32、模拟压力射流冲蚀试验系统回路;33、电器总成控制柜;34、自动化实验数据监控采样记录系统;36、泥浆;37、曲柄摇杆机构;38、调速电机;40、固定销钉;41、阀盖二;42、密封圈一;43、芯体;44、密封圈二;45、增压泵;46、单向排气阀;47、压力表;48、压力传感器;50、阀盖一。

具体实施方式

具体实施方式一:本发明设计有独创的复合式冲蚀实验装置,设计由模拟管流冲蚀试验系统和压力喷射式试验冲蚀系统组成,并将两者整合到一套系统当中,模拟冲蚀磨损试验工况环境仿真效果真实,可通过设置管线中流量,流速,压力,温度,内防喷工具开关次数,改变试验环境,进行各种设定工况下的冲蚀试验。

参照图1至图7说明本实施方式,本实施方式提供了一种内防喷工具耐冲蚀压力实验装置,包括模拟管流冲蚀试验系统回路31、模拟压力射流冲蚀试验系统回路32、电器总成控制柜33及自动化实验数据监控采样记录系统34;所述模拟管流冲蚀试验系统回路31对试验阀芯5进行静态模拟仿真冲蚀试验,模拟压力射流冲蚀试验系统回路32连入模拟管流冲蚀试验系统回路31并对试验阀芯5进行压力射流试验,所述电器总成控制柜33为整套实验设备供电提供动能,自动化实验数据监控采样记录系统34用于实时监控试验管线中的,流量、流速、温度、压力、阀盖一50开启关闭次数,并存储实验数据,打印实验表格。

具体实施方式二:参照图1至图3说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式一所述的模拟管流冲蚀试验系统回路31作进一步限定,本实施方式中,所述模拟管流冲蚀试验系统回路31包括泥浆泵一13、试验管线7、泥浆箱体2、排气装置3、可视实验舱4及试验阀芯5;所述可视实验舱4安装在试验管线7上,所述试验管线7的出浆口与泥浆箱体2的内腔连通,试验管线7的进浆口12与泥浆泵一13的出口连通,所述泥浆泵一13的入口与泥浆箱体2的出浆口一连通,所述试验阀芯5安装在可视实验舱4内并与试验管线7连通,所述试验管线7上设置排气装置3。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中,泥浆箱体2上设置箱体盖板1。

具体实施方式三:通过本装置中的泥浆流量控制装置11,是实现内防喷工具在冲蚀状态下的开启和关闭,实现内防喷工具在工作过程中动态冲蚀试验。

参照图1至图6说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式二所述的模拟管流冲蚀试验系统回路31作进一步限定,本实施方式中,模拟管流冲蚀试验系统回路31还包括泥浆流量控制装置11及泄流管15;所述试验管线7与泥浆箱体2之间连通有泄流管15,并在泄流管15上设置泥浆流量控制装置11用于控制试验管线7中的流量。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

本实施方式中,所述泄流管15设置在可视实验舱4与泥浆泵一13之间的管线上。

具体实施方式四,参照图图4说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式三所述的泥浆流量控制装置11作进一步限定,本实施方式中,所述泥浆流量控制装置11包括管道蝶阀27、曲柄摇杆机构37及调速电机38;所述管道蝶阀27作为蝶阀开关转动安装在泄流管15内,所述调速电机38通过传动机构带动曲柄摇杆机构37的曲柄转动,所述曲柄摇杆机构37的摇杆带动管道蝶阀27转动,实现泄流管15的开启和关闭。

本实施方式中,所述传动机构采用皮带传动机构或者链传动机构均可。

本实施方式中,所述管道蝶阀27通过转轴安装在在泄流管15内,且转轴一端伸出泄流管15,与摇杆铰接,由摇杆驱动,使转轴和管道蝶阀27一同转动,实现泄流管15的开启和关闭。

泥浆流量控制装置11工作原理:泥浆泵一13启动后,泥浆36注入试验管线7,开启调速电机38,调速电机38带动曲柄摇杆机构37运行,实现管道蝶阀27开关,当管道蝶阀27转动90°开启时,泥浆36从泄流管15泄流,管线内压力减小,使序号芯体43的阀盖一50关闭,反之,芯体43开启。

具体实施方式五:参照图4至图6说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式四所述的试验阀芯5作进一步限定,本实施方式中,试验阀芯5包括管体以及设置在管体内的芯体43、密封圈一42、阀盖一50、阀盖二41、密封圈二44及固定销钉40;所述芯体43和密封圈一42相对设置在管体两端,芯体43一端和密封圈一42分别对接试验管线7,所述阀盖一50和阀盖二41分别转动安装在芯体43和密封圈一42另一端上,阀盖一50在重力作用下盖在芯体43另一端上,阀盖二41通过固定销钉40水平固定在管体内,所述密封圈一42另一端内腔内设置密封圈二44。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。

模拟管流冲蚀试验系统回路31用途:为泥浆36提供实验所需流量,流速,冲蚀试验阀芯5,使试验阀芯5实现开起,关闭动作,实验在泥浆36冲蚀状态下,试验阀芯5开启,关闭的机械动作,及密封圈一42、密封圈二44,阀盖一50、阀盖二41,销轴,弹簧等部件的磨损情况。可进行管流冲蚀试验。

具体实施方式六:参照图1至图6说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式五所述的模拟管流冲蚀试验系统回路31作进一步限定,本实施方式中,模拟管流冲蚀试验系统回路31还包括泥浆搅拌器10及泥浆泵二8;所述试验管线7上安装有电磁流量计6,所述泥浆搅拌器10安装在泥浆箱体2内,所述曲柄摇杆机构37的曲柄上设置红外计数器16,所述泥浆泵二8的入口与泥浆箱体2的出浆口二9连通,泥浆泵二8的出口与泥浆泵一13的出口汇合连入试验管线7,并设置在泥浆流量控制装置11前方。其它组成及连接方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式七:参照图1、图2、图7说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式一所述的模拟压力射流冲蚀试验系统回路32作进一步限定,本实施方式中,模拟压力射流冲蚀试验系统回路32包括储能缸21、注水缸20、打压缸19、喷射管线14、储液泵站22、液压站17、储能器26及液压泵18;所述储能缸21、注水缸20和打压缸19依次连通,储能缸21通过喷射管线14与试验管线7连通,并且连通位置设置在可视实验舱4和泥浆泵一13的出口之间,所述储液泵站22与注水缸20连通,为注水缸20提供泥浆36,所述液压站17和打压缸19通过循环管连通,所述储能器26与储能缸21连通,液压站17上安装有液压泵18。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

储能器26的作用是:保证管路中的压力,稳压和保压;

多余的流体会在储能器26中,当系统压力降低,储能器26就工作,补充管路压力。

模拟压力射流冲蚀试验系统回路32用途:为储能缸21提供压力势能,为系统的提供压力源。增加压力为0-20mpa可调。可进行压力射流试验。

具体实施方式八:参照图1、图2、图7说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式七所述的模拟压力射流冲蚀试验系统回路32作进一步限定,本实施方式中,模拟压力射流冲蚀试验系统回路32还包括压力表47及单向排气阀46;所述储能缸21上安装有压力传感器48和压力表47,所述注水缸20上设有单向排气阀46。其它组成及连接方式与具体实施方式七相同。

具体实施方式九:参照图1说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式一所述的电器总成控制柜33作进一步限定,本实施方式中,电器总成控制柜33包括

主操作电器控制柜28,用于控制模拟压力射流冲蚀试验系统回路32;

泥浆泵控制柜一29,用于控制泥浆泵一13和泥浆泵二8;

储能缸泥浆泵控制柜二30,用于控制储能缸泥浆泵。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式十:自动化试验实时监控记录设备,通过安装在管线中的各类传感器实时监测记录试验,自动监测,记录试验管线中的压力,流量,流速,内防喷工具开关次数等实验数据,并打印出模拟试验条件过程曲线图。

参照图1说明本实施方式,本实施方式是对具体实施方式一所述的自动化实验数据监控采样记录系统34作进一步限定,本实施方式中,自动化实验数据监控采样记录系统34包括

PLC工控机采样记录装置23,用于存储实验数据;

监控显示器24,用于显示监控数据;

打印机25,用于打印实验表格;

压力传感器48,安装在储能缸21上,用于监控模拟压力射流冲蚀试验系统回路32的压力,

红外计数器16,安装在曲柄摇杆机构37的曲柄上,用于记录阀盖一50开启关闭次数,

电磁流量计6安装在试验管线7上,用于监控模拟管流冲蚀试验系统。

工作原理:根据伯努利方程原理,内防喷工具耐冲蚀压力实验装置设计了两套冲蚀试验系统,一套为内防喷工具耐冲蚀压力实验装置提供试验流速的主回路。另一套是提供压力喷射的回路。系统进行设定流速条件下的泥浆管流式冲蚀试验,又可进行压力喷射条件下的压力冲蚀试验。根据伯努利方程原理设计了内防喷工具冲蚀装置,伯努利方程的物理意义说明:在密封的管道内做稳定流动的理想液体具有3种形式的能量,即压力能,动能和势能,它们之间可以相互转化,并且液体在管道内一处,这三种能量总和是一定的,这就是伯努利定律,也可称为理想液体做稳定流动时的能量守恒定律。从伯努利方程中还可以看出,当管道水平放置,管道内各截面积处的位置水头可以认为相等时,或位置高低的影响基本不计时,液体的流速越高,它的压力就越低,例如在粗细不等的管道中,在截面积细的部分液体的流速较高,液体的压力较低,相反截面积粗的部分流速较低,而压力较高。因此本实验装置设置两套系统,主管线以流速冲蚀试验为主。附管线以压力喷射试验为主。

使用方法:1.试验泥浆36配比,将配比的泥浆36注入泥浆箱体2中,

2.将试验阀芯5装入可视实验舱4中,连接到试验管线7中,注意将法兰螺栓旋紧,并压入密封圈,及试验阀芯5的冲蚀试验方向。

3.将配比好的泥浆36注入泥浆箱体2中,泥浆36多少由液位仪控制,当泥浆36少时液位仪报警,并盖上箱体盖板1,泥浆36装入完成。

4.启动泥浆搅拌器10,将泥浆36搅拌均匀,由于重晶石粉不溶于水,即使配比好,也要先开泥浆搅拌器10。

5.开启PLC工控机采样记录装置23,对内防喷工具耐冲蚀压力实验装置进行实验数据的采样检测记录。

6.代泥浆36充分搅拌后,根据设定的试验工况环境,先开启泥浆流量控制装置11,而后开启泥浆泵控制柜一29,储能缸泥浆泵控制柜二30回路泥浆泵按钮,系统循环,系统进入管流式冲蚀实验状态,使泥浆按一定流量,流速,冲蚀试验阀芯5。

7.根据设定试验环境,开启主操作电器控制柜28的增压回路(泵)按钮,增压泵45启动,为注水缸20打压,提供动能,打压缸19启动,泥浆36通过单向阀进入储能缸21,同时单向排气阀46工作,排除注水缸20内的空气。

8.当压力到达设定值后,储能缸21工作,压力传感器48工作,信号传入电磁阀,电磁阀控制,射流单向阀开启,带压泥浆36冲蚀试验阀芯5,反复射出带压泥浆36,进入压力射流冲蚀试验状态。

可以理解,本发明是通过一些实施例进行描述的,本领域技术人员知悉的,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

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