Пневмогидравлическая испытательная установка Советский патент 1993 года по МПК G01N3/12 

Изобретение относится к технике проведения гидравлических испытаний преимущественно при высоких давлениях рабочей жидкости (до 150 МПа) и может быть использовано при испытании превен- торных установок (противовыбросового оборудования), устьевого оборудования, сосудов и объектов, работающих под высоким давлением, в процессе производства на предприятиях машиностроения и при эксплуатации, например в нефтегазовой промышленности.

Цель изобретения - расширение области применения пневмогидрзвлической испытательной установки путем имитации скважинного давления при испытании пре- венторов в различных режимах, а также повышение надежности и безопасности гидравлических испытаний при высоких давлениях рабочей жидкости.

Согласно изобретению в испытательной установке гидравлический выход из пневмоприводного насоса меньшего давления дополнительно соединен с блоком пневмогидравлических аккумуляторов и с обратным клапаном, а гидравлический выход из насоса высокого давления посредством запорных устройств соединен с дополнительными предохранительными клапанами, настроенными на давление меньше давления насоса, и с дополнительным обратным клапаном, при этом соответствующее запорное устройство и обратный клапан на выходе из каждого насоса выполнены в виде гидравлического блока так, что после обратного клапана гидравлическая линия выходит к объекту испытания, а гидравлическая линия после запорного устройства - в бак.

Наряду с этим запорное устройство на выходе из насоса высокого давления может быть выполнено в виде самозапирающегося под действием рабочей жидкости клапана, для сброса давления после которого предусматривается винтовой упор.

На чертеже изображена пневмогидрав- лическая испытательная установка в виде пневмогидравлической схемы, где пневматические коммуникации показаны пунктирными линиями, а гидравлические - сплошными линиями.

Пневмогидравлическая испытательная установка содержит бак 1 для рабочей жидкости, s качестве которой обычно используется техническая вода с добавками ингибиторов коррозии. Основу установки составляют пневмоприводные насосы 2 и 3 соответственно на меньшее давление, например 25 МПа, и высокие давления до 150 МПа. Пневмоприводные насосы - известные пневмогидравлические преобразователи давления, включающие пневмоприводы а возвратно-поступательного действия и собственно насос б. Насос 2 меньшего

давления имеет более высокую производительность, а насос 3 высокого давления - меньшую производительность, а насос3 высокого давления - меньшую производительность. Насос 2 питается из бака 1 через

фильтр 4, в линии питания предусмотрен вентиль 5 для отсечки жидкости при регламентных работах.

Выход из насоса 2 соединен со входом насоса 3. Дополнительно к этому линией 6

5 выход насоса 2 соединен с обратным клапаном гидравлического блока 7, в состав которого входит и запорное устройство, в данном случае вентиль. С линией 6 соединен также предохранительный клапан 8, на0 строенный на рабочее давление насоса 2. Выход рабочей жидкости из блока 7 в линию 9 - к объекту испытания - предусмотрен после обратного клапана, перед вентилем; сброс жидкости в линию 10 и далее в бак 5 после вентиля. Блок 7 снабжен манометром 11. К выходной линии 9 и, в конечном счете, к выходу из насоса 2 посредством вентили 12 подсоединен блок 13 пневмогидравлических аккумуляторов.

0 к выходной линии 14 из насоса 3 высокого давления подсоединен предохранительный клапан 15, настроенный на рабочее давление насоса, например 150 МПа. Дополнительно к этому к линии 14 посредст5 вом запорных устройств 16 и 17 подключены предохранительные клапаны 18 и 19, настроенные на рабочее давление меньше рабочего давления насоса 3, например на 105 и 70 МПа, при этом запорные устройства 16

0 и 17 рассчитаны на максимальное давление насоса 3. Выходная линия 14 из насоса 3 соединена также с обратным клапаном гидравлического блока 20, в состав которого входит и запорное устройство, выполнен5 ное в виде клапана, запираемого давлением рабочей (испытательной) жидкости, клапан снабжен винтовым упордм. Здесь выход рабочей жидкости из блока 20 в линию 21 - объекту испытаний высокого давления -так0 же предусмотрен после обратного клапана, перед запорным устройством. Сброс жидкости в линию 22 и далее в бак - после запорного устройства. Блок 20 снабжен манометром 23 высокого давления. Выход- 5 ные линии 9 и 21 снабжены заглушками 24 и 25 соответственно. Линии питания пнев- моприводов а насосов 3 и 2 сжатым воздухом включают общую аппаратуру: фильтр-влагоотделитель 26 и регулятор давления 27, и автономную аппаратуру для каждого пневмопривода: вентили 28 и 29 и мас- лораспылители 30 и 31. Сжатый воздух по- ступает от сети или компрессора, обычно давление на входе 32 составляет 0,6...0,8 МПа.

Описанная установка работает следующим образом.

Задействование пневмоприводов а насосов 2 и 3 осуществляется подачей сжатого воздуха через вентили 28 и 29, после настройки необходимого давления с помощью регулятора 27. Максимальное гидравлическое давление на выходе из насоса определяется как произведение давления сжатого воздуха после регулятора 27 на ко- эффициент мультипликации данного насоса. Возможность регулирования давления воздуха в пневмоприводах в сочетании с двумя насосами на разные давления обеспечивает широкий и бесступенчатый диапа- зон регулирования давления рабочей жидкости на выходе из насосов 2 и 3. По принципу действия установка относится к взрывобезопасным устройствам. При гидравлических испытаниях меньшим давлени- ем - подсоединением объекта к выходной линии 9 - вентили 12 и 29 закрыты, вентили 5 и 28 открыты, заглушка 24 снята, заглушка 25 закрыта, запорные устройства блоков 7 и 20 закрыты. Рабочая жидкость от насоса 2 через насос 3 и линии 14 и 21 не проходит - препятствует, заглушка 25. В данном случае рабочая жидкость забирается из бака, проходит через вентиль 5, фильтр 4 и от насоса 2 под давлением нагнетания по линии 6 в блок 7 и далее, после обратного клапана, перед вентилем блока 7 - в выходную линию

9 и объект испытания,давление контролируется по манометру 11. В нештатных ситуациях срабатывает предохранительный клапан 8, сбрасывая излишек жидкости по линии 10 в бак 1. После выдержки объекта под заданным давлением, с помощью вентиля в блоке 7 рабочая жидкость по линии

10 сбрасывается в бак; только после этого выходная линия 9 отсоединяется от объекта испытаний.

При испытании превенторов путем имитации расхаживания скважины и протаски- вания бурильной колонны при закрытых превенторах и наличии давления в скважине необходимо постоянно отслеживать переменный объем испытательной жидкости в полостях превенторов. В этом случае после соединения выходной линии 9 с пре- венторами открывают вентиль 12, с помощью насоса 2 производится закачка жидкости в превенторы, соответствующие линии установки и через вентиль 12 в пневмогидравлические аккумуляторы блока

13. После достижения заданного давления (наиболее распространенный диапазон давлений 7...21 МПа), закрытием вентиля 28 останавливают работу насоса 2. Далее в течение продолжительного времени, с помощью других средств, проводят испытания превенторов, разность объемов в полостях которых компенсируют аккумуляторы блока 13. В этом случае аккумуляторы несут также функции демпферных устройств, сглаживания пики давления в гидросистеме и обеспечивая плавное и безопасное протекание процессов в скважине.

При необходимости, работой насоса 2 повышают давление испытаний (контролируют по манометру 11), снижение давления в превенторах проводят путем сброса части жидкости в линию 10 и в бак с помощью вентиля блока 7. После завершения испытаний рабочая жидкость сбрасывается в бак открытием вентилятора блока 7, вентиль 12 закрывают, отсекая блок 13 пневматических аккумуляторов.

При гидравлических испытаниях высоким давлением - подсоединением объекта к выходной линии 21, вентиль 12 закрыт, вентили 5, 28, 29 открыты, заглушка 25 снята, заглушка 24 закрыта, запорные устройства .блоков 7 и 20 закрыты. В зависимости от номинала давления в объекте испытаний за- действуется один из предохранительных клапанов 15, 18 или 19. При испытании на максимальное давление, например 150 МПа, запорные устройства 16 и 17 закрыты, клапаны 18 и 19 не сработают, клапан 15 находится в рабочем режиме; при испытании на меньшее, но достаточно высокое дав- ление, например 105 или 70 МПа, открывается соответствующее запорное устройство 16 или 17, давая доступ к клапану 18 мли 19; настроенный на самое высокое давление клапан .15, не имеющий своего запорного устройства, при этом не сработает. Вне зависимости от того, какой из предохранительных клапанов задействован, насос 2 нагнетает рабочую жидкость в насос 3, по отношению к последнему насос 2 несет функции подпорного (закачивающего) насоса, способствуя стабильной работе и повышению производительности насоса 3 высокого давления. Рабочая жидкость не пойдет от насоса 2 по линии 6 и на выход 9 - препятствует заглушка 24. От насоса 3 жидкость нагнетается по линии 14 в блок 20 и далее, после обратного клапана, перед запорным устройством блока 20 - в выходную линию 21 и в объект испытания, давление контролируется по манометру 23 высокого давления. В гидравлическом блоке 20 высокое давление воздействует на

клапан, способствуя надежному запиранию рабочей среды - по мере повышения давления возрастает усилие поджатия клапана. После выдержки объекта под заданным давлением с помощью винтового упора воздей- ствует на клапан запорного устройства блока 20 и сбрасывают рабочую (испытательную) жидкость по линии 22 в бак, после чего выходную линию 21 отсоединяют от объекта.

Таким образом, пневмогидравлическая испытательная установка обеспечивает проведение всех видов испытаний превен- торных установок, имитируя скважинное давление, и безопасное проведение гидрав- лических испытаний широкого набора объектов, работающих под давлением, в том числе под высоким и сверхвысоким, до 150 МПз. Надежность, безопасность иэкологич- ность проведения испытаний достигается за счет широкого и бесступенчатого регули- рования испытательного давления; плавной компенсации изменяющихся объемом в полостях превенторов; стабильным запиранием рабочей жидкости между обратным клапаном и запорным устройством; применением в качестве запорного устройства са- мозапирающегося под действием испытательной жидкости клапана, наличием ряда избирательно действующих предо- хранительных клапанов высокого давления; стравливанием (сбросом) находящейся под давлением жидкости до отсоединения выходных линий от объекта испытаний; коррозионно-стойким и взрывобезопасным исполнением испытательной установки. Все это, в конечном счете, способствует эффективному проведению гидравлических испытаний в различных производственных условиях, в том числе в особо опасных уело- виях - непосредственно на точке бурения (на скважине) с агрессивной средой (флюиды с сероводородом и углекислым газом). Формула изобретения 1. Пневмогидравлическая испытатель- ная установка, содержащая бак для рабочей жидкости, два пневмоприводных насоса - насос меньшего давления и насос высокого давления, гидравлические линии которых соединены между собой в направлении от насоса меньшего давления к насосу высокого давления, первый обратный клапан, первое запорное устройство и предохранительный клапан, настроенный на номинальное значение давления насоса высокого давления, расположенные на гидравлическом выходе насоса высокого давления,отводную гидравлическую линию, предохранительный клапан, настроенный на номинальное значение давления насоса меньшего давления, и второе запорное устройство, расположенные на этой гидравлической линии второй обратный клапан, связанный с выходом насоса меньшего давления, линию питания пневмоприводов насосов сжатым воздухом с регулятором давления, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и безопасности, она снабжена дополнительными предохранительными клапанами со своими запорными устройствами, установленными последовательно на гидравлическом выходе насоса высокого давления и настроенными на разные значения давления, меньше номинального давления насоса высокого давления, первое запорное устройство выполнено в виде третьего обратного клапана с винтовым упором, связанного с первым обратным клапаном пружиной и образует с ним первый гидравлический блок, отводная гидравлическая линия соединена с выходом насоса меньшего давления, второй обратный клапан расположен на этой линии, второе запорное устройство образует с вторым обратным клапаном второй гидравлический блок, & установка снабжена двумя гидравлическими выходами в бак, соединенными соответственно с первым и вторым гидравлическими блоками после запорного устройства, выходы гидравлической линии насоса высокого давления и отводной гидравлической линии расположены соответственно между первым обратным клапаном и первым запорным устройством и вторым обратным клапаном и вторым запорным устройством.

2. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения имитации скважинного давления при испытании превенторов в различных режимах, она снабжена блоком пневмогидроаккумуляторов, соединенным с выходом отводной гидравлической линии.

Использование: гидравлические испытания при высоких давлениях преренторных установок, устьевого оборудования и др. ПО Сущность изобретения: установка содержит два пневмоприводных насоса 3 и 2 на разные номиналы давления, гидравлические линии которых соединены между собой в направлении от насоса меньшего давления к насосу высокого давления. Каждый насос имеет свой выход 9 и 21, поочередно связанный с объектом испытания через запорные устройства, выполненные в виде гидроблоков 7 и 20 в паре с обратными клапанами. Гидравлический выход 9 из пневмопривод- ного насоса 2 меньшего давления снабжен блоком пневмогидроаккумуляторбв 13, а гидравлический выход 21 из насоса высокого давления посредством запорных устройств 17 и 16 снабжен предохранительными клапанами 19 и 18, настроенными на давление, меньше давления насоса 3. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.