一种旋塞阀试压装置及其试压方法

技术领域

本发明涉及旋塞阀试压检测技术领域，具体涉及一种旋塞阀试压装置及其试压方法。

背景技术

方钻杆旋塞阀为钻柱循环系统中的手动控制阀，是防止井喷的有效工具之一。方钻杆旋塞阀（以下简称旋塞阀）分为上部方钻杆旋塞阀和下部方钻杆旋塞阀，上部方钻杆旋塞阀（上部方钻杆旋塞阀暴露在外的一端为外螺纹端，其另一端为内螺纹端，以下简称公旋塞阀）用于水龙头接头下端和方钻杆之间。下部方钻杆旋塞阀（上部方钻杆旋塞阀暴露在外的一端为内螺纹端，其另一端为外螺纹端，以下简称母旋塞阀）用于方钻杆下端和钻杆上端之间，用专用扳手按指示要求转动90°即可实现开关。

公旋塞阀和母旋塞阀中部均设有阀球，阀球将公旋塞阀和母旋塞阀内部分为两个腔体。在钻井作业中，为避免恶性事故的发生，均应在方钻杆上、下两端组接旋塞阀以防止钻井液流失和防喷，故需要对两个腔体进行密封性测试。

现有技术中对旋塞阀耐压能力测试的试压装置通常是分别检测公旋塞阀和母旋塞阀，并不能同时检测一对旋塞阀，从而无法批量检测，检测效率低，且不符合成对使用旋塞阀的工作情况。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种旋塞阀试压装置及其试压方法，解决了现有旋塞阀试压装置因不能批量进行旋塞阀检测而导致检测效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，一种旋塞阀试压装置包括装置本体，装置本体包括安装座，安装座上成对设置有多个用于测试公旋塞阀和母旋塞阀耐压能力的试压工位，每个试压工位均与用于升压的水压设备系统连通。

本方案中，成对设置的试压工位为偶数设置，与成对的公旋塞阀和母旋塞阀一一对应，提高了检测效率，且水压设备系统能够快速且稳定升压，提高了旋塞阀耐压能力测试的精度和效率。

进一步地，安装座包括底座，底座上安装有多个与水压设备系统连通的气控阀，多个气控阀的出液口分别与多个试压工位连通。当任意一个或几个旋塞阀试压过程中出现泄漏时，关闭泄露试压工位上的气控阀，保证其它几个正常的试压工位可以继续试压。

进一步地，每个试压工位包括分别焊接在安装座两端上的立柱和支撑座，支撑座上转动设置有用于螺纹连接公旋塞阀或母旋塞阀的连接件；立柱的顶端螺栓连接转接箱，转接箱的底部两端上分别开设有与气控阀连通的进液口和与连接件连通的出液口，转接箱的顶部两端上分别安装有第一压力表和与水压设备系统中的第一压力传感器。

本方案中，连接件可以与公旋塞阀或母旋塞阀的一端螺纹连接，从而对公旋塞阀和母旋塞阀的一个腔体试压完成后，调换两个试压工位上的公旋塞阀和母旋塞阀可以检测公旋塞阀和母旋塞阀另一腔体的密封性。第一压力表采用抗震压力表，便于试验人员可以不依赖第一压力传感器直接观察压力，便于试验和检修。第一压力传感器能够将试压工位的液压大小反馈至水压设备系统中，便于水压设备系统控制液压。

进一步地，支撑座的顶端焊接有与连接件铰接的铰接座，铰接座靠近立柱的一侧均设有用于支撑连接件自由端的托架，托架上转动设有用于固定连接件的卡环。通过连接件与铰接座的铰接，连接件能够经实验人员安装好旋塞阀后旋转至托架上，避免了连接件向外凸起，减少了场地的占用。托架上的卡环将连接件固定，避免了连接件在试压时因受到突变的液压力从而跳起。

进一步地，连接件呈一端开口且内部中空的圆柱结构，连接件的外壁上设有与气控阀连通的进液口，连接件的开口端设有用于螺纹连接旋塞阀的旋塞阀接头。

进一步地，水压设备系统包括与变频器电连接的试压泵，试压泵的出液口分别与电液比例阀和泵头泄压阀连通，电液比例阀与集成阀连通，集成阀分别与气控泄压阀、手动泄压阀和多个气控阀连通；试压泵、泵头泄压阀、气控泄压阀和手动泄压阀的出液口均与水箱连通；集成阀、气控泄压阀和气控阀的气口均与空压机连通；电液比例阀和第一压力传感器均与PID控制器电连接，PID控制器、变频器、集成阀、气控泄压阀、气控阀、空压机均与上位机电连接。

本方案中，变频器能够解决试压泵在电机停止转动后，因大飞轮在惯性的作用下产生的继续升压。变频器将由上位机控制其工作在0~50Hz下工作，在接近设定压力后能自动变频，可保证平稳达到试验压力。空压机的设置提供了气路中的气压，便于上位机控制集成阀、气控泄压阀和气控阀的阀门开启和关闭。

PID控制器通过电液比例阀控制输出的液压并且收集第一压力传感器反馈的液压大小，PID控制器的参数自整定功能能够自动设置PID控制器中比例系数P、积分时间I和微分时间D的数值以获取理想的响应曲线，确保试压工位在保证压力测控精度的情况下能够快速升压。

进一步地，集成阀包括与试压泵出液口连通的单向阀和泵端卸荷阀，单向阀的出液口分别与容器卸荷阀和与空压机连通的气动截止阀连通，气动截止阀与高压过滤器连通，高压过滤器分别与手动卸荷阀和电液比例阀连通；泵端卸荷阀、容器卸荷阀和手动卸荷阀的出液口均与水箱连通；泵端卸荷阀、容器卸荷阀、气动截止阀和第二压力传感器均与上位机电连接。

本方案中，单向阀的设置实现了试压泵的保压功能，气动截止阀能够增强保压效果。由于PID控制器在实现试压工位快速升压中，试压工位在短时间内会受到在目标压力范围的振荡的液压力，从而试压工位会受到超过目标压力值的液压力，为了避免旋塞阀受到该液压力，通过容器卸荷阀的设置卸载超过目标压力值的液压力，从而在试压工位快速升压过程中，使试压工位上的旋塞阀受到的压力小于始终等于目标压力，保护旋塞阀。

进一步地，高压过滤器与手动卸荷阀连通的管路上设有第二压力表和与上位机电连接的第二压力传感器。第二压力表能够便于直观观察液压大小，第二传感器的设置便于与第一压力传感器联合，通过第二传感器和第一压力传感器的差值，能够确认液压回路中的管道对液压力的损耗，从而便于在第二传感器和第一压力传感器的差值过大情况下，试验人员能够通过该差值修正PID控制器的目标压力。

第二面，本方案还提供了一种旋塞阀试压装置的试压方法，包括以下步骤：

S1、分别设置泵头泄压阀、气控泄压阀和手动泄压阀的安全压力；

S2、将PID控制器的压力目标值设置为80MPa，启动PID控制器的参数自整定功能确定比例系数P、积分时间I和微分时间D的数值，使升压时间≤10秒，且压力测控精度为±0.25MPa；

S3、将成对的公旋塞阀和母旋塞阀的一端分别安装在两个试压工位上以检测其内一个腔体的密封性；

S4、启动试压泵，当第一压力传感器的反馈在PID控制器中的压力值稳定在80MPa时保压10min；

S5、在保压时间内判断第一压力传感器中的压降是否小于0.7MPa；如果压降＜0.7MPa，则对应的旋塞阀合格；如果压降≥0.7MPa，关闭对应试压工位的气控阀，且对应的旋塞阀不合格；

S6、关闭试压泵，打开关闭的气控阀，并打开气控泄压阀进行泄压；

S7、调换两个试压工位上的公旋塞阀和母旋塞阀以检测公旋塞阀和母旋塞阀另一腔体的密封性；

S8、重复步骤S1-S6，完成公旋塞阀和母旋塞阀内的两个腔体耐压性能测试，取下所有公旋塞阀和母旋塞阀并分类处理。

本发明公开了一种旋塞阀试压装置，其有益效果为：

1、本发明成对设置的试压工位为偶数设置，与成对的公旋塞阀和母旋塞阀一一对应，提高了检测效率，且通过对调试压工位上的公旋塞阀和母旋塞阀能够检测公旋塞阀和母旋塞阀中的两个腔体。

2、本发明中的水压设备系统通过PID控制器、电液控制阀和第一压力传感器便于能够使试压工位能够快速且稳定地升压，缩短了升压时间的同时并提高了压力测控精度。

3、本发明集成阀中的容器卸荷阀的设置能卸载试压工位超过目标压力的液压力，去除了试压工位在通过PID控制器快速升压过程中出现的超过目标压力的液压力振荡部分，使试压工位上的旋塞阀受到的压力小于等于目标压力。

附图说明

图1为旋塞阀试压装置的结构示意图；

图2为旋塞阀试压装置的正视图；

图3为旋塞阀试压装置的液压回路示意图；

图4为集成阀的液压回路示意图；

图5为试压工位的升压过程示意图：

其中：1、安装座；2、试压工位；3、水压设备系统；4、旋塞阀；11、支撑座；12、立柱；13、气控阀；14、转接箱；21、铰接座；22、连接件；31、水箱；32、变频器；33、试压泵；34、泵头泄压阀；35、电液比例阀；36、集成阀；37、手动泄压阀；38、气控泄压阀；141、第一压力表；142、第一压力传感器；211、卡环；361、泵端卸荷阀；362、容器卸荷阀；363、单向阀；364、气动截止阀；365、高压过滤器；366、第二压力表；367、第二压力传感器；368、手动卸荷阀。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

第一方面，参考图1-图4，本方案提供了一种旋塞阀试压装置，其包括装置本体、试压工位2和水压设备系统3。

装置本体包括安装座1，安装座1上成对设置有多个用于测试公旋塞阀和母旋塞阀耐压能力的试压工位2，本方案优选两对试压工位2。成对设置的试压工位2为偶数设置，与成对的公旋塞阀和母旋塞阀一一对应，提高了检测效率，且通过对调成对试压工位2上的公旋塞阀和母旋塞阀能够检测公旋塞阀和母旋塞阀中的两个腔体。

每个试压工位2均与用于快速且稳定升压的水压设备系统3连通。水压设备系统3能够快速且稳定升压，提高了旋塞阀4耐压能力测试的精度和效率。

具体的，参考图1-图2，安装座1包括底座，底座上安装有多个与水压设备系统3连通的气控阀13，多个气控阀13的出液口分别与多个试压工位2连通。当任意一个或几个旋塞阀4试压过程中出现泄漏时，关闭泄露试压工位2上的气控阀13，保证其它几个正常的试压工位2可以继续试压。

具体的，每个试压工位2包括分别焊接在安装座1两端上的立柱12和支撑座11，支撑座11上转动设置有用于螺纹连接公旋塞阀或母旋塞阀的连接件22；连接件22可以与公旋塞阀或母旋塞阀的一端螺纹连接，从而对公旋塞阀和母旋塞阀的一个腔体试压完成后，调换两个试压工位2上的公旋塞阀和母旋塞阀可以检测公旋塞阀和母旋塞阀另一腔体的耐压能力。

优选但不局限地，参考图2，连接件22呈一端开口且内部中空的圆柱结构，连接件22的外壁上设有与气控阀13连通的进液口，连接件22的开口端设有旋塞阀接头，旋塞阀接头包括与公旋塞阀和母旋塞阀外螺纹端螺纹连接的外螺纹旋塞阀接头和与公旋塞阀和母旋塞阀的内螺纹端纹连接的内螺纹旋塞阀接头。对调成对的试压工位2上的公旋塞阀和母旋塞阀能够检测公旋塞阀和母旋塞阀中的两个腔体。

立柱12的顶端螺栓连接转接箱14，转接箱14的底部两端上分别开设有与气控阀13连通的进液口和与连接件22连通的出液口，转接箱14的顶部两端上分别安装有第一压力表141和与水压设备系统3中的第一压力传感器142。

优选地，第一压力表141采用抗震压力表，便于试验人员可以不依赖第一压力传感器142直接观察压力，便于试验和检修。第一压力传感器142能够将试压工位2的液压大小反馈至水压设备系统3中，便于水压设备系统3控制液压。

具体地，支撑座11的顶端焊接有与连接件22铰接的铰接座21，铰接座21靠近立柱12的一侧均设有用于支撑连接件22自由端的托架，托架上转动设有用于固定连接件22的卡环211。通过连接件22与铰接座21的铰接，连接件22能够经实验人员安装好旋塞阀4后旋转至托架上，避免了连接件22向外凸起，减少了场地的占用。

优选但不局限地，铰接座21包括两块对称焊接支撑座11上的铰接板，两块铰接板上均开设与连接件22铰接的铰接孔，托架包括两个设置在铰接板一侧上呈扇形的弧面板，卡环211呈半圆形，卡环211的一端铰接设置其中一个弧面板上，卡环211的另一端与另一个胡面板卡扣连接。托架上的卡环211将连接件22固定，避免了连接件22在试压时因受到突变的液压力从而跳起。

具体的，参考图3，水压设备系统3包括水箱31、变频器32、试压泵33、泵头泄压阀34、电液比例阀35、集成阀36、手动泄压阀37、气控泄压阀38、空压机和上位机。

变频器32与试压泵33电连接，优选地，变频器32采用西门子MM440系列变频器32，采用高性能的失量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力。变频器32能够解决试压泵33在电机停止转动后，因大飞轮在惯性的作用下产生的继续升压。变频器32将由上位机控制其工作在0~50Hz下工作，在接近设定压力后能自动变频，可保证平稳达到试验压力。

试压泵33采用CB系列电动试压泵33，符合JB/T6909-2014《超高压泵》标准。

试压泵33的出液口分别与电液比例阀35和泵头泄压阀34连通，电液比例阀35与集成阀36连通，集成阀36分别与气控泄压阀38、手动泄压阀37和多个气控阀13连通；试压泵33、泵头泄压阀34、气控泄压阀38和手动泄压阀37的出液口均与水箱31连通；

集成阀36、气控泄压阀38和气控阀13的气口均与空压机连通；空压机的设置提供了气路中的气压，便于上位机控制集成阀36、气控泄压阀38和气控阀13的阀门开启和关闭。

电液比例阀35和第一压力传感器142均与PID控制器电连接，PID控制器、变频器32、集成阀36、气控泄压阀38、气控阀13、空压机均与上位机电连接。

参考图5，PID控制器通过电液比例阀35控制输出的液压并且收集第一压力传感器142反馈的液压大小，PID控制器的参数自整定功能能够自动设置PID控制器中比例系数P、积分时间I和微分时间D的数值以获取理想的响应曲线，确保试压工位2在保证压力测控精度的情况下能够快速升压。

具体地，参考图4，集成阀36包括泵端卸荷阀361、容器卸荷阀362、单向阀363、气动截止阀364、高压过滤器365、第二压力表366、第二压力传感器367和手动卸荷阀368。

单向阀363和泵端卸荷阀361均与试压泵33出液口连通，单向阀363的出液口分别与容器卸荷阀362和与空压机连通的气动截止阀364连通，单向阀363的设置实现了试压泵33的保压功能，气动截止阀364能够增强保压效果。

气动截止阀364与高压过滤器365连通，高压过滤器365分别与手动卸荷阀368和电液比例阀35连通；泵端卸荷阀361、容器卸荷阀362和手动卸荷阀368的出液口均与水箱31连通；泵端卸荷阀361、容器卸荷阀362、气动截止阀364和第二压力传感器367均与上位机电连接。

参考图5，由于PID控制器在实现试压工位2快速升压中，试压工位2在短时间内会受到在目标压力范围的振荡的液压力，从而试压工位2会受到超过目标压力值的液压力，为了避免旋塞阀4受到该液压力，通过容器卸荷阀362的设置能卸载超过目标压力值的液压力，从而在试压工位2快速升压过程中，使试压工位2上的旋塞阀4受到的压力小于始终等于目标压力，保护旋塞阀4。

优选但不局限地，本方案中的上位机采用PLC。

具体地，高压过滤器365与手动卸荷阀368连通的管路上设有第二压力表366和与上位机电连接的第二压力传感器367。第二压力表366能够便于直观观察液压大小，第二传感器的设置便于与第一压力传感器142联合，通过第二传感器和第一压力传感器142的差值，能够确认液压回路中的管道对液压力的损耗，从而便于在第二传感器和第一压力传感器142的差值过大情况下，试验人员能够通过该差值修正PID控制器的目标压力。

第二面，本方案还提供了一种旋塞阀4试压装置的试压方法，包括以下步骤：

S1、分别设置泵头泄压阀34、气控泄压阀38和手动泄压阀37的安全压力。

S2、将PID控制器的压力目标值设置为80MPa，启动PID控制器的参数自整定功能确定比例系数P、积分时间I和微分时间D的数值，使升压时间≤10秒，且压力测控精度为±0.25MPa。

本方案中，压力测控精度是指设定的目标压力值与保压开始值之间的允许误差。优选地，实验人员可以通过手动调参PID控制器的各个参数以获取更理想的响应曲线，PID控制器的手动参数调整为本领域的现有技术，故不再赘述其具体步骤和原理。

S3、将成对的公旋塞阀和母旋塞阀的一端分别安装在两个试压工位2上以检测其内一个腔体的密封性。

S4、启动试压泵33，当第一压力传感器142的反馈在PID控制器中的压力值稳定在80MPa时保压10min。

S5、在保压时间内判断第一压力传感器142中的压降是否小于0.7MPa；如果压降＜0.7MPa，则对应的旋塞阀合格；如果压降≥0.7MPa，关闭对应试压工位2的气控阀13，且对应的旋塞阀不合格。

S6、关闭试压泵33，打开关闭的气控阀13，并打开气控泄压阀38进行泄压。

S7、调换两个试压工位2上的公旋塞阀和母旋塞阀以检测公旋塞阀和母旋塞阀另一腔体的密封性。

S8、重复步骤S1-S6，完成公旋塞阀和母旋塞阀内的两个腔体耐压性能测试，取下所有公旋塞阀和母旋塞阀并分类处理。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。