一种用于油气井口装置气密封检测系统的加压柱塞泵

本发明涉及油气井口装置领域，特别涉及油气井口装置领域，具体是一种用于油气井口装置气密封检测系统的加压柱塞泵。

背景技术：

1、随着油气勘探开发的不断深入，深层与超深层油气、致密油气、页岩气等非常规资源成为油气开发、增产的主战场。这些油气资源面临着埋藏深、超高温、超高压等技术难题，以深地川科１井为例，其井底最高压力达到138mpa，对配套的井口装置提出了新的、更高、更严格的要求。井口装置的主要作用包括：生产过程中精准的控制油气压力、流量，修井时连接修井装备完成修井作业，紧急情况时将高压油气封闭在井筒内。因此，井口装置在出厂前必须进行气密封检测，以确保油气井安全和生产的顺利进行。

2、目前，油气井口装置气密封检测是以氮气（n2）为介质，先由第一级的压缩机将n2增加至35mpa，再由第二级的柱塞泵增压至待检的压力等级，如70mpa、105mpa、140mpa、210mpa等。第二级的柱塞泵经管线连接待检测油气井口装置，将高压n2通入油气井口装置模拟油气井压力载荷。在检测过程中，油气井口装置处于水池中，若气密封不良、出现泄漏，连接管路中的压力会降低，同时泄露的高压n2进入水池中会产生大量气泡，由此判断气密封性能。

3、然而，现有柱塞泵压力升高时排量急剧减少，高压阶段升压困难，导致气密封检测耗费时间长、能耗增加。究其原因主要是，n2属于可压缩介质，柱塞腔压缩时n2压力增加、温度升高，压缩结束时部分高温高压n2残留在余隙容积中。柱塞腔膨胀时，余隙容积内的高温高压n2率先膨胀挤占柱塞腔的有效容积，而且余隙容积内的高温n2与吸入的n2混合，导致膨胀结束时柱塞腔内的n2温度显著高于吸入口n2的温度，温度高对应n2的密度低，吸入的n2质量少，即泵的效率降低。排出阀阀芯关闭存在滞后，即柱塞腔开始膨胀时排出阀阀芯尚未完全关闭，导致排出口的高压n2流向柱塞腔，造成排出的n2减少。吸入阀阀芯的关闭也存在滞后，导致压缩起始阶段柱塞腔内的n2流向吸入口，使得泵效降低，为了避免此不利影响，通常选用较大的弹簧力来克服吸入口n2对吸入阀阀芯的压力，促使吸入阀阀芯迅速关闭，但较大的弹簧力导致柱塞腔和吸入口间存在较大的压差，即膨胀阶段柱塞腔内的压强显著低于吸入口，压强低对应n2的密度小，导致吸入的n2质量少。阀芯与阀座为间隙接触，间隙过小易导致阀芯卡死，间隙过大导致阀芯在不均匀轴向力的作用下密封不良，对泵的容积效率造成不利影响。

4、因此，需要发明一种用于油气井口装置气密封检测系统的加压柱塞泵，实现n2的快速、低成本增压，确保油气井口装置气密封检测的高效、低成本实现。

技术实现思路

1、本发明的目在于克服现有技术的不足，提供一种用于油气井口装置气密封检测系统的加压柱塞泵，助力油气井口装置气密封检测的高效、低成本实现。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种用于油气井口装置气密封检测系统的加压柱塞泵，包括泵壳体，在所述泵壳体的内部设有中空腔体，并在每个中空腔体的下方都设有对应的吸入口，在中空腔体内安装有吸入阀组、排出阀组、阀座；在泵壳体左侧安装有外盘根盒，所述外盘根盒内设有空腔，柱塞安装于外盘根盒内；外盘根盒的内腔体与泵壳体的中空腔体构成柱塞腔，柱塞在柱塞腔内可以左、右往复运动；吸入阀组开启、排出阀组关闭，柱塞腔从吸入口吸入流体；吸入阀组关闭、排出阀组开启，柱塞腔向排出口排出流体。

4、进一步的，所述吸入阀组包括吸入阀弹簧座、吸入阀弹簧、吸入阀阀芯、吸入阀滚珠；所述吸入阀弹簧座安装在泵壳体的中空腔体内，在泵壳体中空腔体对应的安装位置上设有一个向内扩张的台阶；吸入阀弹簧座设有轴向的中空腔体，吸入阀弹簧座内外两侧均为两段式结构，通过两段式结构之间的台阶面与泵壳体中空腔体的台阶面接触实现径向和轴向定位；吸入阀弹簧座的左端与外盘根盒右端配合，吸入阀弹簧座的右端与阀座接触；所述阀座为工字型回转体结构，左侧和右侧的回转体部分分别为左侧板和右侧板；阀座沿轴线方向设有孔，左侧板和右侧板之间环空连通吸入口，在阀座的左侧板上设有多个流道孔，用于连通吸入口和吸入阀弹簧座的中空腔体；在阀座和吸入阀弹簧座之间设有吸入阀阀芯，且吸入阀阀芯与吸入阀弹簧座之间安装有吸入阀弹簧；安装时吸入阀弹簧承受预紧压力，在预紧压力的作用下吸入阀阀芯右侧面与阀座左侧板的左侧面共面且压紧；所述吸入阀阀芯的内部设有通孔，吸入阀阀芯的右侧圆环面内径小于阀座流道孔的内包络圆直径，吸入阀阀芯的右侧圆环面外径大于阀座流道孔的外包络圆直径，因此吸入阀阀芯的右侧面能封堵住阀座的流道孔。

5、进一步的，所述吸入阀阀芯的右段设有向外延伸的圆柱面，在该圆柱面上设有安装吸入阀滚珠的凹槽，且该圆柱面的外壁适配吸入阀弹簧座大径段内壁，在该圆柱面与吸入阀弹簧座大径段内壁间安装吸入阀滚珠，吸入阀阀芯、吸入阀弹簧座、吸入阀滚珠构成滚动副。如此设计，滚动副有利于吸入阀阀芯与吸入阀弹簧座同轴线，促使吸入阀阀芯受力沿轴线方向，有利于吸入阀阀芯与阀座的密封，并避免吸入阀阀芯往复运动中被卡死；同时，滚动副的摩擦力相对较小，吸入阀阀芯开启需要克服的阻力小，促使柱塞腔与吸入口的压强差小，有利于吸入更多的n2。

6、进一步的，所述排出阀组包括排出阀阀芯、排出阀滚珠、排出阀弹簧、排出阀弹簧座；所述排出阀弹簧座的左侧间隙配合于泵壳体的中空腔体，排出阀弹簧座的右侧通过螺栓三与泵壳体连接；所述排出阀弹簧座以轴线为中心设有一段柱体，在柱体外安装有排出阀弹簧；排出阀弹簧座的侧面设有一通孔，通孔对应的泵壳体上设有连通的孔，两个孔一起组成排出口；所述排出阀弹簧的左侧安装在排出阀阀芯右侧的环形槽中；排出阀阀芯的左侧设有一段锥面，且在与排出阀阀芯相对应的阀座的左侧孔内壁也设有锥面，排出阀阀芯的锥面与阀座的锥面接触构成密封面。

7、进一步的，排出阀阀芯的外周面设有多个支承架，支承架上设有用于安装排出阀滚珠的凹槽，支承架与阀座的内壁间设有排出阀滚珠，排出阀阀芯、排出阀滚珠、阀座构成滚动副，滚动副有利于排出阀阀芯与阀座同轴线，促使排出阀阀芯受力沿轴线方向，有利于排出阀阀芯与阀座的密封，并避免排出阀阀芯往复运动中被卡死。同时，滚动副的摩擦力相对较小，排出阀阀芯开启需要克服的阻力小，柱塞腔与排出口的压强差值小，有利于n2的排出。

8、进一步的，所述外盘根盒通过螺栓四与泵壳体左侧固定；所述外盘根盒设有散热装置，所述散热装置是在外盘根盒外侧设有一段环形凹槽，在环形凹槽外部设有环形盖板，沿轴线方向环形凹槽内设有多个挡环，挡环将外盘根盒的环形凹槽与环形盖板构成的腔室分割为多段空腔，每个挡环上设有至少一个通孔，让该环形凹槽内的多段空腔相互连通；在环形盖板的左右两端分别设有冷却液进口和冷却液出口，用于流入和排出冷却液。

9、进一步的，所述外盘根盒的内部为通孔，且在左半段设有自左而右逐级缩小的三段台阶，在最右侧台阶内安装有大盘根，大盘根左侧设有内盘根盒，内盘根盒的中段外侧设有台阶面，内盘根盒压盖套装在内盘根盒的中段外侧；在外盘根盒的左侧设有用于配合内盘根盒压盖的内螺纹段，内盘根盒压盖与外盘根盒构成螺纹连接，内盘根盒压盖的右侧面与内盘根盒中段外侧的台阶面压紧；内盘根盒的内侧中段设有一段向内延伸的凸环，在该段凸环上设有小盘根，小盘根左侧设有压盖衬套；在内盘根盒左侧设有外螺纹段，并设有配套的外盘根盒压盖，内盘根盒与外盘根盒压盖构成螺纹连接，外盘根盒压盖将压盖衬套压紧在小盘根上；所述柱塞的外壁自左而右分别与压盖衬套、小盘根、大盘根、外盘根盒的内壁间隙配合。

10、进一步的，所述排出阀阀芯左侧设有凹槽，凹槽内安装有排出阀磁铁，通过螺栓一固定在排出阀阀芯上；所述柱塞右端设有凹槽，凹槽内安装有柱塞头磁铁，通过螺栓二固定在柱塞上。如此设计，因为排出阀磁铁与柱塞头磁铁相对的面磁性不同，从而产生相互吸引力，能促进排出阀阀芯的快速关闭，减少膨胀阶段高压n2经排出口流入柱塞腔，避免排出的n2质量减少。

11、进一步的，所述排出阀弹簧座与所述泵壳体圆周配合面设有第一密封圈；排出阀弹簧座、阀座、泵壳体的配合面间设有第二密封圈；所述阀座、吸入阀弹簧座、泵壳体的配合面间设有第三密封圈；所述吸入阀弹簧座与所述泵壳体之间设有第四密封圈；所述外盘根盒与所述外壳体的配合面设有第五密封圈；所述外盘根盒与所述柱塞的配合面上设有第六密封圈。

12、本发明的有益之处在于：

13、压缩n2是升温升压过程，随着泵持续工作，n2压缩的次数增加，加之余隙内高温高压n2的存在，泵整体温度、柱塞腔内n2温度均升高，温度高对应n2的密度低，吸入的n2质量少。因此提出设计散热装置，外盘根盒、挡环、环形盖板构成了散热装置，挡环沿圆周方向设有八个斜通孔，且三个挡环的通孔均为斜通孔，让冷却液如水流能产生剧烈的扰动，促使冷却液内部充分混掺，带走泵整体的热量，从而降低柱塞腔内的温度。有利于柱塞腔膨胀阶段吸入更多的n2，即有利于提高泵的容积效率；同时保持泵在适宜的温度范围内工作，防止泵过热而导致性能下降或损坏。

14、2. 在柱塞腔膨胀起始阶段，由于柱塞腔内与排出口压差小，排出阀阀芯无法及时关闭，排出口的高压n2会经排出阀组回流到柱塞腔，导致泵效降低，因此在柱塞右侧端面、排出阀阀芯的左侧端面设有磁铁，且两个磁铁分别为n、s极，通过磁力异性相吸促使排出阀阀芯尽快关闭，有效的阻止高压n2由排出口流向柱塞腔，从而提高泵效。

15、3. 吸入阀阀芯与吸入阀弹簧座间设有吸入阀滚珠，吸入阀阀芯、吸入阀弹簧座、吸入阀滚珠构成滚动副。滚动副有利于吸入阀阀芯与吸入阀弹簧座同轴线，促使吸入阀阀芯受力沿轴线方向，有利于吸入阀阀芯与阀座的密封，并避免吸入阀阀芯往复运动中被卡死；同时，滚动副的摩擦力相对较小，吸入阀阀芯开启需要克服的阻力小，促使柱塞腔与吸入口的压强差小，有利于吸入更多的n2。

16、4. 排出阀阀芯与阀座间设有排出阀滚珠，排出阀阀芯、排出阀滚珠、阀座构成滚动副。滚动副有利于排出阀阀芯与阀座同轴线，促使排出阀阀芯受力沿轴线方向，有利于排出阀阀芯与阀座的密封，并避免排出阀阀芯往复运动中被卡死。

17、5. 吸入阀阀芯中间设有通孔，柱塞可以穿过吸入阀阀芯通孔，柱塞的左侧端面与排出阀阀座的右侧端面重合，有效的减少了余隙容积，有利于提高泵的效率，实现n2的高效增压。