一种新型智能封堵器

摘要

一种新型智能封堵器，主要包括：封堵总成和动力总成，在进行管道维修作业时，本发明在管内上游介质的推动下向前行进，动力总成中的通讯模块接收封堵指令，控制模块驱动微型液压模块，通过高压软管将高压流体充入封堵总成的主液压缸，使封隔圈与锁定卡瓦径向扩张，实现封堵；待作业结束后，通讯模块接收到解封指令，控制模块驱动微型液压模块将高压流体抽回，封隔圈与锁定卡瓦恢复原位，实现解封；本发明在介质推动下回到管道收球端。本发明具有不破坏原有管道，封堵更可靠，节省维修时间和人工费用等优点，应用前景广泛。

权利要求

1.一种新型智能封堵器，其特征在于：主要包括封堵总成(1)和动力总成(13)，封堵总成(1)主要包括封隔圈(2)、充压胎(3)、锁定液压缸(4)、弹簧(5)、锁定卡瓦(6)、支撑导向轮(7)、防撞头(8)、主液压缸(9)以及液压管路(10)，动力总成(13)外形与常规的直板清管器相似，其内部腔体中装有微型液压模块(14)、控制模块(15)和通讯模块(16)；动力总成(13)在管道(17)中位于封堵总成(1)的上游，封堵总成(1)和动力总成(13)通过球铰(11)相连接；封堵总成(1)外圈沿轴向从上游到下游依次布置有2～3个封隔圈(2)和1圈锁定卡瓦(6)，充压胎(3)布置于封隔圈(2)下方，并通过液压管路(10)与位于封堵总成(1)内部的主液压缸(9)相连；锁定液压缸(4)位于锁定卡瓦(6)下方，锁定液压缸(4)的活塞杆伸出端通过弹簧(5)与锁定卡瓦(6)相连接，锁定液压缸(4)的另一端通过液压管路(10)与主液压缸(9)相连接；微型液压模块(14)的出口通过高压软管(12)与主液压缸(9)相连，防撞头(8)位于封堵总成(1)靠近下游的外端面的轴心处，支撑导向轮(7)有若干个，沿周向均布于封堵总成(1)两端的外端面上。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能封堵器，其特征在于：所述的封隔圈(2)为环形，环形外径约为管道(17)内径的0.9倍，内径约为管道(17)内径的0.8倍，沿轴向宽度约为管道(17)内径的0.1倍，封隔圈(2)的材质为耐油性和回弹性好的非金属材料。

3.根据权利要求1所述的一种新型智能封堵器，其特征在于：所述的充压胎(3)为环形，环形外径约为管道(17)内径的0.8倍，内径约为管道(17)内径的0.7倍，沿轴向宽度约为管道(17)内径的0.1倍，其环形内环面上开有与液压管路(10)相连接的接口，充压胎(3)的材质为天然橡胶或丁基橡胶。

4.根据权利要求1所述的一种新型智能封堵器，其特征在于：所述的锁定卡瓦(6)外形为瓦片形，其凹面一侧与锁定液压缸(4)的活塞杆伸出端及弹簧(5)相连，其凸面一侧有锁定螺纹，沿周向均布4～8个，锁定卡瓦(6)的材质为硬度高的硬质合金。

说明书

一种新型智能封堵器

技术领域:

[0001] 本发明涉及一种用于油气管道维修作业的智能封堵器，具体涉及一种可实现管道内自行封堵和解封的新型智能封堵器。背景技术:

[0002] 在石油、天然气工业中，管道运输最为经济合理，是我国石油、天然气运输最主要的方式。管道在长期运行过程中，受外界力的干扰、人为破坏、材料腐蚀、缺陷等诸多因素的影响，会导致管道失效，造成巨大的经济损失，并严重影响人民群众的生产和生活。

[0003] 目前应用较为广泛的管道维修方法是带压开孔封堵技术。带压开孔封堵技术虽然能完成油气管道的不停输修复，但此方法的封堵压力较低，且工艺复杂，影响管道运行的时间也较长。对于深海管道实施难度很大，且对于海底带有保温层的双层管道的内层管道封堵是不适用的。

[0004] 国外一些公司已经成功研发出一种能在管道内自行进行高压封堵、解封的智能封堵器，并在实际生产中成功应用。此项技术无需在管道上开孔，保证了管道的完整性，降低了操作难度，同时大大节省了维修时间和人工费用。如挪威PSI公司(2005年被TDW公司收购)的smart plug系列(尺寸8～48英寸，封隔压力10～250bar)已经成功进行240多次隔离作业。STATS Group公司的Tecno Plug、BISTOP和BISEP系列产品也可实现远程控制封堵器的坐封与解封。两家公司智能封堵器的工作原理基本相同，其工作原理为：周向分布的楔形卡瓦和外壳之间做斜面配合，环形密封胶筒放置于外壳的可压缩槽中；当智能封堵器在管道中运行到指定位置后，智能封堵器在自身动力作用下沿轴向收缩，通过斜面将封堵器的轴向收缩运动转变为楔形卡瓦的径向扩张运动，从而卡紧管道内壁；轴向收缩同时压缩可压缩槽的体积，从而将密封胶筒沿径向向外挤出，实现与管道内壁之间的密封。封堵作业完成后，智能封堵器在自身动力作用下沿轴向伸长，楔形卡瓦和密封胶筒恢复原位，在介质推动下回到管道收球端。但楔形卡瓦卡紧管道内壁从而密封的过程为机械式密封，对于椭圆度较大的管道，会导致部分楔形卡瓦不能卡紧管道内壁，从而无法实现牢固密封。

[0005] 国内，中国石油大学(北京)张仕民等人公开的实用新型专利(专利号ZL 20082012883.3)提出了一种管内智能封堵器。其主要原理是：智能封堵器在其前后压差推动下到达指定位置，通过主驱动缸和副驱动缸的驱动，使得承压头、挤压碗和执行器盘三者在轴向相互靠近，在挤压碗的斜面作用下，锁定滑块径向扩张卡紧管壁，封隔圈径向膨胀实现封堵；待作业完成后，主驱动缸和副驱动缸反向运动实现解封，在介质推动下回到收球端。但此装置承压头和执行器之间采用的滑动挤压碗连接不牢固，长期使用，挤压碗与执行器之间、挤压碗与承压头之间易产生松动和缝隙，无法实现可靠密封。此外，锁定滑块和挤压碗之间的燕尾槽滑道中若在运行中进入杂质等异物，将使得锁定滑块无法沿挤压碗实现径向扩张，从而无法卡紧管道，使封堵失败。

[0006] 为了克服现有智能封堵器封堵可靠性差的问题，本发明提出了一种新型智能封堵器，可以在管道中运行到指定位置时自行封堵和解封，并提高了封堵可靠性。具有密封部件与管道内壁贴合度更高，封堵更可靠，节省维修时间和人工费用等优点。发明内容：

[0007] 本发明涉及一种新型智能封堵器，主要包括封堵总成和动力总成，封堵总成主要包括封隔圈、充压胎、锁定液压缸、弹簧、锁定卡瓦、支撑导向轮、防撞头、主液压缸以及液压管路，动力总成外形与常规的直板清管器相似，其内部腔体中装有微型液压模块、控制模块和通讯模块；动力总成在管道中位于封堵总成的上游，封堵总成和动力总成通过球铰相连接；封堵总成外圈沿轴向从上游到下游依次布置有2～3个封隔圈和1圈锁定卡瓦，充压胎布置于封隔圈下方，并通过液压管路与位于封堵总成内部的主液压缸相连；锁定液压缸位于锁定卡瓦下方，锁定液压缸的活塞杆伸出端通过弹簧与锁定卡瓦相连接，锁定液压缸的另一端通过液压管路与主液压缸相连接；微型液压模块的出口通过高压软管与主液压缸相连，防撞头位于封堵总成靠近下游的外端面的轴心处，支撑导向轮有若干个，沿周向均布于封堵总成两端的外端面上。

[0008] 所述的封隔圈为环形，环形外径约为管道内径的0.9倍，内径约为管道内径的0.8倍，沿轴向宽度约为管道内径的0.1倍，封隔圈的材质为耐油性和回弹性较好的非金属材料如聚氨酯、氟橡胶等。

[0009] 所述的充压胎为环形，环形外径约为管道内径的0.8倍，内径约为管道内径的0.7倍，沿轴向宽度约为管道内径的0.1倍，其环形内环面上开有与液压管路相连接的接口，充压胎的材质为天然橡胶或丁基橡胶等弹性和密封性较好的材料。

[0010] 所述的锁定卡瓦外形为厚瓦片形，其凹面一侧与锁定液压缸的活塞杆伸出端及弹簧相连，其凸面一侧有锁定螺纹，沿周向均布4～8个，锁定卡瓦的材质为硬度较高的硬质合金等高强度金属。

[0011] 本发明在工作时，在动力总成上游管内介质的推动下向前行进，通讯模块接收到封堵指令后，控制模块驱动微型液压模块，通过高压软管将高压流体充入主液压缸，使封隔圈与锁定卡瓦径向扩张，实现封堵；待作业结束后，通讯模块接收到解封指令，控制模块驱动微型液压模块将高压流体抽回，封隔圈与锁定卡瓦恢复原位，实现解封；本发明在介质推动下回到管道收球端。

[0012] 与现有的智能封堵器相比，该装置具有如下益处：

[0013] (1)避免了挤压碗、执行器和承压头三者之间配合产生的松动和缝隙，实现可靠密封。

[0014] (2)避免了锁定滑块和挤压碗滑道中进入杂物造成的锁定滑块无法完全张开从而使封堵失败的风险。

[0015] (3)相比机械型密封，采用液压系统后，装置密封部件能和管道内壁更好的贴合，工艺操作简单，维修工期短，保证了管道的安全平稳运行。附图说明：

[0016] 图1为本发明的组成示意图；

[0017] 图2为本发明封堵过程示意图；

[0018] 图3为本发明解封过程示意图；

[0019] 图4为本发明封堵过程封堵总成1局部放大图；

[0020] 图5为本发明解封过程封堵总成1局部放大图。

[0021] 图中：1.封堵总成；2.封隔圈；3.充压胎；4.锁定液压缸；5.弹簧；6.锁定卡瓦；7.支撑导向轮；8.防撞头；9.主液压缸；10.液压管路；11.球铰；12.高压软管；13.动力总成；14.液压模块；15.控制模块；16.通讯模块；17.管道。具体实施方式:

[0022] 下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0023] 如图1所示，本发明主要包括封堵总成1和动力总成13，封堵总成1主要包括封隔圈2、充压胎3、锁定液压缸4、弹簧5、锁定卡瓦6、支撑导向轮7、防撞头8、主液压缸9以及液压管路10，动力总成13外形与常规的直板清管器相似，其内部腔体中装有微型液压模块14、控制模块15和通讯模块16；动力总成13在管道17中位于封堵总成1的上游，封堵总成1和动力总成13通过球铰11相连接；封堵总成1外圈沿轴向从上游到下游依次布置有2～3个封隔圈2和
1圈锁定卡瓦6，充压胎3布置于封隔圈2下方，并通过液压管路10与位于封堵总成1内部的主液压缸9相连；锁定液压缸4位于锁定卡瓦6下方，锁定液压缸4的活塞杆伸出端通过弹簧5与锁定卡瓦6相连接，锁定液压缸4的另一端通过液压管路10与主液压缸9相连接；微型液压模块14的出口通过高压软管12与主液压缸9相连，防撞头8位于封堵总成1靠近下游的外端面的轴心处，支撑导向轮7有若干个，沿周向均布于封堵总成1两端的外端面上。

[0024] 所述的封隔圈2为环形，环形外径约为管道17内径的0.9倍，内径约为管道17内径的0.8倍，沿轴向宽度约为管道17内径的0.1倍，封隔圈2的材质为耐油性和回弹性较好的非金属材料如聚氨酯、氟橡胶等。

[0025] 所述的充压胎3为环形，环形外径约为管道17内径的0.8倍，内径约为管道17内径的0.7倍，沿轴向宽度约为管道17内径的0.1倍，其环形内环面上开有与液压管路10相连接的接口，充压胎3的材质为天然橡胶或丁基橡胶等弹性和密封性较好的材料。

[0026] 所述的锁定卡瓦6外形为厚瓦片形，其凹面一侧与锁定液压缸4的活塞杆伸出端及弹簧5相连，其凸面一侧有锁定螺纹，沿周向均布4～8个，锁定卡瓦6的材质为硬度较高的硬质合金等高强度金属。

[0027] 本发明工作过程简述如下：

[0028] 如图2所示，在进行管道17维修作业时，从管道17发球端放入本发明，本发明在其后方管内介质的推动下向前行进。在即将到达预定位置时，通讯模块16接收到封堵指令，控制模块15驱动微型液压模块14，通过高压软管12将高压流体充入主液压缸9；主液压缸9活塞靠近动力总成13一侧的压力大于另一侧的压力，从而推动活塞将主液压缸9另一侧的流体通过液压管路10压入锁定液压缸4和充压胎3。

[0029] 锁定液压缸4的活塞在液压管路10来流的作用下向外伸出，推动锁定卡瓦6径向扩张，锁定螺纹部分刺入管道17内壁(此过程需要控制模块15控制液压系统压力，使刺入深度在行业标准要求的范围内，保证不使管道17破坏失效)，实现本发明的位置锁定。此过程中，弹簧5从自然状态变为被拉伸状态。充压胎3在液压管路10来流的作用下沿径向向外膨胀，从而推动封隔圈2径向扩张，实现与管道17内壁的密封。

[0030] 如图3所示，待作业结束后，通讯模块16接收解封指令，控制模块15驱动微型液压模块14将高压流体抽回。此时弹簧5从被拉伸状态恢复到自然状态，拉动锁定卡瓦6与管道17内壁脱离。封隔圈2在自身弹性的作用下沿径向收缩，恢复到初始状态，从而实现装置的解封；本发明在介质推动下回到管道17收球端，完成作业。

[0031] 本发明巧妙的将液压方式引入原有的智能封堵器的纯机械式密封，避免了挤压碗、执行器和承压头三者之间配合产生的松动和缝隙，以及锁定滑块滑道中进入杂物造成的锁定滑块无法完全张开的风险。本发明具有密封部件与管道贴合度更高，封堵更可靠，节省维修时间和人工费用等优点。