用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置及方法与流程

本发明属于稠油热采实验设备技术领域，尤其涉及一种用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置及方法。

背景技术：

目前，在石油、化工及能源类的勘探及开发等实验领域中，需要经常进行一些模拟现场的实验室尺度的研究实验，开展一些相关理论及实验模型的模拟，经常会遇到一些测试相关的问题，最为常见的就是关于高压压力的测试、监测，这就需要设备的硬件通过一些或者多根测试探针深入模型介质内部进行探测。在这些探针方面类似压力管线之类进入高压容器内部时，就涉及到一系列密封问题。在常规的压力容器中进行探测压力探针密封时，往往只需要对单根压力传感器进行密封，可通过o型圈及一些工程塑料等方式实现，当研究的条件继续增多，地层深度继续增加时，研究员需要在非常小的面积下安装多根压力测柱，而压力指标的要求也逐渐增高，此时传统的密封材料和密封结构就不能满足需要了。

目前常用的密封结构都源于船舶工程采用的电缆贯穿密封结构，主要分为填料式密封装置、模块式密封装置、带焊接填料函穿线管密封装置、套管式密封装置、防火毯填充式密封装置。填料式密封装置由堵料(膨胀条、膨胀阻燃剂)、填料和框架组成，填料由粉料和溶液两部分组成，按照一定比例配置，充分充满电缆框与电缆、电缆与电缆之间的空隙，膨胀条用于分隔电缆和膨胀后阻止填料的流溢。模块式密封装置是一种预制成有标准组件的装置，一般由模块、框架、附件组成。最大优点是具有可拆性。带填料函穿线管密封装置由穿线管、套筒、填料函组成。穿线管为无缝钢管或焊接钢管，套筒为无缝钢管，该密封装置最适合单根电缆穿甲板用。套管式密封装置一般由防火套管、框架和密封胶组成。安装工具为打胶抢和美工刀，安装方式为将防火套管包覆在贯穿框体内的电缆上，在框体两端填充以硅树脂混合物为基础的防火密封胶，特点是防火性能高，同时具有可拆性。防火毯式密封装置由防火毯、密封胶和框架组成。安装工具为打胶抢和美工刀，框架使用自设计的框架，框架的截面形状和深度无特殊要求，安装简单快速，基本不存在浪费材料的可能。

现有密封装置的不足体现在三个方面：一、绝大部分研究内容和产品设计都是针对电缆的穿越密封，对于压力探针或者金属套管的密封研究非常落后。二、现有的密封结构只能实现单根压力传感器的密封，且密封装置占用面积较大，对于高密度的压力探针测量形式的效果非常差。三、现有的密封材料有聚氯乙烯(pvc)，聚乙烯(pe)，聚全氟乙丙烯(f46)，聚烯烃等，橡胶材料有氯化聚乙烯(cpe)，氯磺化聚乙烯(csm)，氯丁橡皮,硅橡胶等，这些材料在高压环境下会出现明显的弹性和塑性变化，导致密封失效。

解决上述技术问题的难度：一、由于不同材料的金属在高压环境下的形变量不尽相同，而在相同的压力下金属的形变量普遍小于塑料的的形变量，这就导致金属材料的密封难度远远高于塑料材料的密封。二、由于我们涉及的密封装置针对的是高密度排布的探针，往往在一个密封装置中需要插入多根探针，密封难度远远高于传统的针对单根探针的密封装置。所以对于一孔多线金属探针的密封结构必须要从密封结构和密封材料两个角度进行创新设计。

解决上述问题的意义：如果用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置经过证明满足实际需求，将会在密封结构和装备研究两个领域有着不可估量的意义。一、证明了密封结构的改进能够实现高压环境下对金属探针的密封良好性，突破了传统密封结构的局限，拓展了密封装置的适用范围；二、证明了在小面积下能够实现高密度的高压探针排布，对稠油热采设备的适用性进行了极大的扩展，拓宽了深部地层的研究领域，整体拓展了实验室环境下的底层模拟范畴。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置及方法；本发明不同于常规的o型圈密封，或者是用工程塑料压紧时密封，提供了一种全金属式的耐高温的密封结构，可以满足更深地层环境高温条件下的压力密封指标要求，满足更宽广的实验研究，为深部地质地层研究提供了支撑，也更拓宽了相关仪器设备的应用范围。

本发明是这样实现的，一种用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置及方法设置有：

多根压力测柱；

多根压力测柱穿过密封压盖、防转动压板、变形锥及密封座并紧锁住；

密封座通过对应的豁口与防转动压板限位固定；密封压盖通过螺栓与密封座连接；

密封压盖通过向下运动压紧变形锥，密封座上开有密封锥面，密封座通过密封锥面与变形锥挤压。

本发明通过在压紧过程中通过密封座上对应的豁口将防转动压板限位，使其制动在密封压盖的作用下向下运动压紧变形锥，保护压力测柱自身不转动；通过设置有密封压盖和密封座，可以实现双重挤压下，变形锥将受力变形，从而在一定的预紧力下，将多根压力测柱紧紧锁住，由于温度-压力测柱和变形锥的内部圆孔及变形锥的密封面和密封座的密封面间隙很小，并且表面粗糙度都在1.6甚至在0.8以上，在较大的挤压力下，各个接触面将发生贴合并且实现紧紧的密封。本发明耐压更高，可达70mpa，通过更高的耐压密封技术，有效的扩展了地层深度的深部研究，并且本发明结构简单，通用性好，可通过转换接头轻易更换到不同高压设备上。

进一步，所述密封座通过螺栓与转接头，密封座通过转接头与不同的高压设备连接；

本发明通过设置有转接头，可以便捷的更换到不同的高压设备上。

进一步，所述转接头转接拧入高压舱壁。

本发明通过设置有高压舱壁，可以实现在不同设备及舱体间转移通用，同时通过各种耐高温材质成型的一孔多线测点接头结合不同的实验设备即可满足了石油天然气领域的各种高压环境的模拟以及开展各种稠油实验。

进一步，所述压力测柱包括压力管线.、管线扎紧绳、砂网；

压力管线上套接有砂网，管线扎紧绳通过将缠在管线上的砂网沿圆周扎紧。

本发明通过设置有压力测柱，防止杂质及细砂等碎屑将管线堵塞的作用，压力管线主要起到传递压力的作用，管线扎紧绳通过将缠在管线上的砂网沿圆周扎紧，防止细砂等碎颗粒沿圆周及端部泄露到管线的端部；通过每根管线上面缠绕管线扎紧绳将管线进行流体过滤，通过控制不同长短的管线来实现不同深度压力点的测试。

本发明的另一目的在于提供一种基于所述用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置的用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封方法，所述用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封方法包括：

压力管线上套接有砂网，管线扎紧绳通过将缠在管线上的砂网沿圆周扎紧；

多根压力测柱通过防转动压板固定，在压紧过程中通过密封座上对应的豁口将防转动压板限位，使制动在密封压盖的作用下向下运动压紧变形锥，变形锥在受力的作用下将向下运动，挤压密封座的密封锥面，做密封压盖和密封座5的双重挤压下，变形锥将受力变形，从而在预紧力下，将穿过密封压盖及防转动压板和变形锥及密封座5的多根压力测柱紧紧锁住，各个接触面将发生贴合并且实现紧紧的密封，通过锁紧后成为一体，实现高温条件下的多根测柱的温度压力密封，实现了一孔多测点密封；

压力管线传递压力的作用，管线扎紧绳通过将缠在管线上的砂网沿圆周扎紧，防止碎颗粒沿圆周及端部泄露到管线的端部；通过每根管线上面缠绕管线扎紧绳将管线进行流体过滤，通过控制不同长短的管线来实现不同深度压力点的测试。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置结构示意图。

图2是本发明实施例提供的压力测柱结构示意图。

图3是本发明实施例提供的转接头结构示意图。

图4是本发明实施例提供的防转动压板结构示意图。

图5是本发明实施例提供的变形锥结构示意图。

图中：1、压力测柱，2、密封压盖，3、防转动压板，4、变形锥，5、密封座，6、转接头，7、高压舱壁；8、压力管线；9、管线扎紧绳；10、砂网。

图6是本发明实施例提供的稳态实验系统流程图。

图7是本发明实施例提供的一孔多线密封装置稳态实验中压力-时间关系图。

图8是本发明实施例提供的一孔多线密封装置对比实验中压力-时间折线图。

图9是本发明实施例提供的在围压泵持续波动供压的环境下，经过24小时的持续测试发现只有新型密封装置的压力传感器能够实时跟踪压力变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图5所示，本发明实施例提供的用于稠油热采实验的高压探针的一孔多线密封装置设置有多根压力测柱1；多根压力测柱1穿过密封压盖2、防转动压板3、变形锥4及密封座5并紧锁住；密封座5通过对应的豁口与防转动压板3限位固定；密封压盖2通过螺栓与密封座5连接，密封压盖2通过向下运动压紧变形锥4，密封座5上开有密封锥面，密封座5通过密封锥面与变形锥4挤压。

其中防转动压板3和密封座5均采用耐高温不锈钢2520加工成型，中间的变形部分变形锥4采用耐高温紫铜t2加工成型，密封压盖2采用45号钢经过调质蘸火以及表面镀铬工艺成型，硬度高，强度大，不易变形。

多根压力测柱1可以通过防转动压板3固定，在压紧过程中通过密封座5上对应的豁口将防转动压板3限位，使其制动在密封压盖2的作用下向下运动压紧变形锥4，保护压力测柱1自身不转动，变形锥4在受力的作用下将向下运动，挤压密封座5的密封锥面，做密封压盖2和密封座5的双重挤压下，变形锥4将受力变形，从而在一定的预紧力下，将穿过密封压盖2及防转动压板3和变形锥4及密封座5的多根压力测柱1紧紧锁住，由于压力测柱1和变形锥4的内部圆孔及变形锥4的密封面和密封座5的密封面间隙很小，并且表面粗糙度都在1.6以上，在较大的挤压力下，各个接触面将发生贴合并且实现紧紧的密封，通过锁紧后成为一体，可实现高温条件下的多根测柱的温度压力密封，从而实现了一孔多测点密封。

所述密封座5通过螺栓与转接头6，密封座5通过转接头6与不同的高压设备连接；转接头6转接拧入高压舱壁7。

通过下部的转接头6可以便捷的更换到不同的高压设备上，通过转接拧入高压舱壁7，即可实现在不同设备及舱体间转移通用，同时通过各种耐高温材质成型的一孔多线测点接头结合不同的实验设备即可满足了石油天然气领域的各种高压环境的模拟以及开展各种稠油实验。

所述压力测柱包括压力管线.8、管线扎紧绳9、砂网10；

压力管线8上套接有砂网10，管线扎紧绳9通过将缠在管线上的砂网10沿圆周扎紧。

通过设置有压力管线.8、管线扎紧绳9、砂网10可以起到防止杂质及细砂等碎屑将管线堵塞的作用，压力管线8主要起到传递压力的作用，管线扎紧绳9通过将缠在管线上的砂网10沿圆周扎紧，防止细砂等碎颗粒沿圆周及端部泄露到管线的端部。通过每根管线上面缠绕管线扎紧绳9将管线进行流体过滤，通过控制不同长短的管线来实现不同深度压力点的测试。

下面结合具体实验对本发明作进一步描述。

一孔多线密封装置稳态实验：

为了确保新型一孔多线密封器满足实验需要，以一孔五线密封器为例对密封器的密封性能进行了稳态测试。采用的方法是利用电动围压泵给高压仓提供额定压力，供压结束后关闭围压泵。将压力测柱通过密封器插入高压仓内，将传感器信号线连接到控制端读取高压仓内的压力数据，最后将电动围压泵的设定值与五根传感器测量出的压力平均值进行比较，从而验证密封器的性能。为了保证实验人员的安全，我们在相同的温度环境下对高压仓进行不同压力的加压测试，实验时间持续24小时，保证测试结果的可靠性。将实验结果记录并绘制成压力-时间折线图6。

从图7中可以看出，当围压泵结束供压后，下经过24小时的持续测试发现高压仓的压力没有明显波动，证明密封器在最高70mpa高压下的密封性良好。

一孔多线密封装置对比实验：

为了证明一孔多线密封装置相对于传统密封装置的优越性，以一孔五线密封器为例对密封器的密封性能进行了对比测试。采用的方法是利用电动围压泵给高压仓提供波动压力，持续供压。将压力测柱通过密封器插入高压仓内，将传感器信号线连接到控制端读取高压仓内的压力数据，最后将电动围压泵的设定值与五根传感器测量出的压力平均值进行比较，从而验证新型密封器的性能。

在另一组装置之中，从市场上购买质量不同的密封装置按照其品质分为a、b、c、d四组，对其提供相同的实验流程，利用电动围压泵给高压仓提供波动压力，持续供压。将压力测柱通过a、b、c、d四组密封器插入高压仓内，将传感器信号线连接到控制端读取高压仓内的压力数据，最后将电动围压泵的设定值与传感器测量出的压力值进行比较，

为了保证实验人员的安全，在相同的温度环境下对高压仓进行不同压力的加压测试，实验时间持续24小时，保证测试结果的可靠性。将实验结果记录并绘制成压力-时间折线图8所示。

从图9中可以看出，在围压泵持续波动供压的环境下，经过24小时的持续测试发现只有新型密封装置的压力传感器能够实时跟踪压力变化，也就是说高压仓的密封性始终保持良好状态，而a组密封器在40mpa环境下失去密封性并且产生了类似背压阀的效果，说明此类密封器不能在高于40mp的环境下工作，而bcd组密封器分别在40mpa,35mpa,30mpa环境下失去密封效果。综上所述，对比市场上的同类密封产品，新型一孔多线高压密封装置能够在70mpa的环境下持续稳定工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。