专利名称：：酸性气田用密封圈试验装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种酸性气田用密封圈试验装置，具体是一种测试高温高压高含硫化氢(H2S)酸性气田用的密封圈(如橡胶密封圈)的耐腐蚀性能和密封性能的试验装置。
背景技术：
：随着石油工业的发展，石油和天然气井开采深度逐渐提高，井下条件日益恶劣。高含硫气田幵发工程需要使用大量橡胶密封材料，但是高温高压H2S/C02工况(最高PH2s达到9MPa，最高Pc。2达到6MPa，实际温度达到150°C)会对橡胶密封材料造成强烈侵蚀，密封失效会导致高含硫化氢天然气泄漏事故的发生。H2S是一种剧毒气体，空气中H2S含量超过300ppm将对生命造成危险。因此，对气田用橡胶密封材料及制品的性能和使用范围提出了更高的要求。由于当前油田普遍使用的橡胶密封材料已经不能满足复杂苛刻的井下工况，经常出现密封失效，从而需要研制开发新的密封材料代替目前常用的橡胶密封材料。为了考察新的密封材料是否满足井下复杂工矿条件限制，在高温高压和高含H2S环境下是否能够安全可靠地密封，需要对其相关性能进行检测。目前关于橡胶的相关性能测试标准包括ASTMD1414-94标准涉及到O形橡胶密封圈的常规性能测试，如拉伸、压縮、硬度、低温性能、腐蚀、相对密度测试等；ASTMD395-2003标准介绍了橡胶的压縮永久变形的测试方法和相应试验装置；GB1684-85标准是关于硫化橡胶短时间静压縮试验方法，该标准中是将压縮器放在一般的拉力试验机上完成规定要求的；GB/T5720-93规定了实心硫化O形橡胶密封圈的硬度、拉伸性能、恒定形变压縮永久变形、拉伸永久变形、热空气老化、压缩应力松弛、耐液体、密度、腐蚀试验和收縮率的试验方法，其中提到了用圆板层叠式压缩夹具来测定试样的恒定形变压縮永久变形；GB/T1690-2006规定了硫化橡胶耐液体试验方法。NACETM0296-02和NACETM0187-03标准则分别规定了在酸性液体和气体环境中弹性体材料性能的相关要求；加拿大irp标准中V2，V14对钻采过程中用的弹性体材料提出了相应的要求，性能测试则参照NACETM0296-02和NACETM0187-03标准。这些相关标准中，在考察橡胶的压缩永久变形、耐腐蚀性等性能时，都是单独在某一个试验装置中完成的，而且只能单独考虑液体环境的影响以及在静态条件下的性能测试，没有一个相关设备或试验装置能够同时考察橡胶在不同工矿条件下的性能测试。CN2115485U(特高硫化氢、二氧化碳腐蚀试验罐)公幵了一种用于酸性气体试验用的试验装置，该装置要求耐硫化氢腐蚀；但该装置在进行试验时，是采用传统的挂片法，即对片状试样进行试验，不存在对密封圈试样的密封性能进行测试的问题。W丄Sitton研究了油田/管道用O形密封圈耐酸性介质以及缓蚀剂的性能变化，自行设计了一种测量形密封圈耐H2S腐蚀的试验装置(W.J.Sitton，oringelastomerperformanceinlaboratorytestswithoilfield/pipelinecorrosioninhibitors,corrosion,1983)，该试验装置是在内置于高温高压釜的一螺栓上层叠套设了多个用以固定试样的夹具，能够同时考虑O形密封圈试样压縮永久变形以及模拟实际工矿时的性能变化，试验装置比较简单，并在一定程度上节约了试验周期。但是，该装置在测定O形密封圈的压縮永久变形时无法准确给定压縮永久变形量，而且只能测试O形密封圈在静态条件下的性能变化，并不适用于实际的动态工矿条件。CN2718567Y提供了一种动态高压釜腐蚀试样夹具，其是利用夹套将气相试样、气液相试样、液相试样或其组合固定安装在高温高压釜的旋转轴上，可同时进行三种状态的腐蚀评价试验，以提高试验效率。但该试样夹具结构复杂，且要求试样的侧面向内倾斜一特定角度，并在试样侧面和内表面涂布硅胶，不适用于其它形状的密封圈试样的性能测试，也无法直接考察密封圈的密封性能。因此，有必要对现有的密封圈试验装置进行改造，提供一种结构简单、能同时考察密封圈在实际动态工矿条件下的多种性能以节约试验周期的密封圈试验装置。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于克服现有的酸性气田用密封圈试验装置中的不足之处，对现有装置进行改进，提供一种结构简单的酸性气田用密封圈试验装置，可在该装置中同时考察密封圈在动态工矿条件下的多种性能，以节约试验周期，提高试验效率。为达上述目的，本实用新型提供了一种酸性气田用密封圈试验装置，该试验装置包括设置有旋转轴的高温高压釜，其中，所述高温高压釜内设置有能与旋转轴一起旋转的内置螺栓，且以该内置螺栓为中心轴，该内置螺栓上从下向上依次层叠套设有至少3层圆盘、至少6层凸状圆盘和至少3层圆板层叠式压縮夹具。本实用新型的酸性气田用密封圈试验装置中，能够检测高温高压高含硫化氢环境下各种密封圈(主要是针对橡胶密封圈)的耐腐蚀性能和密封性能。该试验装置中，所述内置螺栓上套设的圆盘、凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具有不同用途，其中所述内置螺栓上端设置的圆板层叠式压缩夹具是为了考察密封圈试样的恒定压缩永久变形；所述内置螺栓中间部分设置的凸状圆盘大致呈中间凸起、周边为较低肩部的凸台形状(径向截面呈"凸"形)，且所述中间凸起高度应大于密封圈试样的断面高度，以保证安装在该凸状圆盘上的密封圈试样不受力，处于自由状态。凸状圆盘的设置是为了考察密封圈试样的耐气体腐蚀和耐液体腐蚀性能试验；所述内置螺栓下端设置的圆盘是为了考察密封圈在模拟实际工矿条件下的变形行为以及密封性能。在对密封圈性能进行测试时，反应釜内液相环境和气相环境同时存在，可控制所述螺栓下端的至少3层圆盘与所述凸状圆盘中的至少3层处于液相环境中，而其余凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具处于气相环境中。另外，由于所述内置螺栓是能与高温高压釜的旋转轴一起旋转(在电机的带动下，并可带动螺栓上套设的圆盘、凸状圆盘和圆板层叠式压缩夹具一起旋转)，可模拟实际动态工矿条件。从而，利用本实用新型的试验装置，可以在同一装置中一次性同时进行密封圈的恒定压缩永久变形、腐蚀试验以及气相环境和液相环境中的试验，能同时考察密封圈在动态工矿条件下的多种性能，节约了试验周期，提高了试验效率。另外，本实用新型的试验装置中，出于对平行试验的考虑，是设置了至少3层圆盘、至少6层凸状圆盘和至少3层圆板层叠式压縮夹具，以进一步节约试验周期，且以相同的试验条件进行平行试验，试验结果可比性高。根据本实用新型的具体实施方案，所述内置螺栓为空心螺栓，该内置螺栓套设在所述旋转轴上，与旋转轴采用螺纹连接，从而可以在电机的带动下随旋转轴在高压釜内旋转。根据本实用新型的具体实施方案，所述圆盘、凸状圆盘以及圆板层叠式压縮夹具可分别与所述螺栓之间采用螺纹连接。根据本实用新型的具体实施方案，在相邻层的所述圆盘与圆盘之间、圆盘与凸状圆盘之间、凸状圆盘与凸状圆盘之间、凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具之间、圆板层叠式压縮夹具的各层圆板之间均设置有用于容置密封圈试样的空间，以便容置并适当固定密封圈试样，对密封圈试样的性能进行测试。根据本实用新型的具体实施方案，设置在螺栓下端的所述3层圆盘上分别设有用于置放密封圈试样的沟槽，可以在试验时将密封圈试样限定在该圆盘的沟槽里。所述沟槽的具体尺寸可参考GB/T3452.3-2005(GB/T3452.3-2005|液压气动用O形橡胶密封圈沟槽尺寸)确定。根据本实用新型的具体实施方案，在所述圆盘上能被密封圈密封的区域内还设有用于容置密封性能测试剂的凹坑，该凹坑可以是半球形、锥形、棱柱形或圆柱形等具有一定容积以容纳一定量密封性能测试剂的凹陷或沟槽形状；所述的密封性能测试剂是用来考察密封圈试样的密封性能，通常是铁盐溶液，例如铁的氯化合物或铁的硫酸盐溶液(如FeCl2，FeCl3，FeS04)等，可通过试验结束后观察试剂溶液颜色变化来考察密封圈的密封性能。根据本实用新型的优选具体实施方案，所述高温高压釜、螺栓、圆盘、凸状圆盘与圆板层叠式压缩夹具分别为由哈氏合金制造的高温高压釜、螺栓、圆盘、凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具。哈氏合金为专门用于测试金属材料耐硫化氢、二氧化碳腐蚀的Cortest哈氏合金，具有优良的耐压、耐高温、耐酸、抗腐蚀等性能。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的试验装置为可以耐受测试压力和温度的装置，优选为耐压5-70MPa、耐温50350。C，或可耐受更广范围温度和压力的试验装置。本实用新型的酸性气田用密封圈试验装置，可以适用于对不同形状的各种密封圈试样的性能进行测试，例如，所述密封圈试样的断面形状可以为圆形、V形、方形、楔形或矩形等规则或不规则的形状。综上所述，本实用新型的酸性气田用密封圈试验装置具有以下有益效果本实用新型的试验装置适用于对各种形状或材质的密封圈进行性能考察试验，可以同时考察密封圈在动态条件下的恒定压縮永久变形、耐酸性气体、液体腐蚀试验以及模拟工矿条件下的变形行为等性能变化；试验装置结构简单合理，可一次完成多个试验，并保证试验结果具有一定的可比性，能够节约试验时间和资金，提高效率。图1是本实用新型的内置螺栓及所设置的带沟槽的圆盘、凸状圆盘及圆板层叠式压縮夹具的结构示意图。图2是利用本实用新型的试验装置加载O形密封圈后进行密封圈性能测试的试验系统的结构示意图。具体实施方式以下通过优选的具体实施例并配合附图对本实用新型的试验装置及其所具有的有益效果作进一步的详细说明。本实用新型提供了一种酸性气田用密封圈试验装置，该试验装置可以用于测试密封圈试样在高温高压高含硫化氢条件下的耐腐蚀性能和密封性能，所述密封圈试样可以是断面形状为圆形、V形、方形、楔性或矩形等规则或不规则形状的密封圈试样，下面是以断面形状为基本圆形的O形密封圈(密封圈整体形状为O形圈)为例进行说明。实施例1本实施例的试验装置包括设置有旋转轴的高温高压釜，请参见图1所示，为该试验装置的核心部分，主要包括设置在高温高压釜内的内置螺栓l，该螺栓l为空心螺栓，可套设在高温高压釜的旋转轴上，与旋转轴采用螺纹连接，在电机的带动下可与旋转轴一起旋转。以该螺栓l为中心轴，在该螺栓上从下向上依次层叠套设有三层带沟槽201的圆盘2、六层凸状圆盘3和三层圆板层叠式压縮夹具4。各圆盘2、凸状圆盘3和圆板层叠式压縮夹具4中心设置有供螺栓1穿过的贯穿通孔，该通孔内径与所述螺栓1外径大小基本相同，圆盘2、凸状圆盘3和圆板层叠式压縮夹具4套在螺栓l上后基本可以固定；所述圆盘2、凸状圆盘3和圆板层叠式压缩夹具4也可以分别与螺栓1之间采用螺纹连接。在螺栓1上下两端用螺母5固定所述圆盘2、凸状圆盘3与圆板层叠式压縮夹具。本实施例中，密封圈试样6放置在圆盘2的沟槽201内(沟槽201的具体尺寸参考GB/T3452.3-2005确定)，且在所述圆盘2上能被密封圈密封的区域内设有用于容置密封性能测试剂的凹坑202，本实施例中该凹坑202为基本半球形。图中所示凹坑202是设置在螺栓从下向上数的第三层圆盘的上表面上，该凹坑202也可以设置在其他层圆盘2的上表面上，或在多层圆盘2上均有设置。利用本实用新型的试验装置对密封圈性能进行试验时，先将一螺母5拎入螺栓1的下端，然后将带沟槽201的三层圆盘2与三个密封圈试样6依次交替套入螺栓1中，密封圈试样6放置在沟槽201内，在凹坑202内放置密封性能测试剂，例如Fe的氯化合物或硫酸盐化合物溶液(如FeCl2，FeCl3或FeS04)，以考察密封圈试样在模拟工矿时的密封性能，试验结束后，如果测试剂溶液颜色改变，表示密封圈试样密封性能不佳；接着依次交替套入六层凸状圆盘3与六个密封圈试样，密封圈试样套置于凸状圆盘3的肩部位置上；然后再依次交替套入三层圆板层叠式压縮夹具4和三个密封圈试样，其中的密封圈试样内外两端各放一个限制器7，限制器的高度为试样O形截面直径的75%;然后再将一个螺母5拎在螺栓1上端，直至圆板层叠式压缩夹具接触限制器为止；然后再将装有圆盘、凸状圆盘、圆板层叠式压缩夹具和密封圈试样的螺栓1放置在高温高压釜10内，请参见图2所示的利用本实用新型的试验装置加载O形密封圈后进行密封圈性能测试的试验系统，把螺栓1和高温高压釜的旋转轴采用螺纹连接(该旋转轴与电机20相连，在电机20带动下可带动螺栓及其上所设置的圆盘、凸状圆盘、圆板层叠式压縮夹具和密封圈试样旋转)；然后根据相关NACE标准，将预先混合好的5%高压釜容器体积百分比的液态烃混合物加入到高温高压釜10内，再加入5%容器体积百分比的水，使螺栓下端的三层带沟槽的圆盘和三层凸状圆盘处于液相环境中，其余凸状圆盘和圆板层叠式压縮夹具处于气相环境中；接着将高温高压釜10密封，然后利用气体瓶40中的N2瓶充入N2到一定压力，卸压/加压3次以除去高压釜10内的氧气，然后再利用溶液循环系统30和气体瓶40中的C02气瓶向高压釜10内充入含H2S的气态物质，直至加压到给定压力，并通过控温装置50、热电偶60、加热装置70加温到设定值。开动电机20，使旋转轴带动螺栓及其上所设置的圆盘、凸状圆盘、圆板层叠式压縮夹具和密封圈试样旋转，即可模拟动态工矿条件对密封圈试样的恒定压缩永久变形、耐酸性气体、液体腐蚀以及模拟工矿条件下的变形行为等性能进行测试。维持所设定的试验时间结束后，降压、降温，然后充入N2除去溶液里的H2S，利用碱性溶液回收剩余H2S，开釜，将螺栓从旋转轴上卸下，取出密封圈试样进行相关性能测试，并观察所述凹坑内测试剂颜色变化考察密封圈的密封性能。本实用新型的试验装置既可以按照NACETM0187-03和NACETM0296-02标准考察密封圈的性能，也可以根据实际工况进行试验。试验时，高温高压釜内的总工作压力范围一般为570MPa，H2S、002分压可根据试验要求自定，试验温度范围一般为50350°C。本实施例中，所述高温高压釜、螺栓、圆盘、凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具(包括限制器)均采用Cortest哈氏合金制造，具有优良的耐压、耐高温、耐酸、抗腐蚀等性能。密封圈性能考察试验1采用实施例1的试验装置，模拟动态工矿条件，在一次试验中同时对密封圈试样的恒定压縮永久变形、耐酸性气体、液体腐蚀以及模拟工矿条件下的变形行为性能进行测试。密封圈试样为一种O形密封圈(试样编号1)，试验条件为模拟工况，高温高压釜内为H2S/C02混合气体，温度20(TC，总压力7MPa，H2S/C02分压各3.5MPa，试验时间l个月。所测密封圈的相关性能测试数据请参见表l。表1模拟工况下O形密封圈腐蚀前后性能变化<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>密封圈性能考察试验2采用实施例1的试验装置，分别按照NACETM0187-03标准以及按照模拟工况，对一种o形密封圈试样(试样编号n)的性能进行测试。按照NACETM0187-03标准进行试验，在一次试验中同时对密封圈试样的多种性能进行测试。试验条件如表2。所测密封圈的相关性能测试数据请参见表3。表2标准试验条件(NACETM0187-03)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3根据NACE标准进行的O形密封圈腐蚀前后性能变化<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>按照模拟工况进行试验，在一次试验中同时对密封圈试样的多种性能进行测试。试验条件如表4。所测密封圈的相关性能测试数据请参见表5。表4模拟工况试验条件<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表5模拟工况实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求1.一种酸性气田用密封圈试验装置，该试验装置包括设置有旋转轴的高温高压釜，其特征在于所述高温高压釜内设置有能与旋转轴一起旋转的内置螺栓，且以该内置螺栓为中心轴，该内置螺栓上从下向上依次层叠套设有至少3层圆盘、至少6层凸状圆盘和至少3层圆板层叠式压缩夹具。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述内置螺栓为空心螺栓，该内置螺栓套设在所述旋转轴上，与旋转轴采用螺纹连接。3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述圆盘、凸状圆盘以及圆板层叠式压縮夹具分别与所述螺栓之间采用螺纹连接。4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于相邻层的所述圆盘与圆盘之间、圆盘与凸状圆盘之间、凸状圆盘与凸状圆盘之间、凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具之间、圆板层叠式压縮夹具的各层圆板之间均设置有用于容置密封圈试样的空间。5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述3层圆盘上分别设有用于置放密封圈试样的沟槽。6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于所述圆盘上能被密封圈密封的区域内设有用于容置密封性能测试剂的凹坑。7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于所述凹坑形状为半球形、锥形、棱柱形或圆柱形。8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述高温高压釜、螺栓、圆盘、凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具分别为由哈氏合金制造的高温高压釜、螺栓、圆盘、凸状圆盘与圆板层叠式压縮夹具。9.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述凸状圆盘呈中间凸起、周边为较低肩部的凸台形状，所述中间凸起高度大于密封圈试样的断面高度。专利摘要本实用新型提供了一种酸性气田用密封圈试验装置，该试验装置包括设置有旋转轴的高温高压釜，所述高温高压釜内设置有能与旋转轴一起旋转的内置螺栓，且以该内置螺栓为中心轴，该内置螺栓上从下向上依次层叠套设有至少3层圆盘、至少6层凸状圆盘和至少3层圆板层叠式压缩夹具。本实用新型的试验装置主要是用于检测高温高压高含H<sub>2</sub>S环境下密封圈耐腐蚀和密封性能，可在同一装置中同时进行在动态条件下密封圈的恒定压缩永久变形、腐蚀试验和气相环境和液相环境中的试验，以及模拟实际工矿条件下的变形行为。文档编号G01M3/02GK201215543SQ20082007992公开日2009年4月1日申请日期2008年4月14日优先权日2008年4月14日发明者丛川波,琼周,瑛张,飞彭,董玉华,陈长风申请人:中国石油大学(北京)