一种封隔器胶筒的轴向密封试验系统及其使用方法与流程

本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种封隔器胶筒的轴向密封试验系统及其使用方法。

背景技术：

在石油工业的开采作业中，封隔器是指具有弹性的密封元件，并借此封隔环形空间，隔绝产层，以控制产(注)液，保护套管的井下工具，对于封隔器本身来说，最关键的莫过于弹性密封元件，有人比之为封隔器的心脏，因为它在很大程度上影响甚至决定着封隔器系统井下工作的成败。压缩式封隔器是通过对胶筒施加一轴向力使胶筒产生径向变形实现密封功能。

目前对于胶筒的试验研究多数研究的为胶筒与套管接触应力方面的研究，而缺少直接的直观的研究胶筒轴向密封性能的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对目前分割器胶筒轴向密封性能试验装置缺乏的问题，提供一种封隔器胶筒的轴向密封试验系统及其使用方法，能够直接的直观的对胶筒的轴向密封性能进行测试。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种封隔器胶筒的轴向密封试验系统，包括试验部件、三维非接触应变测量仪、液压动力部件和显示部件，所述试验部件包括测试筒、内筒、上盖和由透明材料制成的外筒，所述内筒设置在所述外筒内从而在所述内筒与所述外筒之间形成筒状腔，所述测试筒设在所述筒状腔中，所述测试筒内壁和外壁分别与内筒和外筒接触，所述上盖覆盖所述筒状腔一端的开口，所述上盖、内筒、外筒和所述测试筒配合形成上腔室，所述测试筒远离所述上盖的一端设置有压持件，用于顶压所述测试筒，所述三维非接触应变测量仪用于测量测试筒的应变，所述液压动力部件用于驱动压持件压紧测试筒，所述显示部件用于显示测试筒的应力和应变。

作为优选，所述液压动力部件包括活塞缸、活塞及测压件，所述活塞设置在活塞缸内并与所述活塞缸内壁形成压力腔，所述活塞缸设置有与所述压力腔相通的增压孔，所述测压件布置在所述活塞与所述压持件之间，所述显示部件还用于显示所述测压件所获取的压力。

作为优选，所述试验部件还包括用于控制所述测试筒温度的温度控制部件，所述显示部件还用于显示所述测试筒的温度。

作为优选，所述温度控制部件包括加热件，所述加热件设置在所述内筒内壁上。

作为优选，所述测试筒下端设置有液体收集器，用于收集从测试筒和外筒之间泄露的液体，所述液体收集器由透明材料制成

作为优选，所述液体收集器内设置有液位监测部件。

作为优选，所述液体收集器上设置有用于显示液位的刻度。

作为优选，所述液体收集器内设置有第二颜色反应物。

本专利申请还公开了一种试验系统的使用方法，该试验系统为上述试验系统，使用时，在通入所述上腔室中的液体中混合第一颜色反应物，在所述液体收集器内布置第二颜色反应物，所述第一颜色反应物与所述第二颜色反应物混合时会发生颜色变化。

作为优选，上述使用方法包括以下步骤：

a、按照使用需求装配所述试验系统，在装配试验系统时，向所述压力腔通入少量流体，再将上述活塞放入所述活塞缸内，使所述活塞接触该少量流体的液面，并在将要通入所述上腔室的液体中混入所述第一颜色反应物，在所述液体收集器内布置第二颜色反应物；

b、调节所述三维非接触应变测量仪的观测头高度和位置，连接好数据采集线路，记录液体收集器中液位的初始高度；

c、向所述压力腔通入高压流体以推动活塞压紧测试筒直至所述测压件的压力达到预设值，向所述上腔室融入步骤a中混合有所述第一颜色反应物的高压液体，直至上腔室中的压力稳定在预设值，保持各参数持续预设时间，记录液体收集器中液位的最终高度；

d、结束试验，关闭向上腔室通入高压液体的设备，确定关闭该设备后再关闭向压力腔通入高压流体的设备，拆解各零部件。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：向上腔室通入一定压力的液体即可进行轴向密封测试试验，通过压持件对测试筒施加一定的压力，根据在测试筒下端发现的上腔通入的液体量，确定轴向密封性能，结构简单，性能可靠；外筒为透明的，因此，若进入上腔室的液体通过测试筒和外筒的接触面泄露出去，在外能够过直接观察，从而能够直观的感测测试筒的轴向密封性能，并且，特别的，通入的液体为具有颜色的液体，液体的颜色与测试筒的颜色不同，能够更加直观的感测测试筒的轴向密封性能，比如采用红色的液体，直观观测，结构简单，稳定可靠。

附图说明

图1为本专利申请试验系统的结构示意图；

图2为本专利申请试验部件的结构示意图；

图3为图2中e的局部放大图。

图中标记：2-显示部件，3-试验部件，5-三维非接触应变测量仪，88-液压动力部件，7-支柱，8-活塞缸，81-延边，9-外筒，11-液体收集器，12-导流环，13-测试筒，131-倒角，14-内筒，16-上盖，17-加热件，19-上腔室，20-进口，21-橡胶密封圈，22-压持件，24-测压件，25-活塞，26-压力腔，27-增压孔，29-转换接头。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

如图1-3所示，一种封隔器胶筒的轴向密封试验系统，包括试验部件3、三维非接触应变测量仪5、液压动力部件88和显示部件2，试验部件3包括测试筒13、内筒14、上盖16和由透明材料制成的外筒9，内筒14设置在外筒9内从而在内筒14与外筒9之间形成筒状腔，测试筒13设在筒状腔中，测试筒13内壁和外壁分别与内筒14和外筒9接触，上盖16覆盖筒状腔一端的开口，上盖16、内筒14、外筒9和测试筒13配合形成上腔室19，测试筒13远离上盖16的一端设置有压持件22，用于顶压测试筒13，三维非接触应变测量仪5用于测量测试筒13的应变，液压动力部件88用于驱动压持件22压紧测试筒13，显示部件2用于显示测试筒13的应力和应变，外筒9由透明材料制成,比如采用钢化玻璃或玻璃制成，测试筒13即是封隔器使用的胶筒，是橡胶制成，由此，向上腔室19通入一定压力的液体即可进行轴向密封测试试验，通过压持件22对测试筒13施加一定的压力，根据在测试筒13下端发现的上腔通入的液体量，确定轴向密封性能，结构简单，性能可靠；外筒9为透明的，因此，若进入上腔室19的液体通过测试筒13和外筒9的接触面泄露出去，在外能够过直接观察，从而能够直观的感测测试筒13的轴向密封性能，并且，特别的，通入的液体为具有颜色的液体，液体的颜色与测试筒13的颜色不同，能够更加直观的感测测试筒13的轴向密封性能，比如采用红色的液体，直观观测，结构简单，稳定可靠，具体的，外筒9上设置有与上腔室19相通的进口20，用于向上腔室19注入液体。

如图2，液压动力部件88包括活塞缸8、活塞25及测压件24，活塞25设置在活塞缸8内并与活塞缸8内壁形成压力腔26，活塞缸8设置有与压力腔26相通的压力增压孔27，测压件24布置在活塞25与压持件22之间，并分别与活塞25和压持件22接触，显示部件2还用于显示测压件24所获取的压力，测压件24用于测试活塞25施加于压持件22的压力，由此能够实时知晓压持件22作用于测试筒13的压力，简单准确，活塞25滑动设置在活塞缸8内，通过压力增压孔27向压力腔26通入流体，能够推动活塞25使得活塞25通过测压件24向施压件施加动力，提供的动力稳定并且该动力测试准确，稳定可靠并且摩擦力较小，试验结果更加准确；具体的，测压件24可以采用压力传感器。

试验部件3还包括用于控制测试筒13温度的温度控制部件，用于模拟测试筒13的实际使用情况，显示部件2还用于显示测试筒13的温度，使测试结果更加准确。

如图2，温度控制部件包括加热件17，加热件17设置在内筒14内壁上，从而温度更加容易控制，节约能源，进一步的，加热件17为筒状，套设在内筒14内，结构简单，加热均匀且面积大，使得试验结果更加准确，具体的，温度控制还包括温度测试件，用于监测测试筒13的问题，便于控制测试筒13的温度，跟具体的，温度测试件可以是温度计，或者红外线温度测试仪。

压持件22为筒状，套设在内筒14上，由此，压持件22在压紧测试筒13时压持件22不会歪斜，具有导向作用，进一步的，压持件22与内筒14间隙配合，使得压持件22与内筒14之间的摩擦力较小，测试结果更加准确。

活塞缸8外形为筒状，套设在外筒9内，压持件22套设在活塞缸8内，结构简单，进一步的，压持件22与活塞缸8采用间隙配合，从而摩擦力较小，试验结果更加准确。

活塞缸8远离活塞25的端部设置有转换接头29，转换接头29设置有通孔，通孔连通外部与压力增压孔27，方便接通增压设备以向压力腔26提供流体。

活塞缸8的一端出露在外筒9外，该一端设置有延边81，延边81覆盖外筒9的开口，延边81通过支柱7与上盖16连接，也就是说，支柱7与延边81固定连接，支柱7与上盖16固定连接，从而使得上盖16与延边81形成固定连接。

如图2和图3，测试筒13下端设置有液体收集器11，用于收集从测试筒13和外筒9之间泄露的液体，该液体是由上腔室19泄露出来的，如此，能够根据收集的泄露量确定测试筒13在各试验条件下的密封性能,具体的，如图2和图3，液压收集器设置于液压缸上。

液体收集器11由透明材料制成，也就是液体收集器11是透明的，从而能够直观观测液体收集器11里面的液体量，在液体收集器11盛满前停止试验，以免溢出的液体影响试验的准确性，从而试验结果更加准确。

进一步的，液体收集器11内设置有液位监测部件，由此，根据液体收集器11的底面积即可实时确定里面的液体量，实时记录各试验条件下的密封性能，无需重启试验设备将液体收集器11倒出后再试验，方便快捷。

当然，除了采用液位监测部件外，还可以采用其他方式以实时确定泄露的液体量，如，液体收集器11上设置有用于显示液位的刻度，由此，能够实时观测液面所在的刻度位置确定液体的泄漏量，方便快捷，结构简单。

液体收集器11内设置有第二颜色反应物，第二颜色反应物即是能够与通入上腔室19的液体发生反应从而出现颜色变化的物质，相应的，可以在通入上腔室19的液体中混合能够与第二颜色反应物发生颜色反应的物质，由此，能够更加直观的观测液体收集器11中的液体量，方便快捷，结构简单，成本低廉，稳定可靠。具体的，可以采用碘与淀粉，反应呈蓝色，在液体收集器11中放置淀粉，在通入上腔室19的液体中混合碘；又例如，酒精与酸性重铬酸钾溶液的组合，反应呈灰绿色；石蕊试液与酸性溶液的组合，反应呈红色；石蕊试液与碱性溶液的组合，反应呈蓝色。

测试筒13下端面的外部延边81设置有倒角131，一般情况下，液体的泄漏量较小，需要对泄露液体进行引流以使泄露的全部液体均流至，采用倒角131设置，便于将泄露液体引流至液体收集器11内。

如图2，内筒14与压持件22之间设置有截面呈梯形的导流环12，便于将泄露液体引流至液体收集器11内，更具体的，导流环12与内筒14之间设置有橡胶密封圈，使试验结果更加准确。

如图2，导流环12面积较小的一端与测试筒13下端面接触，倒角131与导流环12呈v字形布置，导流环12面积较大的一端的延边81布置在液体收集器11的开口上方，从而使泄露的液体能够直接通过倒流环上的斜面流至液体收集器11内，使试验结果更加准确。

压持件22、测压件24和活塞25三者的对称轴线重合，以便使得活塞25在滑动过程中压持件22难以与活塞缸8内壁或内筒14外壁接触产生摩擦，试验结果更加准确，更具体的，在压持件22和活塞25上设置有配合测压件24的凹槽，具有定位作用，使试验结果更加准确,具体的，在液体收集器11与外筒9的内壁之间、测试筒13与导流环12之间以及活塞25与活塞缸8之间均设置有橡胶密封环。

本专利申请还公开了一种试验系统的使用方法，该试验系统为上述试验系统，使用时，在通入上腔室19中的液体中混合第一颜色反应物，在液体收集器11内布置第二颜色反应物，第一颜色反应物与第二颜色反应物混合时会发生颜色变化，由此，能够更加直观的观测液体收集器11中的液体量，方便快捷，结构简单，成本低廉，稳定可靠。具体的，第一颜色反应物与第二颜色反应物可以采用碘与淀粉，反应呈蓝色，在液体收集器11中放置淀粉，在通入上腔室19的液体中混合碘；又例如，酒精与酸性重铬酸钾溶液的组合，反应呈灰绿色；石蕊试液与酸性溶液的组合，反应呈红色；石蕊试液与碱性溶液的组合，反应呈蓝色。

进一步的，上述使用方法包括以下步骤：

a、按照使用需求装配试验系统，在装配试验系统时，向压力腔26通入少量流体，再将上述活塞25放入活塞缸8内，使活塞25接触该少量流体的液面，以方便压持件22的安装，同时避免出现空气，使试验结果更加准确，在将要通入上腔室19的液体中混入第一颜色反应物，在液体收集器11内布置第二颜色反应物，保证压力传感器、压持件22和活塞25三者的对称轴线重合，以便使得活塞25在滑动过程中压持件22难以与活塞缸8内壁或内筒14外壁接触产生摩擦，试验结果更加准确；

b、调节三维非接触应变测量仪5的观测头高度和位置，连接好数据采集线路，记录液体收集器11中液位的初始高度；

c、向压力腔26通入高压流体以推动活塞25压紧测试筒13直至测压件24的压力达到预设值，向上腔室19融入步骤a中混合有第一颜色反应物的高压液体，直至上腔室19中的压力稳定在预设值，保持各参数持续预设时间，记录液体收集器11中液位的最终高度；

d、结束试验，关闭向上腔室19通入高压液体的设备，确定关闭该设备后再关闭向压力腔26通入高压流体的设备，拆解各零部件。

进一步的，在步骤c中，测试完成后，保持上腔室19的压力值不变，增加或减小压力腔26中的压力值至另一预设值，保持稳定后记录液体收集器11中液位的最终高度，如此重复，能够完成多组试验，方便快捷，稳定可靠，试验结果更加准确，

或者，在步骤c中，测试完成后，保持压力腔26中的压力值不变，增加或减少上腔室19中的压力值，保持稳定后记录液体收集器11中液位的最终高度，如此重复，能够完成多组试验，方便快捷，稳定可靠，试验结果更加准确。