一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测封隔器锁紧机构性能的试验装置及方法。该装置包括套筒、密封筒、弹性件和打压嘴。该试验装置通过采用密封筒的设计，能有效密封封隔器与套筒之间的环空，从而有效模拟正常工作状态下的胶筒，因此能够在不使用胶筒情况下单独检测锁紧机构的回弹距离及防退承载能力，不仅大大提高封隔器的研发改进效率，而且可多次循环利用，极大地降低了试验成本。此外，通过采用压缩弹簧的恢复力模拟胶筒的回弹力，且弹簧材料及性能可根据封隔器胶筒的回弹力等各方面性能进行调节，检测锁紧机构卸载后的回弹距离。本发明的试验装置结构简单，操作方便、安全、可靠，且能很好的模拟封隔器施工过程。
【专利说明】一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于油田固完井作业的封隔器的试验装置，具体涉及一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]封隔器作为石油井下环空封堵的密封装置，其封隔密封能力是衡量封隔器性能的一个重要技术指标，直接关系到井下作业施工的成败。
[0003]封隔器的封隔密封性能除了与密封元件有关外，还在很大程度上受锁紧机构的性能所制约。锁紧机构坐封后的回弹距离、防退承载能力等，均直接决定了封隔器的环空封隔能力与密封的可靠性。而通过掌握锁紧机构的回弹距离、防退承载能力等技术参数，能够为封隔器的改进优化提供重要的参考依据。但目前尚没有用于检测封隔器锁紧机构的回弹距离以及防退承载能力的试验装置。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置及方法，能够检测封隔器锁紧机构的回弹距离以及防退承载能力。
[0005]根据本发明的第一方面，提出了一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，包括，底部封闭的套筒，其用于将待测量的封隔器固定地安装在套筒内，并在封隔器的本体与套筒之间形成环空，在封隔器本体上设置有锁紧机构，安装于封隔器的锁紧机构下方的弹性件，承靠在弹性件上的密封筒，密封筒的外壁与套筒的内壁密封式接合，而内壁能够与封隔器的锁紧机构相接合，用于对密封筒施加载荷的加载机构，加载机构能推动密封筒压缩弹性件，以及穿过套筒的外壁并与套筒的内腔连通的打压嘴，通过将打压嘴连通试压泵进行环空打压，以检测封隔器的锁紧机构的防退承载能力。
[0006]根据本发明的实验装置，能够在地面上对封隔器进行测试，整个实验装置简单、安全，并且能够良好地模拟封隔器的施工过程，提高了产品研发效率。弹性件的恢复力能够模拟胶筒的回弹力，由此能够检测锁紧机构卸载后的回弹距离。在一个优选的实施例中，弹性件为弹簧或胶筒。
[0007]在一个实施例中，加载机构包括加载件、传压板和传压筒，加载件通过传压板及传压筒对密封筒进行加载。
[0008]在一个实施例中，封隔器通过定位机构固定在套筒内，定位机构包括固定于套筒底部的支撑筒，以及固定在支撑筒顶部的封隔器下封头，封隔器下封头通过密封螺纹与封隔器下端连接。在一个优选的实施例中，定位机构还包括封隔器上封头和定位杆封头，封隔器上封头螺纹连接在封隔器上端；定位杆封头通过螺纹连接在套筒上端，定位杆封头螺纹连接于定位杆，定位杆与封隔器上封头接触，对封隔器实现轴向定位。在测试过程中，这种定位机构能够将封隔器安全、稳定地进行轴向限位。特别是定位杆封头与套筒为螺纹连接，这使得可容易地调节定位杆封头的高度而实现对不同规格的封隔器进行轴向限位。
[0009]在一个实施例中，套筒下端通过密封螺纹连接于套筒下封头而实现封闭。
[0010]在一个实施例中，密封筒的内外壁上均设置有若干密封圈，以封隔套筒与封隔器之间的环空。这种设置能够模拟胶筒坐封后的状态。这样可以在不使用胶筒的情况下单独检测锁紧机构的可靠性，极大的降低了实验成本。
[0011]在一个实施例中，锁紧机构采用单向防退机构。在一个优选的实施例中，单向防退机构包括锯齿卡簧、斜坡卡簧和直台阶卡簧中的一种。
[0012]根据本发明的第二方面，提出了一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的方法，包括如下步骤:
[0013]步骤10，连接加载件，通过传压板及传压筒对密封筒进行加载，推动密封筒下行压缩弹性件；
[0014]步骤20，测量并记录传压板上端到套筒上端的距离L后，卸载，再次测量并记录传压板上端到套筒上端的距离L'，计算出锁紧机构卸载后的坐封回弹距离1，其中I=L-L'；
[0015]步骤30，移去加载设备，卸除传压板及传压筒，
[0016]步骤40，测量并记录封隔器上封头上端到密封筒上端的距离D ；
[0017]步骤50，将打压嘴连接试压泵，进行注水打压、稳压，稳压期间测量套筒内的压力变化，验证锁紧机构的防退承载能力，若套筒上端有液体流出，说明承载失效，此时停止打压并记录套筒内的压力；
[0018]步骤60，再次测量并记录封隔器上封头上端到密封筒上端的距离D'，计算锁紧机构的承载回弹距离d，其中d=D-N。
[0019]根据本发明的测试方法，套筒内的稳压压力反映了锁紧机构的性能，套筒内的稳压压力越大，则说明锁紧机构的性能越好。
[0020]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果:1、本发明由于采用了密封筒的设计，能有效密封封隔器本体与套筒之间的环空，从而有效模拟正常工作状态下的胶筒，因此能够在不使用胶筒情况下单独检测锁紧机构的回弹距离及防退承载能力，不仅大大提高封隔器的研发改进效率，而且可多次循环利用，极大地降低了试验成本。2、本发明采用压缩弹簧的恢复力模拟胶筒的回弹力，且弹簧材料及性能可根据封隔器胶筒的回弹力等各方面性能进行调节，检测锁紧机构卸载后的回弹距离。3、本发明在套筒上设置有打压嘴，通过环空打压可以实现对锁紧机构的防退承载能力的检测。4、本发明对封隔器锁紧机构的试验装置进行打压时，在封隔器本体上端设置有定位杆封头，可通过调节定位杆长度，对封隔器本体进行轴向限位。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
[0022]图1是根据本发明的封隔器锁紧机构的试验装置加载时的结构示意图；
[0023]图2是根据本发明的封隔器锁紧机构的试验装置打压时的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面对照附图并通过对实施例的描述来进一步详细地说明本发明。
[0025]图1显示了在加载时根据本发明的封隔器锁紧机构的试验装置100，其包括套筒
4、密封筒8、弹性件10和打压嘴11。其中，套筒4可模拟现场套管，其下端通过密封螺纹与套筒下封头14连接，用于打压时密封套筒4内部。封隔器6同轴地固定在套筒4内，且封隔器6外壁与套筒4内壁之间留有环空。封隔器6的锁紧机构7以能沿轴向滑动的方式设置于封隔器6外壁的环形凹槽中，且只能沿着封隔器6下行，不能上行。密封筒8以能沿轴向滑动的方式设置于锁紧机构7外侧的封隔器6外壁上，密封筒8的内壁具有与锁紧机构7相配合的锁槽，起到锁紧防退作用。密封筒8的内外壁上均设置有若干密封圈，以封隔套筒4与封隔器6之间的环空，可模拟坐封后正常工作的胶筒。当密封筒8内壁上的密封圈到达封隔器6外壁上的环形凹槽时，即密封失效。弹性件10安装在封隔器6外壁下部的凸台与密封筒8的下端之间，打压嘴11焊接于套筒4下部并与套筒4的内腔连通。
[0026]当对封隔器6的锁紧机构7进行加载时，在密封筒8上端设置一传压筒3，在传压筒3上端设置一传压板2,并在传压板2上安装一加载件1，加载件I通过传压板2及传压筒3对密封筒8进行加载，推动密封筒8下行压缩弹性件10，弹性件10压缩后的恢复力可模拟胶筒压缩后的回弹力，以检测封隔器6的锁紧机构7卸载后的回弹距离。
[0027]在一个优选的实施例中，封隔器6下端通过密封螺纹与封隔器下封头12连接，用于打压时密封封隔器6内部。同时封隔器下封头12底部与支撑筒13顶部固定连接，支撑筒13底部与套筒4固定连接，从而实现对封隔器6的轴向定位。
[0028]在一个优选的实施例中，套筒4可以为一个具有封闭底部的筒体，此时无需安装套筒下封头14。
[0029]在一个优选的实施例中，弹性件10为弹簧或胶筒。
[0030]在一个优选的实施例中，锁紧机构7为各种单向防退机构，如常见的锯齿卡簧，斜坡卡簧，直台阶卡簧等。
[0031]图2显示了在打压时根据本发明的封隔器锁紧机构的试验装置100。此时，可移去加载件1，卸除传压板2及传压筒3。同时，将打压嘴11连通试压泵进行环空打压，以检测锁紧机构7卸载后的防退承载能力。
[0032]在一个优选的实施例中，可以在封隔器6上端通过螺纹连接一封隔器上封头5，同时在套筒4上端通过不密封螺纹连接一螺杆封头15，螺杆封头15上螺纹连接一螺杆16，调节螺杆16的长度使其与封隔器上封头5接触，从而进一步对封隔器6实现轴向定位。
[0033]结合本发明上述实施例提供的封隔器锁紧机构的试验装置，本发明还提出了用于检测封隔器锁的紧机构性能的方法，其包括加载步骤10-20和打压步骤30-60:
[0034]101)连接加载件1，通过传压板2及传压筒3对密封筒8进行加载，推动密封筒8下行压缩弹性件10。在一个实施例中，测试在此过程中所施加的推动锁紧机构7下行所需的轴向力以测试，以检测封隔器的坐封力大小。
[0035]102)测量并记录传压板2上端到套筒4上端的距离L后，卸载，再次测量并记录传压板2上部到套筒4上部距离L'，即可计算出锁紧机构7卸载后的坐封回弹距离I=L-L'。坐封回弹距离I越小，则锁紧机构7的可靠性越强，坐封回弹距离I越大，则锁紧机构7的可靠性越差。
[0036]103)移去加载件1，卸除传压板2及传压筒3，将本体上封头5安装到封隔器本体6上端。
[0037]104)测量并记录封隔器上封头5上端到密封筒8上端的距离D后，在套筒4上端连接螺杆封头15，调节螺杆16使其接触封隔器上封头5，完成对封隔器6的轴向定位。
[0038]105)将打压嘴10连接电动试压泵，根据封隔器的锁紧机构的性能及试验要求进行注水打压、稳压，在稳压期间测量套筒4内的压力变化，验证锁紧机构7的防退承载能力，若螺杆封头15处有液体流出，说明承载失效。在本步骤中，在套筒4内的稳压压力越大，锁紧机构7受到的反向力越大，这反映了锁紧机构7的防退承载能力越强。另外，如果套筒4内的压力稳定不变，则证明该锁紧装置7的结构合理，性能可靠，如果压力出现下降或套筒4上端出现液体流出则证明该锁紧装置出现回退，锁紧机构失效。
[0039]106)拆卸螺杆封头15，再次测量并记录封隔器上封头5上端到密封筒8上端的距离D'，计算锁紧机构的承载回弹距离d，d=D-D'。承载回弹距离d反映了在实际使用中，封隔器的密封效果:承载回弹距离d越大，在实际中锁紧机构7的防退承载能力更差，封隔器的密封能力就更差，承载回弹距离d越小，在实际中锁紧机构7的防退承载能力更强，封隔器的密封能力越强。
[0040]以上所述具体的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，该试验装置包括， 底部封闭的套筒，其用于将待测量的封隔器固定地安装在所述套筒内，并在所述封隔器的本体与套筒之间形成环空，在所述封隔器本体上设置有锁紧机构， 安装于所述封隔器的锁紧机构下方的弹性件， 承靠在弹性件上的密封筒，所述密封筒的外壁与所述套筒的内壁密封式接合，而内壁能够与所述封隔器的锁紧机构相接合， 用于对所述密封筒施加载荷的加载机构，所述加载机构能推动所述密封筒压缩所述弹性件，以及 穿过所述套筒的外壁并与所述套筒的内腔连通的打压嘴，通过将所述打压嘴连通试压泵进行环空打压，以检测所述封隔器的锁紧机构的防退承载能力。
2.如权利要求1所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述加载机构包括加载件、传压板和传压筒，所述加载件通过所述传压板及传压筒对所述密封筒进行加载。
3.如权利要求1或2所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述封隔器通过定位机构固定在所述套筒内，所述定位机构包括固定于所述套筒底部的支撑筒，以及固定在所述支撑筒顶部的封隔器下封头，所述封隔器下封头通过密封螺纹与所述封隔器下端连接。
4.如权利要求3所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述定位机构还包括封隔器上封头和定位杆封头，所述封隔器上封头螺纹连接在所述封隔器上端；所述定位杆封头通过螺纹连接在所述套筒上端，所述定位杆封头螺纹连接于定位杆，所述定位杆与所述封隔器上封头接触，对所述封隔器实现轴向定位。
5.如权利要求1到4中任一项所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述套筒下端通过密封螺纹连接于套筒下封头而实现封闭。
6.如权利要求1到5中任一项所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述密封筒的内外壁上均设置有若干密封圈，以封隔所述套筒与封隔器之间的环空。
7.如权利要求1到6中任一项所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧或胶筒。
8.如权利要求1到7中任一项所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述锁紧机构采用单向防退机构。
9.如上述权利要求8所述的一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的试验装置，其特征在于，所述单向防退机构包括锯齿卡簧、斜坡卡簧和直台阶卡簧中的一种。
10.一种用于检测封隔器的锁紧机构性能的方法，包括如下步骤: 步骤10，连接加载件，通过传压板及传压筒对密封筒进行加载，推动密封筒下行压缩弹性件； 步骤20，测量并记录传压板上端到套筒上端的距离L后，卸载，再次测量并记录传压板上端到套筒上端的距离L'，计算出锁紧机构卸载后的坐封回弹距离1，其中I=L-L'； 步骤30，移去加载设备，卸除传压板及传压筒， 步骤40，测量并记录封隔器上封头上端到密封筒上端的距离D ； 步骤50，将打压嘴连接试压泵，进行注水打压、稳压，稳压期间测量套筒内的压力变化，验证锁紧机构的防退承载能力，若套筒上端有液体流出，说明承载失效，此时停止打压并记录套筒内的压力； 步骤60，再次测量并记录封隔器上封头上端到密封筒上端的距离D'，计算锁紧机构的承载回弹距离d，其中d=D-D'。
【文档编号】E21B47/117GK104165054SQ201310183631
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】吴晋霞, 朱和明, 姚辉前, 吴姬昊, 刘阳 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院