封隔器胶筒密封性能测试实验装置及其使用方法与流程

本发明涉及油气井开发井下工具密封，具体是关于一种封隔器胶筒密封性能测试实验装置及其使用方法。

背景技术：

1、能源是人类社会生存与发展的重要物质基础，对国计民生和国家战略竞争力至关重要。石油与天然气作为重要的化石能源，随着我国国民经济的持续稳定发展和人民生活水平的不断提高，其需求在一定时期内仍将稳定增长。我国油气资源勘探开发随着科技与社会进步，日益朝向高压、复杂、深层、非常规工况转变。然而，复杂工况对生产管柱产生的安全问题也日益增多，直接影响到了稳定高效的生产工作。

2、为了保护井下生产管柱，延长井筒使用寿命与实现分层开采，提高油气井的利用率，封隔器完井技术应运而生，完井阶段下入封隔器可在井筒内形成相互独立的油套管通道，封隔器中的橡胶胶筒密封件是决定封隔器密封性能的核心部件。封隔器类型依据其橡胶密封件分为自封式、压缩式、扩张式、组合式。其中以压缩式最为普遍，压缩式橡胶胶筒密封件在轴向载荷作用下，会逐渐膨胀产生轴向、径向变形，最终完全贴合套管壁，形成的有效密封面回封隔开油管与套管的环形空间，最终隔开了产层，保护了生产管柱。在井下工况环境日益复杂的今天，对封隔器橡胶胶筒密封件的密封性能及其可靠性提出了更高的要求。

3、现如今，我国针对封隔器胶筒的设计工作，主要借助于有限元数值模拟、前人经验公式、实验室台架模拟等方法。提供的实验测试方法无法针对复杂工况下胶筒大变形过程完成模拟，无法为胶筒的设计提供可靠的保障。因此，亟需通过研究封隔器胶筒材料在温度，压力、油品腐蚀等因素的情况下的密封性能变化并研制出匹配的密封性能测试实验装置，为直观、定性、定量测定胶筒密封材料的密封性能，并为封隔器胶筒失效机理及密封性能变化规律研究提供实验支撑。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的第一目的是提供一种封隔器胶筒密封性能测试实验装置，该装置可以模拟分封隔器坐封过程并模拟加载复杂工况下封隔器受到的可变载荷，简单高效地测试胶筒材料的密封性能并输出关键数据，为研制出有竞争力与适应复杂可变载荷下的封隔器胶筒提供理论指导与实验支撑。

2、本发明的第二目的是提供一种封隔器胶筒密封性能测试实验装置的使用方法。

3、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

4、本发明所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，包括：模拟封隔器装置；第一加压系统，通过第一加压管柱与所述模拟封隔器装置的第一端连接，用于对模拟封隔器装置加压，以使模拟封隔器装置起封隔作用；第二加压系统，通过第二加压管柱与所述模拟封隔器装置的第二端连接，用于对模拟封隔器装置加压，以检测模拟封隔器装置的密封性能；振动加载系统，连接在所述第一加压管柱上，用于对模拟封隔器装置加载振动，以模拟振动环境，为模拟封隔器装置输入可变载荷；监测系统，设置在所述模拟封隔器装置上，用于实时监测模拟封隔器装置内的压力和温度。

5、所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，优选地，所述模拟封隔器装置包括：筒、端盖、压盖、第一卡瓦、橡胶胶筒、第二卡瓦、隔片以及试压接头；若干个所述橡胶胶筒依次首尾连接，且相邻两个所述橡胶胶筒之间设置有隔片；首端的所述橡胶胶筒与所述第一卡瓦连接，尾端的所述橡胶胶筒与所述第二卡瓦连接；所述橡胶胶筒、所述第一卡瓦和所述第二卡瓦组成的整体设置于所述套筒内部；所述端盖设置于所述套筒的首端；所述第一加压管柱穿过所述套筒首端的端盖后与所述第一卡瓦连接，并通过压盖压紧，所述第二卡瓦与所述套筒的内壁连接，以使在通过第一加压系统加压时，所述橡胶胶筒膨胀开对套筒进行密封；所述套筒的后端设置有试压接头，所述试压接头与所述第二加压管柱连接。

6、所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，优选地，所述第一加压系统包括第一加压泵、第一连接管线和第一阀门；所述第一加压泵通过第一连接管线与所述第一加压管柱连接；所述第一阀门设置在所述第一连接管线上。

7、所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，优选地，所述第二加压系统包括第二加压泵、第二连接管线和第二阀门；所述第二加压泵通过所述第二连接管线与所述第二加压管柱连接；所述第二阀门设置于所述第二连接管线上。

8、所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，优选地，所述振动加载系统包括振动电机、连杆和加载机构；所述振动电机的输出轴与连杆的第一端连接，所述连杆的第二端与所述加载机构连接；所述加载机构与所述第一加压管柱的外壁卡接。

9、所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，优选地，所述监测系统包括压力传感器、温度传感器、压力表以及无纸记录仪；所述压力传感器和所述温度传感器分别设置在所述套筒的外壁上，用于检测橡胶胶筒给予套筒的压力和套筒的温度；所述压力表的检测端设置于套筒内部，用于检测套筒内部的压力；所述无纸记录仪分别与所述压力传感器和所述温度传感器通信连接。

10、所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，优选地，还包括装置固定架，所述装置固定架与所述模拟封隔器装置连接，用于对模拟封隔器装置进行安装和固定。

11、本发明所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置的使用方法，包括如下步骤：

12、实验开始前，使第一阀门和第二阀门关闭，试压接头连接稳定，确保压力传感器和温度传感器安装正确以及第一连接管线和第二连接管线稳定；

13、设置振动加载系统偏心距、调整振动电机角度、转速，以获得预定的振动信号，模拟可变载荷，开启压力传感器、温度传感器及无纸记录仪；

14、实验开始时，打开第一加压泵，模拟封隔器芯轴压力坐封，观察压力表读数，达到所需坐封压力，第一卡瓦和第二卡瓦锚定，关闭第一加压泵；

15、开启第二加压泵，使套管内压力逐渐增大，模拟井筒压力，测试橡胶胶筒耐压能力，实时监控井压并记录井压曲线；

16、开启振动加载系统开关，振动电机开始工作，通过连接杆和加载机构将振动信号传递给模拟封隔器装置，并工作一段时间，期间观察无纸记录仪上监测信息，并记录；

17、在测试期间观察并记录井筒压力曲线，当井筒压力发生下降，说明橡胶胶筒材料达到临界压力，停止加压，记录此时的井筒压力、橡胶胶筒最大接触压力、井筒温度；

18、关闭振动系统，关闭第二加压泵，待井筒压力缓慢下降至安全值，导出并保存监测曲线数据，关闭监测系统，解封，取出橡胶胶筒，完成实验。

19、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

20、本发明可以开展封隔器胶筒密封性能测试实验并可以实现模拟井筒承受的可变载荷特性，并具有安全、高效、易操作的特点；

21、本发明能够模拟井筒受到的可变载荷下的复杂工况，并且实时得到橡胶胶筒的接触压力、温度信息，并且拆装简单，多次进行更换橡胶胶筒实验，实验稳定可靠，其结果可为封隔器胶筒的设计选型提供参考依据。

技术特征：

1.一种封隔器胶筒密封性能测试实验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，其特征在于，所述模拟封隔器装置包括：套筒、端盖、压盖、第一卡瓦、橡胶胶筒、第二卡瓦、隔片以及试压接头；

3.根据权利要求2所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，其特征在于，所述第一加压系统包括第一加压泵、第一连接管线和第一阀门；

4.根据权利要求2所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，其特征在于，所述第二加压系统包括第二加压泵、第二连接管线和第二阀门；

5.根据权利要求1所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，其特征在于，所述振动加载系统包括振动电机、连杆和加载机构；

6.根据权利要求2所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，其特征在于，所述监测系统包括压力传感器、温度传感器、压力表以及无纸记录仪；

7.根据权利要求1所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置，其特征在于，还包括装置固定架，所述装置固定架与所述模拟封隔器装置连接，用于对模拟封隔器装置进行安装和固定。

8.一种基于权利要求2至7任一项所述的封隔器胶筒密封性能测试实验装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种封隔器胶筒密封性能测试实验装置及其使用方法，实验装置包括：模拟封隔器装置；第一加压系统，通过第一加压管柱与模拟封隔器装置的第一端连接，用于对模拟封隔器装置加压，以使模拟封隔器装置起封隔作用；第二加压系统，通过第二加压管柱与模拟封隔器装置的第二端连接，用于对模拟封隔器装置加压，以检测模拟封隔器装置的密封性能；振动加载系统，连接在第一加压管柱上，用于对模拟封隔器装置加载振动，以为模拟封隔器装置输入可变载荷；监测系统，设置在模拟封隔器装置上，用于实时监测模拟封隔器装置内的压力和温度。

技术研发人员：张兴全,马英文,殷志明,杨向前,闫新江,郭华,任美鹏,田得强,蔡文军,刘磊,武治强,毛良杰
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8