[发明专利]高温高压容器中的三腔压力分隔装置

说明书

技术领域

本发明涉及油田模拟井射孔试验中在密封体内建立三腔压力(井筒压力、井筒围压和孔隙压力)的装置，具体地指一种高温高压容器中的三腔压力分隔装置。

背景技术

在石油开采行业中，射孔器材的改进和射孔工艺的改善对提高油田采收率、稳定油田产能具有重要意义。为了能够在地面对射孔器材和射孔工艺的射孔效能进行评价，科研人员需要建立一套油田模拟井射孔的试验装置。

目前，国内外大多数石油公司及其研究机构在地面进行模拟井射孔效能试验时，其试验装置基本上是按照美国石油行业协会标准API RP19b中推荐的做法构建，能够完成以下四种试验中的一种或几种：(1)多发弹、常温和大气压力测试条件下，用混凝土靶评价射孔系统。(2)单发弹、室温和井筒压力(P≤21MPa)测试条件下，用贝雷砂岩靶评价射孔系统。(3)多发弹、高温和大气压力测试条件下，用钢靶评价射孔系统。(4)单发弹、室温和三腔压力(井筒压力约31.5MPa、井筒围压约10.5MPa、孔隙压力约7MPa)测试条件下，评价贝雷砂岩靶射孔孔眼的流动特性。

上述试验评价射孔系统都是近似模拟，试验装置也都比较容易构建。但它们各自存在如下不足之处：试验(1)～(3)仅能从穿透深度、孔眼直径和毛刺高度等方面对射孔系统的射孔效能进行简单评价，与地层结构的真实状态相差太远。试验(4)除了可以评价穿透深度、孔眼直径和毛刺高度外，还可以对射孔前后贝雷砂岩靶的流动性进行测试和计量，这样能够更加直观地对射孔效能进行评价，但因其是在单发弹、室温、三腔压力值又不高的情况下试验，所以也很难真实模拟地层结构。

能否逼真模拟地层结构状况的关键在于试验密封容器内三腔压力(井筒压力、井筒围压和孔隙压力)的建立。在实际油井的地层结构中，随着钻井深度的不断增加，井下的温度和压力也不断升高。在井深8～9km甚至10km时，压力可能高达120MPa，温度可能高达200℃。在这样的高温高压条件下，要建立试验密封容器中的三腔压力不仅十分困难，而且孔隙压力和井筒围压之间也难以传递。即使建立了三腔压力，其中起腔室分隔作用的橡胶套密封组件也非常容易在高温高压的恶劣环境下损坏，导致试验无法继续进行，从而无法满足石油开采行业对改善射孔效能的要求。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有模拟井射孔效能试验装置所存在的缺陷，提供一种高温高压容器中的三腔压力分隔装置。该装置结构简单实用、耐高温高压性能好、工作寿命长，不仅能够模拟真实地层结构建立起稳定的井筒压力、井筒围压和孔隙压力，而且能够实现井筒围压和孔隙压力之间的有效传递。

为实现上述目的，本发明所设计的用于在地面上模拟油田射孔试验的高温高压容器中的三腔压力分隔装置，具有设置在高温高压容器内的压力分隔体，所述压力分隔体自上而下依次包括中间隔离环、钢套、连接法兰和连接座，所述中间隔离环的下端通过第一螺栓组件与钢套的上端相连，所述钢套的下端通过第二螺栓组件与连接法兰的上端相连，所述连接法兰的下端通过螺纹与连接座的上端相连。

所述中间隔离环内设有与其螺纹连接的密封内环，所述中间隔离环的外壁与高温高压容器的内壁之间设置有第一密封圈组件，所述中间隔离环的内壁与密封内环的外壁之间设置有第二密封圈组件，从而在中间隔离环和密封内环与高温高压容器的顶部密封头之间形成模拟的井筒压力空间。

所述钢套的套壁上分布有通气孔，所述钢套内衬有橡胶套，所述橡胶套的内部紧邻密封内环的下端面依次设置有水泥靶、砂岩靶和过滤器，所述橡胶套的上端翻边被压紧在中间隔离环的下端与钢套的上端之间，所述橡胶套的下端翻边被压紧在钢套的下端与连接法兰的上端之间。

所述连接法兰的下端与连接座的上端螺纹连接处设置有第三密封圈组件，所述连接座的下端轴部与高温高压容器的底部密封头插入孔之间设置有第四密封圈组件，从而在橡胶套、连接法兰和连接座与高温高压容器的筒壁之间形成模拟的井筒围压空间，在橡胶套内部、连接法兰的中孔和连接座的中空区域形成模拟的孔隙压力空间。

进一步地，所述橡胶套的外壁与钢套之间留有缝隙δ₁＝0.3～0.8mm，所述橡胶套的内壁与砂岩靶之间留有缝隙δ₂＝0.5～2.0mm。这样，橡胶套内外均留有一定的退让余地，便于实现井筒围压和孔隙压力之间的有效传递，提高模拟地层结构的真实性。