[发明专利]一种机械加载式封隔器胶筒模拟加载密封实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种机械加载式封隔器胶筒模拟加载密封实验装置及方法，加载系统包括底座、支撑元件、驱动机构，加压系统包括中心管、套管，所述底座上表面中心设置有承压台，所述支撑元件下端固定在承压台中心，所述胶筒总成套装在支撑元件外部，且胶筒总成底端面压在承压台上，所述套管将胶筒总成、承压台容纳进自身内腔，套管底端固定在底座上，所述中心管下端面进入套管内压在胶筒总成上；加热系统设置在套管外围。可以测量胶筒在不同工况下接触应力分布，以及胶筒的密封性能测试。解决已有封隔器胶筒试验装置施加载荷不精确，只能测量接触压力的问题。

技术领域

本发明涉及石油行业井下工具模拟实验装置，具体地说是一种机械加载式封隔器胶筒模拟加载密封实验装置及方法。

背景技术

随着油田开发向中后期发展，石油、天然气钻探和开采难度不断加大，油气水井的油层特性及井下工况更加复杂，对封隔器工作性能提出了更高的要求。

封隔器作为油气开采必不可少的井下工具，其关键元件是具有超弹性和密封能力的胶筒，它是起密封承载的唯一组件，并广泛应用到完井、注水、卡堵水、酸化、压裂、防砂、机械采油、气举等采油工艺。油田目前常用的封隔器主要有套管外封隔器、压缩式封隔器、水力扩张式封隔器三种。套管外封隔器是安置在井下套管和裸眼地层井壁之间。压缩式封隔器是指压缩式胶筒通过管柱压重或水力载荷，使得承受轴向载荷产生径向变形，胶筒和套管内壁接触，将套管和油管之间的环空间隙封堵，从而实现采油工艺堵封的要求，这种接触密封质量的优劣，关键在于套管内壁与胶筒之间接触压力的大小。水利扩张式封隔器是依靠胶筒向外扩张来封隔油套环形空间。因而，封隔器工作性能的表现将直接影响着石油开采成本和企业的经济效益。

国内外学者高度重视封隔器失效问题的研究开发工作，但因密封胶筒属于复合非线性材料，橡胶材料在受力变形的过程中，其内部应力亦是呈高度非线性，在橡胶材料受压过程中，橡胶本身的力学性能都在发生变化，导致橡胶的性能参数不能像金属材料那样通过国家标准直接查询得到。胶筒受挤压时产生较大变形形成密封，其理论分析较难，目前研究中的理论公式只用于定性分析，不能精确描述橡胶压缩过程中的复杂力学行为。密封胶筒的研究主要集中在封隔器的井下工作性能分析和室内试验方面，如胶筒的耐温、耐压以及胶筒对套管接触应力模拟试验研究等。封隔器在井下高温、高压工况下，胶筒的耐高温力学性能显得尤为重要，因此模拟井下工具工作行为，进行高温、高压下不同温度，不同压力封隔器所承载的受力情况的实验研究，对井下工具的开发研究具有重要意义。另外，通过高温、高压工况的物理模拟实验可获取现场试验无法取得的中间试验数据，可大幅度的缩短科研周期，有效克服未经任何中间试验把新产品、新工艺投入现场使用的弊端。

申请号：201510365943.9涉及一种封隔器胶筒密封性能测试装置，包括实验箱，容纳于实验箱内的实验钻杆，以及连通到实验箱内的第一控压组件；其中，封隔器胶筒能以套接在实验钻杆外的方式容纳在实验箱内，封隔器胶筒能径向收缩并坐封在实验钻杆上，在封隔器胶筒的一侧形成与封隔器胶筒和实验钻杆的接触处相连的第一施压腔，第一控压组件连通到第一施压腔内，通过第一控压组件向第一施压腔内灌注流体而挤压封隔器胶筒和实验钻杆的接触处，以测试封隔器胶筒的密封性能。通过上述装置能够有效测得收缩式封隔器胶筒的密封性能。

申请号：201721091409.4公开了一种耐高温自密封式封隔器胶筒实验工具，包括试压筒体和设置于所述试压筒体内部的胶筒组件及锁紧机构；所述锁紧机构包括通过外螺纹与所述试压筒体内壁连接的锁环，和设置在所述锁环下方的芯轴，所述芯轴上端设置有与所述锁环相配合的螺杆；所述胶筒组件设置在所述芯轴的外部，包括分别与所述芯轴外壁和所述试压筒体内壁密封的胶筒，所述胶筒的下部设置有对所述胶筒起支撑密封作用的压环，所述压环的下部与所述芯轴固定连接。本发明本发明能够解决自密封胶筒耐高温密封性能试验，解决试验后由于胶筒变形严重无法取出等问题，提高了工作可靠性，提高了工作效率。