[发明专利]一种油气井封隔器密封性能参数的测试装置及方法

说明书

一种油气井封隔器密封性能参数测试装置及方法，其特征在于，装置主要包括：腔体、封隔器胶筒、高精度应变计、支撑环、可溶销钉、内螺纹、盲孔、下防突环、下棘齿、上棘齿、中心管、卡槽、螺栓、外螺纹、承压腔室、有效接触长度，其中，可溶销钉能实现可控溶解，解除支撑环对下防突环的轴向定位，实现压缩封隔器胶筒回弹及其自动解封；基于该装置及方法可有效模拟封隔器胶筒的坐封过程，并开展封隔器胶筒坐封力学行为及密封性能参数的准确测试，得到不同轴向压缩距下，封隔器胶筒与模拟套管内壁之间的接触应力及分布、有效接触长度、封隔压力、密封能及其变化规律，为深井、超深井及大规模压裂的页岩气井的封隔器密封性能研究提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及油气井钻采工程技术领域，具体是一种油气井封隔器密封性能参数的测试装置及方法。

技术背景

封隔器是一种油田井下的密封工具，通过密封油管与套管之间环空进而起到封隔上下流体的作用。封隔器的核心部件是胶筒，胶筒的密封性能直接影响封隔器井下工作的可靠性和完井质量，因此，确保封隔器安全有效的工作是保证油气井安全、高效开发的关键。在油气井勘探开发过程中，封隔器密封失效的问题普遍存在，尤其在深井、超深井及大规模压裂的页岩气井中。因此，如何评判及预测封隔器在井下的密封性能并有效避免封隔器的失效显得尤为重要，也一直是油气井完井领域亟待解决的科学问题。

为了防止封隔器胶筒密封失效，就需要深入研究影响封隔器胶筒密封性能的主要因素。目前，国内外大部分学者开展了针对封隔器密封失效的理论研究，并采用封隔器胶筒-套管间接触应力来表征封隔器胶筒密封性能。然而，部分学者认为，封隔器胶筒密封性能不仅与接触应力有关，还与有效接触长度、密封能和封隔压力等因素有关。针对上述影响因素，还没有形成专门的封隔器密封性能测试及表征方法，也缺乏专门的封隔器密封性能参数测试装置，尤其针对封隔器胶筒密封能的测试装置及表征方法。由此可知，目前国内外专家学者针对封隔器密封性能参数的研究主要停留在理论上，且存在一些争议，亟待实验验证和完善。

目前，国内外还没有既能模拟封隔器胶筒坐封过程，又能系统测试并表征封隔器密封性能参数的装置及方法。为了确定油气井封隔器可承受封隔压力的临界值，并避免其在全生命周期中出现密封失效的问题，本发明提出了一种既可以模拟封隔器胶筒的坐封过程，又能准确测试封隔器密封性能参数的装置及方法，通过测试封隔器胶筒与模拟套管内壁/腔体内壁之间的接触应力及分布、有效接触长度、封隔压力等影响因素，得出各种因素之间的数学关系，利用数学方法找出各个参数之间的变化规律，预测封隔器胶筒密封性能，实现对封隔器胶筒密封性能的系统评价，为深井、超深井及大规模压裂的页岩气井全生命周期的封隔器密封性能研究提供理论支撑和技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提出一种油气井封隔器密封性能参数的测试装置及方法，以解决实际油气开采过程中出现封隔器密封失效的问题，尤其针对深井、超深井及大规模压裂的页岩气井。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种油气井封隔器密封性能参数测试装置，其特征在于，主要包括：钢套、上防突环、腔体、封隔器胶筒、高精度应变计、支撑环、可溶销钉、第一管线及阀门、内螺纹、台架、盲孔、下防突环、第二管线及阀门、压力表、下棘齿、上棘齿、中心管、卡槽、螺栓、外螺纹、承压腔室、有效接触长度，其中，钢套内壁有上棘齿，在压力试验机作用下，通过上防突环挤压封隔器胶筒实现坐封；通过螺栓固定在台架上的腔体由带内螺纹的盲孔、高精度应变计、压力表和第二管线及阀门组成；中心管由下棘齿、定位孔和外螺纹组成；通过外螺纹与内螺纹的连接可实现中心管在盲孔内的轴向定位和径向定位；支撑环上具有与可溶销钉及卡槽匹配的孔眼，通过可溶销钉固定支撑环于卡槽上可实现下防突环在中心管上的轴向定位；通过下棘齿与上棘齿之间的咬合可实现钢套在中心管上的轴向自锁；承压腔室为封隔器胶筒与腔体内壁接触后形成的密闭空间；封隔器胶筒与腔体内壁接触后，接触应力大于零的轴向距离为有效接触长度；第一管线及阀门用于控制向承压腔室内泵注可溶液体，用于溶解可溶销钉并实现封隔器胶筒的自动解封；第二管线及阀门用于控制向承压腔室内泵注高压流体，压力表用于显示泵注流体的压力；高精度应变计用于测量坐封过程中封隔器胶筒与腔体之间的接触应力及其分布。