CN101025083A - 一种封隔器工作性能的实验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于油田的一种封隔器工作性能的实验方法及装置。它是通过对实验装置加压、稳压和卸压，测试封隔器零件表面特征点在外载作用下的应力、应变大小及分布规律，测试包括封隔器胶筒的接触应力、轴向位移。其实验方法是：通过电动试压泵对封隔器中心管按设定载荷步施加压力，坐封封隔器，保持压力稳定一段时间，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；最后卸掉封隔器上部环空压力，再缓慢卸中心管内压力，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。其实验装置是：封隔器中心管和实验套管上、下接头分别接电动试压泵；实验套管表面在测量零件范围内沿轴向呈螺旋型等距分布钻孔，在孔内安压力传感器。本发明结构简单、工作可靠，灵敏度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于油田的井下封隔器工作性能的实验方法及装置，属于石油勘探开发领域。
背景技术
随着国内许多油田先后进入开发中后期，油层含水量上升，层间矛盾加剧，堵水层与采油层之间的压差越来越大，开发的油井也越来越深，地质环境越来越差。面对复杂的工况条件和恶劣的自然环境，对封隔器性能要求更高、更可靠的密封性能、能耐高温高压，结构简单，使用灵活方便，使用寿命更长。因此，目前国内外对封隔器的研究主要集中在新产品研发和封隔器零部件的受力分析和仿真方面，与之相应的一些计算分析软件已开发成功，并逐步得到广泛应用。封隔器实验方面也主要是胶筒的耐温耐压以及胶筒对套管接触应力模拟试验研究。以上成熟的研究工作都是封隔器的局部零件的研究，与封隔器系统的工作行为研究还存在一定的差距。
目前，国内有专家已建立整个封隔器系统的工作行为仿真模型，通过仿真软件对封隔器在井下的工作状况进行计算机模拟，为进一步提高现有封隔器的综合性能、优化结构设计和研制新型井下封隔器提供了新的理论和方法，对分层采油、注水等技术的理论研究和现场实际应用都有重要的意义。但模型的建立、计算过程采用的算法以及软件的研制等是否正确，仿真计算结果是否与实际相符，必须通过试验或现场生产的数据来进行验证。因此，开展封隔器工作性能实验不但能验证目前封隔器系统工作行为仿真软件的正确性，也为我国封隔器新产品的开发提供了一个试验平台。
发明内容
本发明的目的是：通过对实验装置加压、稳压和卸压，测试封隔器零件表面特征点在外载作用下的应力、应变大小及分布规律，测试包括封隔器胶筒的接触应力、轴向位移等数据，提供一种封隔器工作性能的实验方法及装置。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种封隔器工作性能的实验方法，先是通过电动试压泵对封隔器中心管按设定载荷步施加压力，坐封封隔器，保持压力稳定0.5～5min，测试该过程中胶筒标面特征点的应力数据；然后保持中心管压力，以设定载荷步对封隔器下部环空加液压到最大值，保持压力稳定0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；保持中心管压力，卸掉封隔器下部环空压力，以设定载荷步对封隔器上部环空加液压到最大值，保持压力稳定0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；最后卸掉封隔器上部环空压力，再缓慢卸中心管内压力，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。通过对实验装置加压、保压、卸压，测试封隔器零件表面特征点在外载作用下的应力、应变值。
一种实施上述实验方法的实验装置，主要由实验套管、实验套管内的封隔器胶筒、封隔器胶筒中间的隔环、封隔器中心管、封隔器堵头、测量隔环轴向位移的电阻应变片、测量胶筒接触应力的压力传感器、加压装置及微机应力应变测试仪组成。其结构特征是：实验套管2由上至下在测量长度范围内沿轴向每隔5～50mm、周向每隔60°呈螺旋型钻孔，孔内安装压力传感器9，压力传感器的心轴由小孔穿入，心轴端面与套管内壁持平，共分布20～60个压力传感器。在安装实验套管2之前，在封隔器胶筒3中间隔环7上安装电阻应变片8，应变片引线从套管2孔中穿出，连接到测试仪5上。封隔器中心管6和实验套管2上、下加压口4分别接电动试压泵1后，将实验装置数据线连接到微机应力应变测试仪5上。
封隔器胶筒3在套管2内受压所形成的接触应力理论上呈轴对称分布的，故在轴向胶筒所在位置均匀安装6个传感器，沿套管圆周方向安装两组传感器，每组3个，以便测试时可以综合各传感器的测试数据，更准确真实的测出套管内壁上应力的大小以及分布情况。由于测试点较多，为方便测试时数据的记录，对其进行编号1-7、8-14、15-21、22-27、28-33、34-40，并与应力测试仪连接。压力传感器的心轴由小孔穿入，心轴端面与套管壁持平，当有套管在胶筒挤压下产生变形时，压力传感器可测得套管内表面上在轴向和周向两个方向上的应力。
本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：(1)突破了以往只实现封隔器零部件工作性能参数的测试，实现了封隔器系统工作性能参数的测试，可测试封隔器零件表面特征点在外载作用下的应力、应变大小及分布规律，测试数据包括封隔器胶筒的接触应力、轴向位移；(2)本发明实验成本较低，初期投资较小，工作频带较宽，灵敏度较高，结构简单，工作可靠，长期稳定性较好，使用寿命较长。
附图说明
图1为本发明提供的封隔器工作性能的实验装置结构示意图。图中：1、电动试压泵；2、实验套管；3、封隔器胶筒；4、加压口；5、微机应力应变测试仪；6、封隔器中心管；7、隔环；8、电阻应变片；9、压力传感器。10、封隔器堵头。
图2为本装置中实验套管压力传感器9安装孔布置展开图。
图3为压力传感器9横向布置示意图。
图4为压力传感器9纵向布置示意图。
图3、4中各标号表示传感器的序号。
具体实施方式
本发明为一种封隔器工作性能实验方法及装置。
按照图1所示，本实验装置中封隔器装在实验套管2里。实验套管2由上至下在测量长度范围内沿轴向每隔5～50mm、周向每隔60°呈螺旋型钻孔，共20～60个孔，如图2所示。孔内安装压力传感器9，压力传感器的心轴由小孔穿入，心轴端面与套管内壁持平，共分布20～60个压力传感器。为方便测试时数据的记录，对其进行编号后连接到测试仪5上，如图3、图4所示。在安装套管之前，在封隔器隔环7上安装好电阻应变片8，来测量胶筒3在胶筒座的作用下产生的位移，应变片8的引线从套管孔中穿出。封隔器中心管6和实验套管2上、下加压口4分别接电动试压泵1后，将实验装置数据线连接到微机应力应变测试仪和计算机，打开测试软件即可开始实验。
封隔器工作性能实验方法如下：以0.5～5MPa的压力为步长，由封隔器中心管加压口逐步加液压至最高压力，坐封封隔器，稳压0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；保持中心管压力，以0.5～5MPa的压力为步长，通过实验套管下部加压口对封隔器下部环空加液压至最高压力，稳压0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；保持中心管压力，通过实验套管下部加压口卸下压；以0.5～5MPa的压力为步长，通过实验套管上部加压口对封隔器上部环空加液压至最高压力，稳压0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；卸上压，再缓慢卸中心管压，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。
实施例：
1、实验封隔器：Y341-148型封隔器
2、实验套管制造：7in套管加工而成。实验套管长度1200mm，套管由上至下在长度400mm范围内沿轴向每隔10mm、周向每隔60°呈螺旋型钻一直径Ф10的孔，共40个孔。
3、在Y341-148型封隔器隔环上安装好位移传感器，封隔器下接堵头、上接油管挂，下入实验套管中，实验套管上下分别接套管接头。
4、安装压力传感器。压力传感器的心轴由实验套管小孔穿入，心轴端面与套管壁持平，共分布40个压力传感器。
5、封隔器中心管和实验套管上、下接头分别接电动试压泵。
6、以2MPa为步长，封隔器中心管逐步加液压至25MPa，坐封封隔器，稳压2min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。
7、保持中心管压力，以2MPa为步长，对封隔器下部环空加液压至25MPa，稳压2min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。
8、保持中心管压力，卸下压，以2MPa为步长，对封隔器上部环空加液压至25MPa，稳压2min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。
9、卸上压，再缓慢卸中心管压，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。
10、起出Y341-148型封隔器。
Claims (3)
1、一种封隔器工作性能的实验方法，其特征在于：通过电动试压泵对封隔器中心管按设定载荷步施加压力，坐封封隔器，保持压力稳定0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；然后保持中心管压力，以设定载荷步对封隔器下部环空加液压到最大值，保持压力稳定0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；保持中心管压力，卸掉封隔器下部环空压力，以设定载荷步对封隔器上部环空加液压到最大值，保持压力稳定0.5～5min，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据；最后卸掉封隔器上部环空压力，再缓慢卸中心管内压力，测试该过程中胶筒表面特征点的应力数据。
2、一种实施权利要求1所述实验方法的实验装置，主要是由实验套管、套管内的封隔器胶筒、胶筒中间的隔环、封隔器中心管、堵头、电阻应变片、压力传感器、加压装置及微机应力应变测试仪组成，其待征是：实验套管(2)由上至下在测量长度范围内沿轴向每隔5～50mm，周向每隔60°呈螺旋型钻孔，孔内安装压力传感器(9)，压力传感器的心轴由小孔穿入，心轴端面与套管内壁持平，共分布20～60个压力传感器；在安装实验套管(2)之前，在封隔器胶筒(3)中间隔环(7)上安装电阻应变片8，应变片引线从套管(2)孔中穿出，连接到测试仪(5)上；封隔器中心管(6)和实验套管(2)上、下加压口(4)分别接电动试压泵(1)后，将实验装置数据线连到微机应力应变测试仪(5)上。
3、根据权利要求2所述的实验装置，其特征是：实验套管(2)表面在测量零件范围内沿轴向呈螺旋型等距分布钻孔；为测试时数据的记录，对其进行编号：1-7、8-14、15-21、22-27、28-33、34-40；在孔内安装压力传感器，并与应力应变测试仪5连接。
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