CN103728181A - 一种封堵球抗压实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封堵球抗压实验装置，该装置包括抗压筒、入口封堵、出口封堵和压力泵，其中：所述入口封堵和所述出口封堵分别封装在所述抗压筒的两个筒口处，形成抗压腔，所述抗压腔内放置有封堵球；所述压力泵通过管路连接所述入口封堵，所述入口封堵上设置有注液孔，所述注液孔分别与所述管路和所述抗压腔相通，用于向所述注液孔内注入液体而增压。该装置填补了封堵球抗压实验的空白，将封堵球置于抗压腔中，通过压力泵加压至预设压力值后，由压力泵泄压，拆除入口封堵观察封堵球的变形状态，重复多次上述操作，即可实现测知封堵球的抗压能力的目的。

Description

一种封堵球抗压实验装置

技术领域

本发明涉及采油采气技术领域，尤其涉及一种采油采气设备中的封堵球的抗压实验装置。

背景技术

在采油采气领域中，压裂是指在采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。油气层压裂工艺过程用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油气层，当把油气层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，提高油气层的渗透能力，以增加油气产量。

我国有很多多层油气田，通常要进行分层压裂。另外，在油田开发层系划分中，有的虽同属一个开发层系，但油层非均质特性强，存在层内分层现象，这通常要进行选择性压裂。目前的选择性压裂方法，通常有封隔器分层压裂、限流法分层压裂和封堵球选择压裂等。

封堵球选择压裂法是指，将井内欲压层段一次射开，首先压开低破裂压力层段后加砂，然后注入带封堵球的顶替液暂堵该层段；再提高泵压压开具有稍高破裂压力的地层，根据需要注入顶替液后结束施工或者继续注入带封堵球的顶替液暂堵该层段一边压裂另外层段，从而改善产油气剖面。

在封堵球选择压裂的施工中，封堵球抗压能力等物理性质在压裂过程中起着至关重要的作用，一旦使用了抗压能力不够的封堵球，势必会降低成采油采气的效率。基于此，本发明提供了一种能够检测封堵球抗压能力的实验装置，以满足对油气井进行压裂施工前首先对封堵球进行质量检验的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种封堵球抗压实验装置，以实现在封堵球选择压裂的施工中，对于封堵球的抗压能力进行实验，确保所使用的封堵球符合封堵球选择压裂法的抗压要求。

基于上述目的，本发明提供了一种封堵球抗压实验装置，该装置包括抗压筒、入口封堵、出口封堵和压力泵，其中：

所述入口封堵和所述出口封堵分别封装在所述抗压筒的两个筒口处，形成抗压腔，所述抗压腔内放置有封堵球；

所述压力泵通过管路连接所述入口封堵，所述入口封堵上设置有注液孔，所述注液孔分别与所述管路和所述抗压腔相通，用于向所述注液孔内注入液体而增压。

优选的，该装置还包括泄压阀和压力计，其中：

所述泄压阀和所述压力计通过多通管分别连接在所述管路上，所述泄压阀用于排除所述抗压腔内的气体，所述压力计用于即时监测所述管路内的液压值。

优选的，所述入口封堵和所述出口封堵分别设置为，沿其轴向依次具有螺纹部和连接部，其中：

所述螺纹部螺接在所述抗压筒的筒口内壁上，所述连接部向所述抗压腔外延伸，且所述连接部直径小于所述螺纹部直径；

所述管路套装在所述入口封堵的所述连接部上，所述注液孔贯穿所述入口封堵的所述螺纹部和所述连接部。

优选的，该装置还包括两个第一压帽，所述两个第一压帽分别盖装在所述抗压筒的两个筒口上；

所述第一压帽上设置有与所述抗压腔同轴心的通孔，所述通孔直径小于所述螺纹部直径；

所述连接部穿过所述通孔。

优选的，所述两个第一压帽分别螺接在所述抗压筒的两个筒口外壁上。

优选的，所述出口封堵具有出液孔，所述出液孔贯穿所述出口封堵的所述螺纹部和所述连接部，所述出液孔的孔径小于所述封堵球的半径；

所述出液孔内设置有柱塞。

优选的，所述出口封堵具有泄压孔，所述泄压孔贯穿所述出口封堵的所述螺纹部和所述连接部，所述泄压孔的孔径大于所述封堵球半径，且小于所述封堵球的直径；

所述泄压孔的孔口处封装有泄压封堵，所述泄压封堵具有出液孔，所述出液孔的孔径小于所述封堵球的半径；

所述出液孔内设置有柱塞。

优选的，所述出口封堵的所述连接部上盖装有第二压帽，所述第二压帽上设置有与所述泄压孔同轴心的定位孔；

所述泄压封堵设置为沿其轴向依次具有主体部和凸出部，所述主体部外径大于所述定位孔的孔径，用于螺接在所述泄压孔内，所述凸出部外径小于所述主体部外径，所述凸出部穿过所述定位孔；

所述出液孔贯穿所述主体部和所述凸出部。

优选的，该装置还包括底座，所述底座为凹形框架结构，所述抗压筒悬置于凹形区域内，其中：

所述抗压筒外壁上固接有两个相对称排布的横轴，所述横轴垂直于所述抗压筒的轴向，且所述横轴通过轴承安装在所述底座上，使所述抗压筒能够绕所述横轴轴心线翻转；

在所述横轴和所述底座之间设置有插销组件，用于所述抗压筒翻转后的定位。

优选的，所述底座安装有底轮和刹车，用于所述实验装置的移动和固定。

综上所述，本发明提供了一种专用于封堵球抗压实验的装置，该装置填补了封堵球抗压实验的空白，该实验装置，将封堵球置于抗压腔中，通过压力泵加压至预设压力值后，由压力泵泄压，拆除入口封堵观察封堵球的变形状态，重复多次上述操作，即可实现测知封堵球的抗压能力的目的。进而实现了对于封堵球抗压能力的把握。

进一步的，本发明提供的封堵球抗压实验装置，设置有泄压阀和压力计，通过压力计能够准确调整所施加的压力值，提高实验的准确度，且在施压到一定程度后，通过泄压阀可排除抗压腔内的气体，防止气液混合影响压力值的计算，进一步提高了实验的准确度。

更进一步的，本发明提供的封堵球抗压实验装置，可实现封堵球的耐压和击毁两种实验目的。当所述出口封堵的出液孔设置为较小时，即小于封堵球的球半径时，可提供完全封闭的抗压腔，保证施压的准确性，配合周期性的泄压后观察封堵球的变形状态，可测知令其变形的压力值，适用于耐压实验；当所述出口封堵的出液孔设置为较大时，即大于封堵球的球半径且小于球直径时，可将击毁后的封堵球碎块通过出液孔射出，可测知令其压碎的压力值，适用于击毁实验。

以及进一步的，本发明提供的封堵球抗压实验装置，针对该实验高危险性的特点，特殊设置了具有凹形区域的底座，耐压筒在凹形区域内可翻转，进而可翻转至，令注液孔朝上，出液孔朝下，使出液孔排除高压液体以及射出封堵球碎块时冲向地面，防止喷出物伤人或者损伤其它设备。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例二的结构示意图；

图3是本发明实施例三的结构示意图；

图4是本发明实施例四的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

参见图1，该实施例公开了一种封堵球抗压实验装置，该装置包括抗压筒100、入口封堵200、出口封堵300和压力泵400。

所述入口封堵200和所述出口封堵300分别封装在所述抗压筒100的两个筒口处，形成抗压腔110，所述抗压腔110内放置有封堵球，所述抗压腔110为筒形腔体，便于所述封堵球的放入和取出操作。

所述压力泵400通过管路410连接所述入口封堵200，所述入口封堵200上设置有注液孔210，所述注液孔210分别与所述管路410和所述抗压腔110相通，用于向所述注液孔210内注入液体而增压。

进行实验时，先安装出口封堵300，将封堵球放入抗压腔110中，安装入口封堵200。通过压力泵400注入液体增加抗压腔110的压力，当增加至预设的压力值后停止增压，保持该压力值一段时间后，由压力泵400抽除部分液体进行减压，降至与大气压相当时，打开入口封堵200或者出口封堵300，观察该压力值是否令封堵球发生形变。

实施例二

参见图2，该实施例提供了一种封堵球抗压实验装置，该实施例的实验装置是在实施例一的基础上的进一步改进，实施例一公开的技术方案也属于该实施例，实施例一已经公开的技术方案不再重复描述。

具体而言，该实施例的封堵球抗压实验装置，在实施例一的技术方案的基础上，增加了泄压阀420和压力计430，所述泄压阀420和所述压力计430通过多通管440分别连接在所述管路410上，例如图中所示，采用四通管连接在所述管路410中。

在实施例一所述的实验过程中，当压力泵400注入液体至抗压腔110内具有高于外界大气压的压力时，暂停增压同时开启泄压阀420，将抗压腔110内的气体排除，以防止抗压腔110内的气体影响到压力值的控制，进而提高实验的准确度。

在实施例中，通过压力计430即时监测所述管路410内的液压，该液压制等同于所述抗压腔110内的液压值，可准确控制压力泵400的增压准确性，以及可即时精度调整和记录抗压腔110内的液压值，进一步提高了实验的准确度。

实施例三

参见图3，该实施例提供了一种封堵球抗压实验装置，该实施例是在实施例二的基础上的进一步改进，实施例二公开的技术方案也属于该实施例，实施例二已经公开的技术方案不再重复描述。

具体而言，该实施例的封堵球抗压实验装置，优选适用于耐压实验。

参见图3，为更清楚的显示各部件连接关系，该图中未显示压力泵、压力计和泄压阀等结构，未显示的部件与实施例二相同。

该实施例中，优选的，所述入口封堵200和所述出口封堵300分别通过螺纹连接的方式，安装在所述抗压筒100的筒口内壁上，以实现便于拆装，以及实现提高连接强度，满足高压的抗压腔110对于连接强度的要求。

为了进一步提高抗压腔110的强度，该装置还包括两个第一压帽500，所述两个第一压帽500分别盖装在所述抗压筒100的两个筒口上，用于进一步固定所述入口封堵200和所述出口封堵300，具体的：

所述入口封堵200和所述出口封堵300分别设置为，沿其轴向依次具有螺纹部220和连接部230。所述螺纹部220具有外螺纹，所述抗压筒100的筒口具有内螺纹，所述螺纹部220螺接在所述抗压筒100的筒口内壁上。所述连接部230向所述抗压腔110外延伸，且所述连接部230直径小于所述螺纹部220直径。所述管路套装在所述入口封堵200的所述连接部230上，所述注液孔210贯穿所述入口封堵200的所述螺纹部220和所述连接部230。所述第一压帽500上设置有与所述抗压腔110同轴心的通孔，所述通孔直径小于所述螺纹部220直径，所述连接部230穿过所述通孔。

为在保证连接强度的基础上，便于拆装，所述两个第一压帽500分别螺接在所述抗压筒100的两个筒口外壁上。即在两个第一压帽500上分别设置有内螺纹，在所述抗压筒100的筒口分别设置有与所述内螺纹相适配的外螺纹。

在该实施例中，进一步优选的，所述出口封堵300具有出液孔310，所述出液孔310贯穿所述出口封堵300的所述螺纹部220和所述连接部230，所述出液孔310的孔径小于所述封堵球900的半径，所述出液孔310用于排除液体和泄压；所述出液孔310内设置有柱塞320，拔出柱塞320后，可实现，在不拆除所述入口封堵200或者所述出口封堵300的前提下，进行排液和泄压，进而提高了实验效率。所述出液孔310的孔径越大，密封难度越大，即所述抗压腔110的耐压效果越差，因此设置为孔径小于封堵球900的球半径，并在能够确保正常排液泄压的基础上，孔径尽可能小，以适用于封堵球900耐压实验。

所述柱塞320例如可以是膨头螺栓，其膨头栓帽位于所述出液孔310外，其栓柱螺接在所述出液孔310内，采用该标准件，即降低了实验装置的成本，又提高了拆装柱塞320的便利性。

另，针对该实验高压危险的特点，优选的，该装置还包括底座600。所述底座600为凹形框架结构，所述抗压筒100可翻转的悬置于凹形区域内，以实现，令出液孔310朝下，防止射出物伤人或者损毁其他设备。即，在所述抗压筒100外壁上固接有两个相对称排布的横轴610，所述横轴610垂直于所述抗压筒100的轴向，且所述横轴610通过轴承安装在所述底座600上，使所述抗压筒100能够绕所述横轴610轴心线翻转。在所述横轴610和所述底座600之间设置有插销组件620，当所述抗压筒100翻转后，通过该插销组件620对其进行定位。所述底座600安装有底轮630和刹车640，用于所述实验装置的移动和固定。

所述底座600例如可以设置为，底部为水平的矩形框，矩形框的底部具有四个底轮630，所述四个底轮630上分别设置有刹车640。在所述矩形框的两侧设置有三角形框，三角形框垂直于矩形框。所述横轴610通过轴承安装在所述两个三角形框上。

在进行耐压实验时：

1、将该装置移动至实验区，通过刹车640固定。

2、翻转抗压筒100，令入口封堵200朝上，出口封堵300朝下，通过插销组件620固定该状态，拆除入口封堵200和该侧的第一压帽500，将实验用封堵球900装入抗压腔110中。

3、装配好入口封堵200和第一压帽500，连接压力泵400、泄压阀420和压力计430。

4、注入高压液体，待起压后打开泄压阀420排除上部的空气，关闭泄压阀420。

5、继续加压到50MPa，保持压力。

6、每间隔10分钟观察封堵球900的形变及其它情况。

每次观察形变时：需先拆除柱塞320，朝下排除抗压腔110内的液体，卸去压力，拆除出口封堵300，取出封堵球900。观察后再装入抗压腔110，重复2～4步骤。

7、实验结束，打开泄压阀420，卸去压力，取出封堵球900，将抗压筒100和底座600等擦拭干净，以备下次实验。

实施例四

参见图4，该实施例提供了一种封堵球抗压实验装置，该实施例是在实施例三的基础上的进一步改进，实施例三公开的技术方案也属于该实施例，实施例三已经公开的技术方案不再重复描述。

具体而言，该实施例的封堵球抗压实验装置，是将实施例三的技术方案进行改进后，适用于击毁实验。

参见图4，为更清楚的显示各部件连接关系，该图中未显示压力泵、压力计和泄压阀等结构，未显示的部件与实施例二相同。

该实施例中，优选的，所述出口封堵300具有泄压孔330，所述泄压孔330贯穿所述出口封堵300的所述螺纹部220和所述连接部230，所述泄压孔330的孔径大于所述封堵球900半径，且小于所述封堵球900的直径。例如所述封堵球900的球径为76mm，球径即为球的直径，则所述抗压腔110的腔径（即内腔直径）为80mm，所述泄压孔330的孔径（即孔直径）为73mm。在所述封堵球900破碎后，所述泄压孔330用于排出封堵球900碎块。所述抗压腔110和所述泄压孔330使得腔体整体上呈现变径状态，以适用于击毁实验。

所述泄压孔330的孔口处封装有泄压封堵700，用于封住所述泄压孔330。

所述泄压封堵700具有出液孔310，所述出液孔310的孔径小于所述封堵球900的半径，用于排除液体和泄压。

所述出液孔310内设置有柱塞320。所述柱塞320例如可以是膨头螺栓，其膨头栓帽位于所述出液孔310外，其栓柱螺接在所述出液孔310内，采用该标准件，即降低了实验装置的成本，又提高了拆装柱塞320的便利性。

所述出口封堵300的所述连接部230上盖装有第二压帽800，与实施例三中的所述第一压帽500所起的作用相同，所述第二压帽800用于进一步确保所述泄压封堵700与所述出口封堵300连接的牢固性。具体的，所述第二压帽800上设置有与所述泄压孔330同轴心的定位孔。为了提高所述泄压封堵700拆装的便利性，所述泄压封堵700沿其轴向依次具有的主体部710和凸出部720，所述主体部710外径大于所述定位孔的孔径，所述主体部710设置有外螺纹，用于螺接在所述出口封堵300的泄压孔330内，所述凸出部720直径小于所述主体部710的直径，所述凸出部720伸出所述第二压帽800的定位孔，用于实现对于所述泄压封堵700的固定。

所述出液孔310贯穿所述主体部710和所述凸出部720。

在进行击毁实验时：

1、将该装置移动至实验区，通过刹车640固定。

2、翻转抗压筒100，令入口封堵200朝上，出口封堵300朝下，通过插销组件620固定该状态，拆除入口封堵200和该侧的第一压帽500，将实验用封堵球900装入抗压腔110中。

3、装配好入口封堵200和第一压帽500，连接压力泵400、泄压阀420和压力计430。

4、注入高压液体，待起压后打开泄压阀420排除上部的空气，关闭泄压阀420，随着压力增大，以及在封堵球900的重力作用下，封堵球900位于泄压孔330的孔口上。

5、在压力升高到10MPa左右时，打开朝下的柱塞320，释放封堵球900下部的、位于泄压孔330内的液体。注意观察封堵球900上部的、抗压腔110内的压力变化，如果压力稳定不变，说明封堵球900在变径处、即在泄压孔330朝上的孔口处封堵住。

6、此时可拆下第二压帽800，继续加压，可从泄压孔330朝下的孔口处直接观察，封堵球900在压力作用下的形变情况。

7、采用高压泵从注液口加注液体至一定的压力，保持10min，观察封堵球900形变，继续加压，直到封堵球900击毁（如果实验达到50MPa仍未击毁，则停止实验），记录击毁压力。

注：从泄压孔330朝下的孔口处观察封堵球900形变时应注意，防止在压力作用下，封堵球900被击毁，从泄压孔330朝下的孔口处射出伤人。

8、实验结束，打开泄压阀420，卸去压力，取出封堵球900，将抗压筒100和底座600等擦拭干净，以备下次实验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种封堵球抗压实验装置，其特征在于，该装置包括抗压筒、入口封堵、出口封堵和压力泵，其中：

所述入口封堵和所述出口封堵分别封装在所述抗压筒的两个筒口处，形成抗压腔，所述抗压腔内放置有封堵球；

所述压力泵通过管路连接所述入口封堵，所述入口封堵上设置有注液孔，所述注液孔分别与所述管路和所述抗压腔相通，用于向所述注液孔内注入液体而增压。

2.根据权利要求1所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，该装置还包括泄压阀和压力计，其中：

所述泄压阀和所述压力计通过多通管分别连接在所述管路上，所述泄压阀用于排除所述抗压腔内的气体，所述压力计用于即时监测所述管路内的液压值。

3.根据权利要求2所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，所述入口封堵和所述出口封堵分别设置为，沿其轴向依次具有螺纹部和连接部，其中：

所述螺纹部螺接在所述抗压筒的筒口内壁上，所述连接部向所述抗压腔外延伸，且所述连接部直径小于所述螺纹部直径；

所述管路套装在所述入口封堵的所述连接部上，所述注液孔贯穿所述入口封堵的所述螺纹部和所述连接部。

4.根据权利要求3所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，

该装置还包括两个第一压帽，所述两个第一压帽分别盖装在所述抗压筒的两个筒口上；

所述第一压帽上设置有与所述抗压腔同轴心的通孔，所述通孔直径小于所述螺纹部直径；

所述连接部穿过所述通孔。

5.根据权利要求4所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，所述两个第一压帽分别螺接在所述抗压筒的两个筒口外壁上。

6.根据权利要求4所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，

所述出口封堵具有出液孔，所述出液孔贯穿所述出口封堵的所述螺纹部和所述连接部，所述出液孔的孔径小于所述封堵球的半径；

所述出液孔内设置有柱塞。

7.根据权利要求4所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，

所述出口封堵具有泄压孔，所述泄压孔贯穿所述出口封堵的所述螺纹部和所述连接部，所述泄压孔的孔径大于所述封堵球半径，且小于所述封堵球的直径；

所述泄压孔的孔口处封装有泄压封堵，所述泄压封堵具有出液孔，所述出液孔的孔径小于所述封堵球的半径；

所述出液孔内设置有柱塞。

8.根据权利要求7所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，

所述出口封堵的所述连接部上盖装有第二压帽，所述第二压帽上设置有与所述泄压孔同轴心的定位孔；

所述泄压封堵设置为沿其轴向依次具有主体部和凸出部，所述主体部外径大于所述定位孔的孔径，用于螺接在所述泄压孔内，所述凸出部外径小于所述主体部外径，所述凸出部穿过所述定位孔；

所述出液孔贯穿所述主体部和所述凸出部。

9.根据权利要求1-8任一项所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，该装置还包括底座，所述底座为凹形框架结构，所述抗压筒悬置于凹形区域内，其中：

所述抗压筒外壁上固接有两个相对称排布的横轴，所述横轴垂直于所述抗压筒的轴向，且所述横轴通过轴承安装在所述底座上，使所述抗压筒能够绕所述横轴轴心线翻转；

在所述横轴和所述底座之间设置有插销组件，用于所述抗压筒翻转后的定位。

10.根据权利要求9所述的封堵球抗压实验装置，其特征在于，所述底座安装有底轮和刹车，用于所述实验装置的移动和固定。

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