CN104949803A - 一种模拟封隔器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种模拟封隔器。模拟封隔器包括：壳体，形成有上部开口的容纳腔；模拟钻杆，设置在所述容纳腔内并与所述壳体可拆卸连接；锁紧件，设置在所述容纳腔内并套接在所述模拟钻杆上。在实验室条件下，使用本发明的模拟封隔器模拟实际工程中封隔器的密封状态后，通过试验方法对模拟封隔器的密封性能进行检测，从而获得模拟封隔器在密封状态时的密封性能数据。通过试验方法获得检测数据的周期短，保证可靠性，而且效率高，进而为封隔器产品的工程化应用提供技术支持。

Description

一种模拟封隔器

技术领域

本发明涉及石油工业的井下工具的试验装置，特别是涉及一种模拟封隔器。

背景技术

封隔器作为海洋平台钻井系统中的一个重要单元设备，主要用来控制及引导钻井过程中的浅层气以及钻井液远离钻台，保证操作人员以及设备安全。目前国内外油田常用的封隔器主要用收缩式和压缩式两种类型。

收缩式封隔器是利用橡胶件的径向收缩变形来与钻杆接触以实现密封，是油田应用较早、应用最为广泛的分层注水封隔器，其结构简单，使用方便。其核心部件之一是胶筒。在收缩式封隔器工作过程中，胶筒处于苛刻的工况环境中，例如压力与温度的波动。在这种环境下，胶筒会发生疲劳失效的情况，其性能随着时间的推移而逐渐下降，甚至失去使用性能，进而导致封隔器密封失效。然而，由于没有相应的可以在实验室进行试验的试验装置。因此，目前获得收缩式封隔器在密封状态时的密封性能数据的方法是根据封隔器的实际使用情况进行研究总结，这样的测量方法存在周期长，检测数据不可靠，效率低的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中由于没有相应的可以在实验室进行试验的试验装置而使得目前获得收缩式封隔器在密封状态时的密封性能数据的方法是根据封隔器的实际使用情况进行研究总结的不足。

针对上述问题，本发明提出了一种模拟封隔器，其包括：壳体，形成有上部开口的容纳腔；模拟钻杆，设置在所述容纳腔内并与所述壳体可拆卸连接；锁紧件，设置在所述容纳腔内并套接在所述模拟钻杆上。

根据本发明的模拟封隔器，其包括用于模拟实际工程中使用的外筒的壳体，用于模拟实际工程中使用的钻杆的模拟钻杆以及用于模拟实际工程中使用的胶筒的锁紧件。模拟钻杆安装在壳体内，锁紧件套接在模拟钻杆上。在试验过程中与模拟钻杆形成密封配合时，可以模拟实际工程中应用的封隔器的胶筒锁紧钻杆的密封状态。这样，在实验室条件下，使用本发明的模拟封隔器模拟实际工程中封隔器的密封状态后，通过试验方法对模拟封隔器的密封性能进行检测，从而获得模拟封隔器在密封状态时的密封性能数据。通过试验方法获得检测数据的周期短，保证可靠性，而且效率高，进而为封隔器产品的工程化应用提供技术支持。

在一个实施例中，在所述锁紧件的内表面与所述模拟钻杆的外表面密封配合时，所述锁紧件、所述模拟钻杆以及所述壳体形成第一密封室，所述壳体上设置有连通所述第一密封室与外部环境的第一通孔。

在一个实施例中，所述锁紧件的外表面与所述壳体的侧壁密封配合且所述锁紧件与所述侧壁之间形成有第二密封室，所述壳体上设置有连通所述第二密封室与外部环境的第二通孔。

在一个实施例中，所述模拟封隔器还包括设置在所述锁紧件与所述壳体的底壁之间的支撑件。

在一个实施例中，所述支撑件是套接在所述模拟钻杆上的定位环；所述定位环上设置有径向延伸的第三通孔。

在一个实施例中，所述模拟封隔器还包括设置在所述壳体的开口处并与所述壳体可拆卸连接的端盖，所述端盖抵压在所述锁紧件上。

在一个实施例中，所述锁紧件包括第一固定件、第二固定件以及与所述第一固定件与第二固定件固连在一起的弹性件；所述弹性件设置在所述第一固定件与第二固定件之间。

在一个实施例中，所述第一固定件上设置有吊装孔。

在一个实施例中，所述第一固定件和第二固定件是钢制圆环；所述弹性件是胶筒。

在一个实施例中，所述钢制圆环的外周表面上设置有周向槽，所述周向槽中设置有密封件。

根据本发明的模拟封隔器，其包括用于模拟实际工程中使用的外筒的壳体，用于模拟实际工程中使用的钻杆的模拟钻杆以及用于模拟实际工程中使用的胶筒的锁紧件。模拟钻杆安装在壳体内，锁紧件套接在模拟钻杆上。在试验过程中与模拟钻杆形成密封配合时，可以模拟实际工程中应用的封隔器的胶筒锁紧钻杆的密封状态。锁紧件锁紧模拟钻杆后，锁紧件、模拟钻杆以及壳体之间可以形成第一密封室。通过第一通孔向第一密封室中输入压力来模拟实际工况中石油开采过程中浅层油气上升的压力。在锁紧件与壳体之间形成的第二密封室中输入压力来模拟在紧急情况下使胶筒发生径向变形而锁紧钻杆的工作压力。这样，在实验室条件下，使用本发明的模拟封隔器模拟实际工程中封隔器的密封状态后，通过试验方法对模拟封隔器的密封性能进行检测，从而获得模拟封隔器在密封状态时的密封性能数据。通过试验方法获得检测数据的周期短，保证可靠性，而且效率高，进而为封隔器产品的工程化应用提供技术支持。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明实施例的模拟封隔器的结构剖视示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了本发明实施例的模拟封隔器的结构剖面视图。

本发明实施例的模拟封隔器主要模拟工程应用的收缩式封隔器。模拟封隔器包括为各构件提供安装基础的壳体11。壳体11形成上部开口的容纳腔。壳体11构造为圆筒型。壳体11可以是一个整体构件，也可以加工制造成两个构件再组装到一起。模拟钻杆12安装固定在壳体11的底壁上，模拟钻杆12的端面与底壁之间设置有O型密封圈。模拟钻杆12构造为圆柱体，其与壳体11同轴设置。在模拟钻杆12上套接有锁紧件13。锁紧件13设置在壳体11与模拟钻杆12之间。锁紧件13用于锁紧模拟钻杆12以与模拟钻杆12之间形成密封配合，从而模拟在实际工况条件下胶筒锁紧钻杆的情况。锁紧件13与模拟钻杆12密封配合时，模拟封隔器处于坐封状态，然后再为壳体11内部提供预定压力并对锁紧件13与模拟钻杆12之间的密封性能进行检测。从而，实现了在实验室条件下，利用试验手段对模拟封隔器的密封性能进行检测，获得模拟封隔器在密封状态时的密封性能数据。通过试验方法获得检测数据的周期短，可靠性高，而且效率高，进而为封隔器产品的工程化应用提供技术支持。

当壳体11内设置的锁紧件13个数是一个时，锁紧件13安装固定到壳体11后会与壳体11的内表面之间形成密封配合。这样，在锁紧件13的内表面与模拟钻杆12的外表面形成密封配合时，锁紧件13、模拟钻杆12以及壳体11之间形成第一密封室14。

当需要对不同直径的模拟钻杆12进行试验时，壳体11内可以设置多个套接在一起的锁紧件13。最外层的锁紧件13安装到壳体11内并与壳体11之间形成密封配合。相邻的锁紧件13之间形成密封且最里层的锁紧件13锁紧模拟钻杆12以形成密封配合时，模拟封隔器处于坐封状态。各个锁紧件13、模拟钻杆12以及壳体11之间形成第一密封室14。

壳体11上设置有连通第一密封室14与外部环境的第一通孔111。将第一液压系统的输送管道连接到第一通孔111后，可以向第一密封室14内提供预设压力。该预设压力模拟石油开采过程中浅层油气上升的压力。通过向第一密封室14提供预设压力来检测模拟封隔器的密封性能。如果在外部没有检测到液体从锁紧件13与模拟钻杆12的配合位置溢出，表明模拟封隔器在预设压力的作用下密封性能良好。

锁紧件13包括第一固定件、第二固定件以及与第一固定件与第二固定件固连在一起的弹性件。弹性件设置在第一固定件与第二固定件之间。

可选地，第一固定件和第二固定件是钢制圆环131。弹性件是使用橡胶材料加工制造而成的胶筒132。钢制圆环131主要对胶筒132起到支撑限位的作用，从而更好地将胶筒132固定在壳体11内。

在一个实施例中，锁紧件13与模拟钻杆12的配合形式是过盈配合，胶筒132直接抵压在模拟钻杆12的外周表面上以形成密封配合。

在一个实施例中，锁紧件13套装到模拟钻杆12上并与模拟钻杆12之间形成有间隙。当胶筒132受到外力作用时会发生径向变形，进而胶筒132的内表面会抵压在模拟钻杆12的外表面以形成密封配合，即锁紧件13锁紧模拟钻杆12。

当锁紧件13为多个时，对位于最外侧的胶筒132施加外力以使其发生径向变形。发生径向变形的最外侧胶筒132会促使与其相邻的胶筒132发生径向变形，最终位于最里层的胶筒132发生径向变形后锁紧模拟钻杆12。这样，相邻的锁紧件13以及最里层的锁紧件13与模拟钻杆12之间形成密封配合。

与壳体11直接连接的钢制圆环131的外周表面上设置有周向槽。周向槽中设置有密封件99。锁紧件13被压装到壳体11后，密封件99会受到壳体11与钢制圆环131的挤压而形成上下两道密封面。安装固定到壳体11内的钢制圆环131不会发生位置变化，从而保证了密封件99形成密封的可靠性。在该锁紧件13的胶筒132的外周表面上和/或壳体11与胶筒132对应的内侧表面上设置有周向槽。这样，在将锁紧件13压装到壳体11中后，壳体11和锁紧件13的表面之间形成第二密封室15。优选地，密封件99是O型密封圈。

壳体11上设置有用于连通第二密封室15与外部环境的第二通孔112。第二液压系统的输压管道与第二通孔112相连接以使得第二液压系统可以通过第二通孔112向第二密封室15内提供预设压力。该预设压力可以促动胶筒132发生径向变形。该预设压力是一种操作压力，模拟在紧急情况下使胶筒132发生径向变形而锁紧钻杆的工作压力。由于第二液压系统向第二密封室15提供的压力的压力值大小是可调节的，可以与第一液压系统提供的压力进行适应性调整。第二液压系统输入的压力值不同使得胶筒132的径向变形量也不同。因此。第一液压系统与第二液压系统可以彼此进行协同工作以检测模拟封隔器在不同压力环境下的密封性能，进而获得多组不同压力环境下的密封性能数据，从而为封隔器的产品化提供更多的技术数据参考。

在一个实施例中，壳体11设置的容纳腔构造为阶梯孔。安装固定到壳体11内的锁紧件13座接在阶梯孔形成的台阶面上，从而壳体11限定了锁紧件13的安装位置同时为锁紧件13提供支撑，防止其下垂滑落到壳体11的底部。

当锁紧件13设置为多个时，模拟封隔器可以对不同直径的模拟钻杆12进行试验。多个锁紧件13相互套接在一起。套接过程可以是先安装位于最里层的锁紧件13，然后依次套接靠外侧的锁紧件13，也可以先将最外层的锁紧件13压装到壳体11内，再依次套接靠近模拟钻杆12的锁紧件13。而位于最外侧的锁紧件13需要压装到壳体11的阶梯孔中，使得钢制圆环131与壳体11共同挤压密封件99以形成密封配合。除了最外侧的锁紧件13座接在壳体11之外，其他的锁紧件13座接在套接在模拟钻杆12并位于壳体11底部位置的支撑件上。支撑件为位于里层的锁紧件13提供支撑力，使里层的锁紧件13的胶筒132与最外侧的锁紧件13的胶筒132相对应，保证最外侧的胶筒132的径向变形顺利传递到最里层的胶筒132。

可选地，支撑件是定位环16。定位环16套接到模拟钻杆12上并座放在壳体11底部设置的凹陷部内。壳体11底部的凹陷部可以对定位环16起到限位作用。定位环16上设置有径向延伸的第三通孔161。定位环16的内表面与模拟钻杆12的外表面之间形成有间隙。这样，第一液压系统向第一密封室14提供液压力时。液体可以通过第三通孔161以及定位环16与模拟钻杆12之间的间隙流到胶筒132与模拟钻杆12的密封配合位置，保证顺利地完成试验。

可选地，支撑件是辐射状围绕模拟钻杆12轴线均匀设置的径向延伸的杆件。每根杆件的一端连接到模拟钻杆12上，另一端连接到壳体11上。锁紧件13座接在这些杆件上。第一液压系统输送到第一密封室14的液体会通过相邻杆件之间的间隙向胶筒132与模拟钻杆12的密封配合处流动。

模拟封隔器设置有一个锁紧件13时，在该锁紧件13的上方设置有可以盖到壳体11开口并抵压该锁紧件13的端盖17。端盖17座接在壳体11的开口处。端盖17与壳体11通过螺栓固连到一起。端盖17朝向容纳腔的一侧设置有伸入到壳体11容纳腔中并抵压在钢制圆环131上的凸出部。第二液压系统向第二密封室15提供压力时，液体会对锁紧件13产生一个轴向分力。该轴向分力会促动锁紧件13产生向壳体11开口处移动的趋势。设置端盖17后，凸出部会抵压在锁紧件13的钢制圆环131上，从而与壳体11一起限制了锁紧件13的位置，防止锁紧件13在受到外力作用时向壳体11开口处移动，保证了模拟封隔器在整个试验过程中的安全性。

锁紧件13自身重量大，人工搬运费时费力，需要将其吊装到壳体11上方的合适位置，然后再安装到壳体11中。因此，钢制圆环131上设置有吊装孔1311。吊装孔1311为螺纹孔，方便在吊装孔1311中安装吊装螺栓并使用吊装设备来将锁紧件13吊装到合适位置。这样，操作者可以对吊装后的锁紧件13进行位置调整而准确地将锁紧件13安装到壳体11中，同时也降低了锁紧件13安装过程的劳动强度。

模拟封隔器设置有多个锁紧件13时，可以设置与锁紧件13数量相等的端盖17。位于最外侧的端盖17与壳体11可拆卸连接在一起，其他端盖17依次与最外侧的端盖17相套接。每一个端盖17对应一个锁紧件13。当向壳体11的容纳腔放入里层的锁紧件13或者从壳体11中移除里层的锁紧件13时，只需要对与该锁紧件13相对应的端盖17进行打开或者盖闭的操作，从而简化了拆装锁紧件13的步骤，也降低了拆装过程的劳动强度。

在壳体11上设置有与第一密封室14和第二密封室15相连通的孔，该孔内安装有用于打开/关闭该孔的堵头18。在需要将第一密封室14或者第二密封室15内的空气挤压出壳体11时，打开堵头18并开启液压系统。待有液体从该孔冒出时，停止供压，并用堵头18堵住该孔。然后再进行后续实验操作。

在壳体11上设置有用于监测第一密封室14温度变化的温度传感器19。这样，可以通过调节第一密封室14的温度，来测试模拟封隔器在环境温度不同的情况下坐封后的密封性能。

本发明实施例的模拟封隔器，包括壳体11、安装在壳体11内的模拟钻杆12、套接在模拟钻杆12上的锁紧件13。在锁紧件13锁紧模拟钻杆12时，模拟钻杆12、锁紧件13以及壳体11之间可以形成第一密封室14。向第一密封室14内提供模拟石油开采过程中浅层油气上升的压力的预设压力并对模拟封隔器的密封性能进行实验检测。与壳体11相连接的锁紧件13安装固定到壳体11后，与壳体11之间形成第二密封室15。在锁紧件13的上方安装端盖17，端盖17将锁紧件13限制在壳体11中，避免锁紧件13从壳体11中脱出。向第二密封室15提供模拟完成锁紧操作时所需压力的预设压力后，可以使得锁紧件13的胶筒132发生径向变形。径向变形后的胶筒132可以与模拟钻杆12形成密封配合以锁紧模拟钻杆12，从而模拟工程应用的封隔器在紧急情况下胶筒132锁紧钻杆的坐封状态。因此，本发明实施例的模拟封隔器实现了在实验室条件下，利用试验手段对模拟封隔器的密封性能进行检测，获得模拟封隔器在密封状态时的密封性能数据。通过试验方法获得检测数据的周期短，可靠性高，而且效率高，进而为收缩式封隔器产品的工程化应用提供技术支持。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种模拟封隔器，包括：

壳体，形成有上部开口的容纳腔；

模拟钻杆，设置在所述容纳腔内并与所述壳体可拆卸连接；

锁紧件，设置在所述容纳腔内并套接在所述模拟钻杆上。

2.根据权利要求1所述的模拟封隔器，其特征在于，在所述锁紧件的内表面与所述模拟钻杆的外表面密封配合时，所述锁紧件、所述模拟钻杆以及所述壳体形成第一密封室，所述壳体上设置有连通所述第一密封室与外部环境的第一通孔。

3.根据权利要求1所述的模拟封隔器，其特征在于，所述锁紧件的外表面与所述壳体的侧壁密封配合且所述锁紧件与所述侧壁之间形成有第二密封室，所述壳体上设置有连通所述第二密封室与外部环境的第二通孔。

4.根据权利要求1所述的模拟封隔器，其特征在于，所述模拟封隔器还包括设置在所述锁紧件与所述壳体的底壁之间的支撑件。

5.根据权利要求4所述的模拟封隔器，其特征在于，所述支撑件是套接在所述模拟钻杆上的定位环；所述定位环上设置有径向延伸的第三通孔。

6.根据权利要求1所述的模拟封隔器，其特征在于，所述模拟封隔器还包括设置在所述壳体的开口处并与所述壳体可拆卸连接的端盖，所述端盖抵压在所述锁紧件上。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的模拟封隔器，其特征在于，所述锁紧件包括第一固定件、第二固定件以及与所述第一固定件与第二固定件固连在一起的弹性件；所述弹性件设置在所述第一固定件与第二固定件之间。

8.根据权利要求7所述的模拟封隔器，其特征在于，所述第一固定件上设置有吊装孔。

9.根据权利要求7所述的模拟封隔器，其特征在于，所述第一固定件和第二固定件是钢制圆环；所述弹性件是胶筒。

10.根据权利要求9所述的模拟封隔器，其特征在于，所述钢制圆环的外周表面上设置有周向槽，所述周向槽中设置有密封件。