CN104964799B - 封隔器胶筒密封性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

封隔器胶筒密封性能测试装置

技术领域

本发明涉及钻井领域，特别是涉及一种封隔器胶筒密封性能测试装置。

背景技术

井喷是井内流体(例如，石油)在压力作用下，不受控制地喷出到井口之外的现象。收缩式封隔器内的封隔器胶筒是保证封隔器有效密封的重要元件，用于封堵井口以防止井喷现象的发生。但是，只有当封隔器胶筒与井口的钻杆紧密地密封在一起时，才能有效防止井喷事故的发生，否则并不能起到有效的封堵效果。

在现有技术中，并没有专门用于测试收缩式封隔器的封隔器胶筒的密封性能的装置，通常是直接在井中使用收缩式封隔器。这样一来，如果封隔器胶筒的密封性能无法达到设计要求，那么封隔器胶筒与钻杆之间不能紧密密封，将会导致井喷事故，威胁到作业人员的安全。

因此，需要一种测试封隔器胶筒的密封性能的装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种封隔器胶筒密封性能测试装置，通过使用这种封隔器胶筒密封性能测试装置能有效测得封隔器胶筒的密封性能。

根据本发明提出了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。

通过这种封隔器胶筒密封性能测试装置，能使封隔器胶筒径向向内收缩并与实验钻杆相接触，即是说，能使封隔器胶筒坐封在实验钻杆上。此时，可在封隔器胶筒的一侧形成第一施压腔。第一施压腔与封隔器胶筒和实验钻杆的接触处相连通，通过第一控压组件向第一施压腔内注入流体，可向封隔器胶筒和实验钻杆的接触处注入流体。如果流体能穿过封隔器胶筒与钻杆之间的接触处，那么封隔器胶筒与实验钻杆之间不能有效坐封，封隔器胶筒的密封性能较差。如果封隔器胶筒能保持与钻杆紧密接触而使流体保持在连接处之外，则说明封隔器胶筒能有效坐封于钻杆上，封隔器胶筒的密封性较好。通过这种方法能有效测试封隔器胶筒的密封性能，并能由此保证投入到使用中的封隔器胶筒的密封性能较好，能有效防止井内流体喷出，进而保证了作业人员的安全。

在一个实施例中，第一控压组件包括设置于实验箱之外的第一流体泵，以及连通第一流体泵和第一施压腔的第一连通管。第一流体泵将流体送入到第一施压腔内，以使第一施压腔内的流体具有一定的静压力。另外，第一流体泵设置于实验箱之外方便了使用者进行操作。

在一个实施例中，第一控压组件还包括设置于实验箱之外并与第一连通管相连的第一测压器。第一测压器能测得与其相连的第一连通管内的流体静压力，从而能测得与第一连通管相连通的第一施压腔内的流体静压力。第一测压器处于实验箱之外方便了使用者对第一测压器测得的压力进行观察。

在一个实施例中，在封隔器胶筒的外周壁与实验箱的内壁之间形成第二施压腔，通过向第二施压腔内加压能使封隔器胶筒径向收缩并与实验钻杆相接触。通过这种结构能有效向封隔器胶筒施加使其径向向内收缩的坐封力。

在一个实施例中，封隔器胶筒密封性能测试装置还包括连通到第二施压腔内的第二控压组件，通过第二控压组件向第二施压腔内灌注流体而使封隔器胶筒径向向内收缩并与实验钻杆相接触。通过第二施压腔向第二施压腔内灌注流体能均匀地向封隔器胶筒的侧周壁施力，以使得封隔器胶筒均匀地径向向内收缩。另外，通过这种结构能使封隔器胶筒的坐封方式更加贴近于实际在井内使用封隔器胶筒时的封隔器胶筒的坐封方式。

在一个实施例中，第二控压组件包括设置于实验箱之外的第二流体泵，以及连通第二流体泵和第二施压腔的第二连通管。第二流体泵将流体泵送至第二施压腔内，能使第二施压腔内的流体具有一定的静压力。另外，将第二流体泵设置于实验箱之外，方便了使用者对其进行操作。

在一个实施例中，第二控压组件还包括设置于实验箱之外并与第二连通管相连的第二测压器。第二测压器能测得与其相连的第二连通管内的流体静压力，从而能测得与第二连通管相连通的第二施压腔内的流体静压力。第二测压器处于实验箱之外能方便使用者对其进行观察。

在一个实施例中，封隔器胶筒密封性能测试装置还包括控温组件，控温组件包括容纳实验箱的壳体，以及与壳体相连以控制壳体内的温度的调温器。通过调温器控制壳体内的温度，能由此使实验箱及其内部的封隔器胶筒处于所需的环境温度下。通过这种结构能方便地测得封隔器胶筒在不同环境温度下的密封性能。

在一个实施例中，壳体包括用于承载实验箱的底板，以及与底板相接触并与底板一起包围实验箱的顶罩。壳体的这种结构令使用者可以更加方便地将实验箱放入到壳体内。

在一个实施例，第二流体泵设置于顶罩之外，第二连通管穿过顶罩以连通第二流体泵和第二施压腔。这种设置能够更加方便使用者对第二流体泵进行操作。

与现有技术相比，本发明的封隔器胶筒密封性能测试装置的优点在于：(1)能使封隔器胶筒径向向内收缩并与实验钻杆相接触。此时，可在封隔器胶筒的一侧形成第一施压腔。(2)第一施压腔与封隔器胶筒和实验钻杆的接触处相连通，通过第一控压组件向第一施压腔内注入流体，可向封隔器胶筒和实验钻杆的接触处注入流体。(3)如果流体能穿过封隔器胶筒与钻杆之间的接触处，那么封隔器胶筒与实验钻杆之间不能有效坐封，封隔器胶筒的密封性能较差。如果封隔器胶筒能保持与钻杆紧密接触而使流体保持在连接处之外，则说明封隔器胶筒能有效坐封于钻杆上，封隔器胶筒的密封性较好。(4)通过这种方法能有效测试封隔器胶筒的密封性能，并能由此保证投入到使用中的封隔器胶筒的密封性能较好，能有效防止井内流体喷出，进而保证了作业人员的安全。

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是本发明的封隔器胶筒密封性能测试装置的一个实施例的整体结构示意图。

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示意性显示了本发明的封隔器胶筒密封性能测试装置100的一个实施例。

封隔器胶筒密封性能测试装置100包括实验箱10和容纳于所述实验箱10内的实验钻杆20。如图1所示，在对封隔器胶筒30进行测试时，将封隔器胶筒30以套接在实验钻杆20之外的方式放入到封隔器胶筒30内。

实验箱10、实验钻杆20和封隔器胶筒30可组成模拟封隔器，其为实际使用的封隔器的模型，用以为封隔器胶筒30模拟出近似于井内使用时的真实环境。

在进行测试时，首先在封隔器胶筒30的外周壁上施加沿封隔器胶筒30的径向向内的坐封力，以使封隔器胶筒沿径向向内收缩至与套设在其内侧的实验钻杆20相接触，由此将封隔器胶筒坐封在实验钻杆上。

在封隔器胶筒的下侧形成有第一施压腔40。如图1所示，在封隔器胶筒尚未坐封时，第一施压腔40与封隔器胶筒30和实验钻杆10之间的空隙相连通。封隔器胶筒密封性能测试装置100还包括第一控压组件，第一控压组件连通至第一施压腔40内。在封隔器胶筒坐封时，其与实验钻杆之间的空隙消除，以使封隔器胶筒与实验钻杆相接触。此时，封隔器胶筒与实验钻杆的接触处与第一施压腔40相连。并且此时，第一施压腔40是密封的。

通过第一控压组件向第一施压腔40内输入流体至流体能挤压到封隔器胶筒与实验钻杆的接触处。如果封隔器胶筒受挤压而径向向外扩张变形至其在封隔器胶筒和实验钻杆之间重新形成空隙，那么此时第一施压腔40将不再密封，流体将能进入甚至穿过空隙。这说明封隔器胶筒的密封性能较差，将这种封隔器胶筒使用到井内，无法避免井喷现象的发生。如果封隔器胶筒受到流体挤压而仍能与实验钻杆紧密贴合，令第一施压腔40保持为密封的，那么即说明封隔器胶筒的密封性能较好，使用这种封隔器胶筒能有效防止井喷现象的发生，保证了作业人员的安全。

第一控压组件包括与第一施压腔40相连通的第一流体泵50。流体由第一流体泵50泵送入到第一施压腔40内，能有效使第一施压腔40内充满具有一定静压力的流体。另外，为了方便作业人员对第一流体泵50进行操作，可将第一流体泵50设置于实验箱之外，并设置有连通第一流体泵50与第一施压腔40的第一连通管52。

第一控压组件还包括设置在第一连通管52上并能检测到第一连通管52内的流体的压力的第一测压器51。由于第一连通管52是与第一施压腔40相连通的，因此第一测压器51测得的第一连通管52内的流体静压力，即是第一施压腔40内的流体静压力。如果封隔器胶筒30与实验钻杆20有效接触，那么第一施压腔40将会保持在密封状态中，这样第一施压腔40内的流体静压力将不会改变。如果封隔器胶筒30坐封失败，第一施压腔40内的流体无法完全保持在第一施压腔40中，那么第一施压腔40的密封状态将会遭到破坏，从而使得第一测压器51测得的压力波动较大，或者压力明显小于密封的第一施压腔40内的流体静压力。通过这种结构能够有效得知封隔器胶筒的密封性能是否符合井下作业的需要。

这里应理解地是，可根据井内作业的需要，使流体具有预定流体压力，以模拟井内流体带有一定压力喷出的情况。由此能更加有效而准确地获得封隔器胶筒的密封性能。这里的预定流体压力可为14MPa。如果第一测压器51测得的压力与预定流体压力大体一致，并且差异不超过±0.5MPa，那么判断封隔器胶筒具备足够的密封性能。

在封隔器胶筒的外周壁与实验箱的内壁之间还形成有第二施压腔。封隔器胶筒密封性能测试装置还包括与第二施压腔相连通的第二控压组件。第二控压组件能向第二施压腔内送入具有一定静压力的流体，以产生推动封隔器胶筒的坐封力，使封隔器胶筒径向向内收缩并坐封在实验钻杆上。注入到第二施压腔内的流体的静压力优选为4MPa，以模拟在实际使用时施加在井内的封隔器胶筒的外周壁上的坐封力。

这里应理解地是，本发明的封隔器胶筒密封性能测试装置100可对不同内径尺寸的封隔器胶筒进行测试。当测试内径较大的封隔器胶筒时，使用与内径较大的封隔器胶筒相匹配的直径较大的钻杆。而当测试内径较小的封隔器胶筒时，使用与内径较小的封隔器胶筒相匹配的直径较小的钻杆。由于内径较小的封隔器胶筒通常具有相应较小的外径，因此为了保证坐封力能有效施加在封隔器胶筒上，可在外径较小的封隔器胶筒外再套设一个或多个用以密封并传递力的填充件(如图1所示)，填充件优选为其他内径或外径较大的封隔器胶筒。

第二控压组件包括第二流体泵60，以及连通第二流体泵60与第二施压腔的第二连通管62。第二流体泵60向第二施压腔内泵送流体，以使封隔器胶筒坐封。为了方便使用者操作第二流体泵60，将第二流体泵60设置于实验箱10之外，并以第二连通管62将第二流体泵60和第二施压腔连通在一起。

如图1所示，第二控压组件还包括设置在第二连通管62上的第二测压器61。第二测压器61能测得第二连通管62内的流体静压力。由于第二连通管62与第二施压腔相连通，因此第二连通管内的流体静压力即为第二施压腔内的流体静压强。通过读取第二测压器61测得的压力数据，能得知第二施压腔内的流体是否在稳定地向封隔器胶筒施加坐封力。

如图1所示，封隔器胶筒密封性能测试装置100还包括控温组件。控温组件包括包围实验箱10及其内部的实验钻杆20和封隔器胶筒30的壳体，并包括与壳体相连以控制壳体内的温度的调温器。壳体内的温度即为实验箱10及其内部的实验钻杆20和封隔器胶筒30所处的环境温度。

在井内作业过程中，不同流体通常具有不同的温度，例如钻井液具有较低的温度，而石油具有较高的温度。为了保证封隔器胶筒能适应多种流体温度以及多种井内环境温度，需保证封隔器胶筒能在一定范围内的温度环境下均保持有效坐封。因此，需通过调温器将壳体内的温度调整到预定温度，甚至多个预定温度，对封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能进行测试。这里的预定温度的最低温度可以到达-20℃，最高温度可以到达120℃。

优选地，如图1所示的那样，壳体包括其上承载有实验箱10的底板72，以及罩在实验箱10和底板72之上的顶罩71。顶罩71具有朝下的开口，并与底板72密封式接触。使用者能方便地将实验箱10放入到这种壳体内，并通过控制壳体内的温度而对处于不同温度环境下的封隔器胶筒的密封性能进行测试。

优选地，第一流体泵50和第二流体泵60设置在壳体的外侧，如图1所示，设置在顶罩71的外侧，并令第一连通管52延伸穿过顶罩71以连通第一流体泵50和第一施压腔40，令第二连通管62延伸穿过顶罩71以连通第二流体泵60和第二施压腔。这样，作业人员能更加方便地操作第一流体泵50和第二流体泵52。

另外，还可将第一测压器51设置在壳体的外侧，如图1所示，设置在顶罩71的外侧，并连接在第一连通管52上。将第二测压器61设置在壳体的外侧，如图1所示，设置在顶罩71的外侧，并连接在第二连通管62上。这样，作业人员能更加方便地观察第一测压器51和第二测压器61所测得的压力。

使用封隔器胶筒密封性能测试装置100的测试方法如下。

在步骤一中，向封隔器胶筒施加沿封隔器胶筒的径向向内的坐封力，以使封隔器胶筒径向收缩并与套设于封隔器胶筒内的实验钻杆接触，即封隔器胶筒坐封在实验钻杆上。

在步骤二中，从封隔器胶筒的一侧向所述封隔器胶筒与实验钻杆的接触处注入流体，以检测所述封隔器胶筒与实验钻杆之间的密封性能。

在步骤一和步骤二完成后，还可进行步骤三。在步骤三中，可排出容纳腔内的流体以结束测试，在排出流体后，再卸去作用在封隔器胶筒的外周壁上的坐封力。这样能防止流体喷出到封隔器外，保证了测试过程的安全性。

优选地，在步骤二之后，保持预定时间，再进行步骤三。这样能使得流体保持在封隔器胶筒与实验钻杆的接触处预定时间，以更加真实地模拟井内情况，并且能使封隔器胶筒充分变形，以测试封隔器胶筒是否能承受预定时间的流体压力。这里的预定时间可为1min。

重复步骤一到三可有效对封隔器胶筒的密封性能进行多次试验，以测试封隔器胶筒的疲劳性能。例如可重复测试300次，以较为准确地得到封隔器胶筒的疲劳性能。

通过上述封隔器胶筒密封性能测试方法能有效对封隔器胶筒的密封性能进行测试，以保证在井内使用的封隔器胶筒均为具有适合于井下作业所需的密封性能的封隔器胶筒。

通过本发明的封隔器胶筒密封性能测试装置能有效测得封隔器胶筒的密封性能。

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 (8)

1.一种封隔器胶筒密封性能测试装置，包括实验箱，容纳于所述实验箱内的实验钻杆，以及连通到所述实验箱内的第一控压组件；

其中，封隔器胶筒能以套接在所述实验钻杆外的方式容纳在所述实验箱内，所述封隔器胶筒能径向收缩并坐封在所述实验钻杆上，在所述封隔器胶筒的一侧形成与所述封隔器胶筒和实验钻杆的接触处相连的第一施压腔，所述第一控压组件连通到所述第一施压腔内，

通过所述第一控压组件向所述第一施压腔内灌注流体而挤压所述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，

在所述封隔器胶筒的外周壁与实验箱的内壁之间形成第二施压腔，通过向所述第二施压腔内加压能使所述封隔器胶筒径向收缩并与所述实验钻杆相接触，

还包括连通到所述第二施压腔内的第二控压组件，

通过所述第二控压组件向所述第二施压腔内灌注流体而使所述封隔器胶筒径向向内收缩并与所述实验钻杆相接触。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第一控压组件包括设置于所述实验箱之外的第一流体泵，以及连通所述第一流体泵和第一施压腔的第一连通管。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述第一控压组件还包括设置于所述实验箱之外并与所述第一连通管相连的第一测压器。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述第二控压组件包括设置于所述实验箱之外的第二流体泵，以及连通所述第二流体泵和第二施压腔的第二连通管。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述第二控压组件还包括设置于所述实验箱之外并与所述第二连通管相连的第二测压器。

6.根据权利要求4或5所述的测试装置，其特征在于，还包括控温组件，所述控温组件包括容纳所述实验箱的壳体，以及与所述壳体相连以控制所述壳体内的温度的调温器。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述壳体包括用于承载实验箱的底板，以及与所述底板相接触并与底板一起包围所述实验箱的顶罩。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述第二流体泵设置于所述顶罩之外，所述第二连通管穿过所述顶罩以连通第二流体泵和第二施压腔。