CN104990672B - 封隔器胶筒密封性能测试方法及密封性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及封隔器胶筒密封性能测试方法及密封性能测试装置。封隔器胶筒密封性能测试方法包括以下步骤：步骤一：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钻杆接触；步骤二：向封隔器胶筒与钻杆的接触处设置流体，通过检测流体状态来检测封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能。通过上述方法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方法及密封性能测试装置

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方法。本发明还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方法，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方法。

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方法，通过使用这种方法能有效测得封隔器胶筒的密封性能。本发明还提出了一种封隔器胶筒密封性能测试装置，通过使用这种装置能有效测得封隔器胶筒的密封性能。

根据本发明的第一方面，提出了一种封隔器胶筒密封性能测试方法，其包括以下步骤：步骤一：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钻杆接触；步骤二：向封隔器胶筒与钻杆的接触处设置流体，通过检测流体状态来检测封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能。

通过这种封隔器胶筒密封性能测试方法，能使封隔器胶筒坐封在钻杆上，并能向封隔器胶筒与钻杆之间的连接处设置流体。如果流体能撑开封隔器胶筒，使封隔器胶筒不能与钻杆有效接触，则说明封隔器胶筒不能有效坐封于钻杆上，封隔器胶筒的密封性较差。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，在步骤二中，在封隔器胶筒的第一端处设置流体，当流体流到封隔器胶筒的与第一端相对的第二端时，封隔器胶筒与钻杆之间密封失败。封隔器胶筒密封失败，即说明封隔器胶筒的密封性能较差。通过这种方式能直接而方便地检测出封隔器胶筒的密封性能。

在一个实施例中，在步骤二中，在封隔器胶筒的第一端处设置流体，在封隔器胶筒的与第一端相对的第二端处为环境压力，在流体的静压力与环境压力之间的压差不变时，封隔器胶筒与钻杆之间有效密封，在流体的静压力与环境压力之间的压差减小时，封隔器胶筒与钻杆之间密封失败。通过这种方式能够更加准确地测得封隔器胶筒的密封性能。如果封隔器胶筒有效密封，即说明封隔器胶筒的密封性能较好，符合井内所需。而如果封隔器胶筒密封失败，则说明封隔器胶筒的密封性能较差，这种封隔器胶筒无法有效防止井喷现象的发生。

在一个实施例中，流体的静压力大于或等于地层压力。这样能使得测得有效密封的封隔器胶筒能用于井内而有效防止井喷现象的发生。

在一个实施例中，将封隔器胶筒周围的环境温度调节至预定环境温度，在预定温度环境下对封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能进行测试。由此确认封隔器胶筒是否能适应于预定温度环境，而不会在预定温度环境下失效。

在一个实施例中，在步骤二中，在向封隔器胶筒与钻杆的接触处设置流体后，保持预定时间。这样能使封隔器胶筒充分变形，以进一步保证封隔器胶筒坐封的稳定性。

在一个实施例中，在步骤二之后，还进行步骤三：排出流体，并卸载坐封力。通过这一步骤能结束这次的测试，使封隔器胶筒解封。

在一个实施例，重复步骤一、步骤二和步骤三以重复检测封隔器胶筒的密封性能。通过这种方式能对封隔器胶筒进行疲劳测试。

根据本发明的第二方面，提出了一种使用上述封隔器胶筒密封性能测试方法的封隔器胶筒密封性能测试装置。

在一个实施例，封隔器胶筒密封性能测试装置包括容纳封隔器胶筒的壳体，以及容纳于壳体内并套设在封隔器胶筒内的钻杆，在封隔器胶筒的一端处形成有与封隔器胶筒和钻杆之间的接触处相连通的容纳腔，通过向容纳腔内设置流体并检测流体状态来检测封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能。通过这种结构能有效使得流体具有静压力。

与现有技术相比，本发明的封隔器胶筒密封性能测试方法的优点在于：(1)能使封隔器胶筒坐封在钻杆上，并能向封隔器胶筒与钻杆之间的连接处设置流体；(2)通过这种方法能有效测试封隔器胶筒的密封性能；(3)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方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明的封隔器胶筒密封性能测试方法的另一个实施例的流程图；

图3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方法的一个实施例。

封隔器胶筒密封性能测试方法的步骤如下。

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钻杆接触，即封隔器胶筒坐封在钻杆上。

在步骤二中，从封隔器胶筒的一端处向所述封隔器胶筒与钻杆的接触处设置流体，以检测所述封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能。

这里应理解地是，这里的钻杆实际上为测试用的模拟钻杆，并非井下作业实际使用的钻杆。

如果流体挤入到封隔器胶筒与钻杆之间，甚至流出到封隔器胶筒的与设置流体的一端(第一端)相对的另一端(第二端)，那么封隔器胶筒的密封性能较差。将该封隔器胶筒用到井中，有可能无法防止井喷现象的发生，并由此无法保证作业人员的安全。

如果流体能保持在设置流体的一端处而不将封隔器胶筒挤压至扩张，并不会流出到封隔器胶筒的另一端处，那么封隔器胶筒的密封性能较好。将这种封隔器胶筒用到井中，能有效防止井喷现象的发生，并由此能保证作业人员的安全。

优选地，在封隔器胶筒的一端设置有与封隔器胶筒与钻杆的连接处相连通的容纳腔，通过向容纳腔内设置流体能向封隔器胶筒与钻杆的接触处设置流体。这种方式能有效提高检测方法的稳定性。

这里应理解地是，可根据井内作业的需要，使流体具有一定的静压力，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。这里的一定的静压力可为14MPa。

使用者可通过观察流体是否溢出到封隔器胶筒与设置流体相对的另一端而判断封隔器胶筒是否具备足够的密封性能。

优选地，使用者可通过检测容纳腔内的流体压力，并将其与之前预设的静压力相比较，而判断封隔器胶筒是否具备足够的密封性能。这里应理解地是，在封隔器坐封后，容纳腔应处于密封状态。如果流体的静压力与预设的静压力大体一致，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。如果在充入预定量的流体后，流体的静压力明显小于预设的静压力，那么就说明容纳腔的密封状态遭到破坏，流体将封隔器胶筒与钻杆之间的接触破坏了，此时可判断封隔器胶筒的密封性能较差。

即是说，在封隔器胶筒的第一端处设置流体，流体具有一定的静压力。而在封隔器胶筒的第二端处为环境压力，这里的环境压力可以是大气压。流体的压力大于环境压力。一旦封隔器胶筒无法与钻杆有效密封，那么第一端处和第二端处之间的压力差将会以使流体流向第二端，第一端处的流体压力将减小，第一端处与第二端处的压差将减小。

而如果封隔器胶筒与钻杆之间有效密封，那么即使第一端处与第二端处存在压差，流体也无法流向第二端处，此时的压差保持不变，从而在第一端处的流体的静压力保持不变。

还可控制封隔器胶筒所处的环境温度，在封隔器胶筒处于预定温度环境的情况下，进行封隔器胶筒的密封密封性能测试。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，需在预定温度环境，甚至多个预定温度环境下，对封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能进行测试。这里的预定环境温度的低温可以到达–20℃，高温可以到达120℃。

优选地，在步骤二中，设置流体并保持预定时间。这样能使得流体保持在封隔器胶筒与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。

如图1所示，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。

如图2所示，重复步骤1到3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。

本发明的上述封隔器胶筒密封性能测试方法能通过下述封隔器胶筒密封性能测试装置进行。

图3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包括壳体10和容纳于所述壳体10内的钻杆20。在对封隔器胶筒30进行测试时，将封隔器胶筒30以套接在钻杆20之外的方式放入到封隔器胶筒30内。

壳体10、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，以为封隔器胶筒30模拟出近似于井内使用时的真实环境。

这里应理解地是，本发明的封隔器胶筒密封性能测试装置可对不同内径尺寸的封隔器胶筒30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3所示)，填充件优选为其他内径或外径较大的封隔器胶筒。

封隔器胶筒密封性能测试装置100还包括连通到壳体10内与封隔器胶筒30的周向外侧壁之间的腔体内的第一供压组件60。通过第一供压组件60向在壳体10与封隔器胶筒30的轴向外侧壁之间的腔体内设置流体，以充入流体产生的压力推动封隔器胶筒30，使封隔器胶筒30沿径向收缩并坐封于钻杆20上。

此时，能在封隔器胶筒30、钻杆20和壳体10的包围下形成密封的容纳腔40。

在第一供压组件60上设置有能检测到上述腔体内的流体压力的第一测压器61。通过向腔体内设置具有一定压力(例如4MPa)的流体，能模拟井内的封隔器坐封环境而向封隔器胶筒30施加坐封力。

封隔器胶筒密封性能测试装置100还包括与容纳腔40相连通的第二供压组件50。在封隔器胶筒30坐封后，通过第二供压组件50向容纳腔40内设置流体。如图3所示，容纳腔40与封隔器胶筒30和钻杆20的连接处相连通，从而流体能挤压封隔器胶筒30和钻杆20的连接处。如果流体将封隔器胶筒30挤压变形至流体能穿过封隔器胶筒30与钻杆20的连接处，那么就说明封隔器胶筒30的密封性能较差。

在第二供压组件50上设置有能检测到容纳腔40内的流体静压力的第二测压器51。通过检测容纳腔40内的流体压力并与预定流体压力相比较，能得知容纳腔40是否密封，并由此能得知封隔器胶筒30是否有效坐封。

如图3所示，还可在壳体10外设置容纳壳体10的高低温箱70，通过高低温箱70能控制壳体10及其内部封隔器所处的温度环境。

通过上述封隔器胶筒密封性能测试装置100能有效对封隔器胶筒的密封性能进行测试。

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 (1)

1.一种封隔器胶筒密封性能测试装置，其能使用以下的封隔器胶筒密封性能测试方法，

步骤一：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所述封隔器胶筒内的钻杆接触；

步骤二：向所述封隔器胶筒与钻杆的接触处设置流体，通过检测流体状态来检测所述封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能，

所述封隔器胶筒密封性能测试装置包括容纳所述封隔器胶筒的壳体，以及容纳于所述壳体内并套设在所述封隔器胶筒内的所述钻杆，

在所述封隔器胶筒的一端处形成有与封隔器胶筒和钻杆之间的接触处相连通的容纳腔，通过向所述容纳腔内设置所述流体并检测流体状态来检测所述封隔器胶筒与钻杆之间的密封性能，

封隔器胶筒密封性能测试装置还包括连通到壳体内与封隔器胶筒的周向外侧壁之间的腔体内的第一供压组件，

第一供压组件用于向所述腔体内充入流体，充入流体产生的压力推动封隔器胶筒使封隔器胶筒沿径向收缩并坐封于钻杆上，

封隔器胶筒分为内径较大的封隔器胶筒和内径较小的封隔器胶筒，

钻杆分为直径较大的钻杆和直径较小的钻杆，

封隔器胶筒密封性能测试装置还包括填充件，

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；

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，在内径较小的封隔器胶筒上套设填充件以使得所述压力传递到内径较小的封隔器胶筒上。