CN107084821A - 一种高温高压水平井封隔器模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

一种高温高压水平井封隔器模拟装置，属于石油工程领域，包括：打入高压液体的液压回路系统、加热保温箱和设置在加热保温箱内部的试验套管；所述液压回路系统通过油管连接至加热保温箱，所述试验套管水平设置于加热保温箱内部的底座上，所述试验套管通过外螺纹连接封隔器夹持装置，封隔器夹持装置与封隔器通过内螺纹连接将封隔器固定在试验套管内。本发明能顺利完成封隔器坐封、验封试验，且具有良好互换性，具有安全性好、操作简便、能精确而广泛的模拟实际井下工作环境的特点。

Description

一种高温高压水平井封隔器模拟试验装置

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种高温高压水平井封隔器模拟试验装置，用于在地面上模拟高温高压环境并进行压缩式封隔器的性能试验。

背景技术

封隔器是油气井作业中广泛使用的一种井下工具，其功能是在油气井内实现分层作业。其性能好坏直接影响到油气井的产量和生产安全。随着油气田开采的深入，地层情况越来越复杂，分层作业越来越普遍，对封隔器的使用要求也越来越高，封隔器工作失效的情况时有发生，导致油气生产不能稳定进行。

在石油天然气的生产过程中，封隔器必须能够承受井下温度高、压力大、工况差的恶劣环境，否则一旦出现问题，就会引起油气井的损坏，甚至报废，损失巨大。

为此，有必要在地面上设计一个能精确模拟封隔器井下工作环境及工作过程的试验装置。在封隔器下井之前，通过模拟试验，对其进行多参数、高精度的检测，为封隔器的工艺研究、优化设计、以及产品检验提供试验条件。掌握其机械性能和工艺性能，通过不断试验和改进完善，使其质量和性能得到可靠保证，从而将由于封隔器工具质量原因引起的油气井损毁事故减小到最低限度，确保油气井生产安全进行。

发明内容

为精确模拟封隔器井下工作环境，模拟封隔器在井下的工作状态，检验封隔器在实际工况下的性能与工作情况，对封隔器各项主要技术指标进行检测，本发明提供一种能顺利完成封隔器坐封、验封试验，且具有良好互换性的高温高压水平井封隔器模拟试验装置，具有安全性好、操作简便、能精确而广泛的模拟实际井下工作环境的特点。

本发明采用的技术方案如下：

一种高温高压水平井封隔器模拟装置，包括：打入高压液体的液压回路系统、加热保温箱和设置在加热保温箱内部的试验套管；所述液压回路系统通过油管连接至加热保温箱，将高压液体导入加热保温箱内，所述试验套管水平设置于加热保温箱内部的底座上，所述试验套管通过外螺纹连接封隔器夹持装置，封隔器夹持装置与封隔器通过内螺纹连接将封隔器固定在试验套管内。

所述液压回路系统包括液压泵、主回路常闭开关阀、坐封回路常闭开关阀、上验封回路常闭开关阀、下验封回路常闭开关阀、溢流阀、坐封回路调压阀、上验封回路调压阀、下验封回路调压阀、坐封回路压力表、上验封回路压力表、下验封回路压力表，液压泵入口通过金属油管接入加热保温箱内加热油内，加热保温箱内的加热油作为液压油，通过液压泵作用，为液压回路系统提供动力，使加热油在液压回路系统中得到循环利用，通过主回路常闭开关阀、坐封回路常闭开关阀、上验封回路常闭开关阀和下验封回路常闭开关阀控制所在支路通断，完成封隔器坐封、验封试验，溢流阀使多余流量溢回加热保温箱，保证液压泵出口压力恒定，坐封回路调压阀、上验封回路调压阀、下验封回路调压阀调节所在支路出口压力，同时在各出油口依次设置坐封回路压力表、上验封回路压力表、下验封回路压力表。

所述加热保温箱包括供电电源、保温箱箱体、隔热层、电加热金属丝、左侧温度计、中间温度计、右侧温度计、前底座、中间底座、后底座、加热油，所述隔热层覆盖于保温箱箱体外侧，外部隔热层具有良好的保温性能。所述电加热金属丝设置在保温箱箱体内部，所述电加热金属丝外接供电电源，供电电源加热金属丝，从而加热保温箱箱内的加热油。前底座、中间底座、后底座固定于保温箱箱体内，以支撑试验套管。在保温箱箱体中设置左侧温度计、中间温度计、右侧温度计，用以测量加热油的温度，取三个温度计所测平均值作为保温箱内实际温度。

作为优选，前底座、中间底座、后底座焊接或螺接于保温箱箱体内，所述后底座设有凸台，在承受轴向载荷时避免了试验套管的水平轴向位移。

所述试验套管包括试验套管管体、为适应双胶筒封隔器所设置的防憋压回路中的常闭开关阀、压力表、上堵头、下堵头、丝堵。封隔器放置在试验套管管体中，其中封隔器下端通过螺纹连接丝堵封堵中心管，将上堵头通过外螺纹安装在试验套管管体上端，封隔器上部伸出，上堵头与坐封管线相连；试验套管管体下端通过内螺纹连接下堵头，下堵头连接验封管线；试验套管管体水平放置在前底座、中间底座、后底座的凹槽内，下堵头与后底座的凸台紧贴放置，在承受轴向载荷时避免了试验套管的水平轴向位移。

作为优选，试验套管可根据封隔器尺寸定制，易于更换，实现对不同尺寸封隔器的试验。试验套管两端各开一个小孔，连接液压管线用以完成验封试验。同时为适应双胶筒封隔器，在试验套管中部开一小孔，与外部常闭开关阀相连，并设置压力表测量其压力，以防止双胶筒中部出现憋压现象。封隔器是通过上堵头、下堵头以及丝堵与试验套管的配合，以实现对封隔器的固定和密封连接。其中上、下堵头尺寸与试验套管配合，与试验套管间设有密封圈，确保密封性能。同时丝堵可封堵封隔器下端进液口，以免影响验封。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明采用液压系统模拟实际工况下压力加载情况，用加热保温箱模拟高温环境，能顺利进行压缩式封隔器坐封和验封试验，对实际工况模拟精确且易于操作。

2、加热油既作为保温介质又作为液压回路中液压油，有效的对其进行了循环利用，节约成本。

3、试验装置搭建简单，且为适应不同类型的封隔器增设一防憋压回路，能完成对多种类型的压缩式封隔器的模拟试验。

4、在多个位置设置压力表，温度计，使试验所得试验参数更精确可靠。

5、试验套管易于更换，可对不同规格的多种封隔器进行模拟试验。

6、本试验装置是针对水平井进行封隔器坐封验封试验而设计的，使现存试验装置类型得到扩充。

附图说明

附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明具体实施方式的水平井封隔器模拟装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的前底座示意图；

图3为本发明具体实施方式的后底座示意图。

图中：101、液压泵，102、主回路常闭开关阀，103、坐封回路常闭开关阀，104、上验封回路常闭开关阀，105、下验封回路常闭开关阀，106、溢流阀，107、坐封回路调压阀，108、上验封回路调压阀，109、下验封回路调压阀，110、坐封回路压力表，111、上验封回路压力表，112、下验封回路压力表，201、供电电源，202、保温箱箱体，203、隔热层，204、电加热金属丝，205、左侧温度计，206、中间温度计，207、右侧温度计，208、前底座，209、中间底座，210、后底座，211、加热油，301、试验套管管体，302、常闭开关阀，303、压力表，304、上堵头，305、下堵头，306、丝堵。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于所列举的具体实施方式，还包括实施方式之间的任意组合。

如附图1至图3，一种高温高压水平井封隔器模拟装置，包括：打入高压液体的液压回路系统、加热保温箱和设置在加热保温箱内部的试验套管；所述液压回路系统通过油管连接至加热保温箱，将高压液体导入加热保温箱内，所述试验套管水平设置于加热保温箱内部的底座上，所述试验套管通过外螺纹连接封隔器夹持装置，封隔器夹持装置与封隔器通过内螺纹连接将封隔器固定在试验套管内。

所述液压回路系统包括液压泵101、主回路常闭开关阀102、坐封回路常闭开关阀103、上验封回路常闭开关阀104、下验封回路常闭开关阀105、溢流阀106、坐封回路调压阀107、上验封回路调压阀108、下验封回路调压阀109、坐封回路压力表110、上验封回路压力表111、下验封回路压力表112，液压泵101入口通过金属油管接入加热保温箱内加热油211内，加热保温箱内的加热油211作为液压油，通过液压泵101作用，为液压回路系统提供动力，使加热油211在液压回路系统中得到循环利用，通过主回路常闭开关阀102、坐封回路常闭开关阀103、上验封回路常闭开关阀104和下验封回路常闭开关阀105控制所在支路通断，完成封隔器坐封、验封试验，溢流阀106使多余流量溢回加热保温箱，保证液压泵101出口压力恒定，坐封回路调压阀107、上验封回路调压阀108、下验封回路调压阀109调节所在支路出口压力，同时在各出油口依次设置坐封回路压力表110、上验封回路压力表111、下验封回路压力表112。

所述加热保温箱包括供电电源201、保温箱箱体202、隔热层203、电加热金属丝204、左侧温度计205、中间温度计206、右侧温度计207、前底座208、中间底座209、后底座210、加热油211，所述隔热层203覆盖于保温箱箱体202外侧，外部隔热层203具有良好的保温性能。所述电加热金属丝204设置在保温箱箱体202内部，所述电加热金属丝204外接供电电源201，供电电源201加热金属丝204，从而加热保温箱箱202内的加热油211。前底座208、中间底座209、后底座210固定于保温箱箱体202内，以支撑试验套管。在保温箱箱体202中设置左侧温度计205、中间温度计206、右侧温度计207，用以测量加热油211的温度，取三个温度计所测平均值作为保温箱内实际温度。

前底座208、中间底座209、后底座210焊接或螺接于保温箱箱体202内，所述后底座210设有凸台，在承受轴向载荷时避免了试验套管的水平轴向位移。

所述试验套管包括试验套管管体301、为适应双胶筒封隔器所设置的防憋压回路中的常闭开关阀302、压力表303、上堵头304、下堵头305、丝堵306。封隔器放置在试验套管管体301中，其中封隔器下端通过螺纹连接丝堵306封堵中心管，将上堵头304通过外螺纹安装在试验套管管体301上端，封隔器上部伸出，上堵头304与坐封管线相连；试验套管管体301下端通过内螺纹连接下堵头305，下堵头305连接验封管线；试验套管管体301水平放置在前底座208、中间底座209、后底座210的凹槽内，下堵头305与后底座210的凸台紧贴放置，在承受轴向载荷时避免了试验套管的水平轴向位移。

试验套管可根据封隔器尺寸定制，易于更换，实现对不同尺寸封隔器的试验。试验套管两端各开一个小孔，连接液压管线用以完成验封试验。同时为适应双胶筒封隔器，在试验套管中部开一小孔，与外部常闭开关阀相连，并设置压力表测量其压力，以防止双胶筒中部出现憋压现象。封隔器是通过上堵头304、下堵头305以及丝堵306与试验套管的配合，以实现对封隔器的固定和密封连接。其中上、下堵头尺寸与试验套管配合，与试验套管间设有密封圈，确保密封性能。同时丝堵306可封堵封隔器下端进液口，以免影响验封。

本试验装置的安装过程如下：

首先，将隔热层203覆盖在保温箱箱体202外层，将电加热金属丝204布置在保温箱箱体202内，将外部供电电源201与电加热金属丝204相连，布置好左侧温度计205、中间温度计206、右侧温度计207，倒入加热油211。

随后，按照附图1所示连接液压回路，用液压管线依次将液压泵101、溢流阀106、主回路常闭开关阀102、坐封回路常闭开关阀103、上验封回路常闭开关阀104、下验封回路常闭开关阀105、坐封回路调压阀107、上验封回路调压阀108、下验封回路调压阀109、坐封回路压力表110、上验封回路压力表111、下验封回路压力表112按照图示连接。同时依照图示将防憋压回路中的常闭开关阀302、压力表303用液压管线连接好。

最后，将丝堵306连接封隔器下端，封堵封隔器下端出口，将连接好的被实验封隔器工具串放入试验套管管体301。上堵头304安装在试验套管管体301上端，封隔器上部伸出，并与坐封管线相连；试验套管管体301下端连接下堵头305及验封管线。从两个管线注入试验液体并尽量排气，将连接好的整套装置放入带有凹槽的前底座208、中间底座209、后底座210上，其中前底座208、中间底座209、后底座210固接在保温箱箱体202上。将连接好的整套装置放入加热保温箱中加热，准备做耐温坐封试验。

本试验装置具体试验施步骤为：

对加热保温箱进行加热，打开供电电源201，加热电加热金属丝204，使保温箱箱体202内温度达到指定温度。

液压回路通过液压泵101抽取加热油211进入液压回路，通过主回路常闭开关阀102接通主回路，打开坐封回路常闭开关阀103，通过坐封回路调压阀107、坐封回路压力表110调节进口压力，当压力升高到一定值时，进入活塞腔的加热油211推动上压环压缩上胶筒组，同时通过推动活塞下行来推动挡环压缩下胶筒组，实现上下双组胶筒的压缩，与套管壁紧密接触，从而完成坐封过程。由于封隔器设计有锁紧机构，卸去压力后，封隔器胶筒被锁紧而不会发生回弹，封隔器便与套筒在一定条件下连接为一体，承受较大的双向载荷。

打开下验封回路常闭开关阀105，通过下验封回路调压阀109、下验封回路压力表112调节进口压力，向连接在试验套管管体301下端的下堵头305处打压，通过查看防憋压回路中的压力表303的压力变化，来检验下端胶筒组的密封性能，从而完成下验封试验，关闭下验封回路常闭开关阀105，打开上验封回路常闭开关阀104，通过上验封回路调压阀108、上验封回路压力表111调节进口压力，完成上验封试验，实验过程中注意观察是否有刺漏现象，并做好试验记录，

若实验过程中压力表303所示压力过大，则打开常闭开关阀302释放压力，避免憋压情况的发生。

解封时，关闭各阀门，关闭供电电源201，等待加热油211冷却。冷却完毕后，将封隔器连通试验套管从油浴箱体中起出，松开封隔器的上接头与中心管之间的普通螺纹(管钳咬在拉杆接头部位)，让封隔器的胶筒橡胶回弹，使封隔器胶筒与套管之间的摩擦力减小，再给工具施加一个向上的拉力，从而实现封隔器的解封。或者使用铣刀将套管剖开，观察封隔器试验后各零件的损坏变形情况。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高温高压水平井封隔器模拟装置，其特征在于，包括：打入高压液体的液压回路系统、加热保温箱和设置在加热保温箱内部的试验套管；所述液压回路系统通过油管连接至加热保温箱，所述试验套管水平设置于加热保温箱内部的底座上，所述试验套管通过外螺纹连接封隔器夹持装置，封隔器夹持装置与封隔器通过内螺纹连接将封隔器固定在试验套管内。

2.根据权利要求1所述的高温高压水平井封隔器模拟装置，其特征在于，所述液压回路系统包括液压泵、主回路常闭开关阀、坐封回路常闭开关阀、上验封回路常闭开关阀、下验封回路常闭开关阀、溢流阀、坐封回路调压阀、上验封回路调压阀、下验封回路调压阀、坐封回路压力表、上验封回路压力表、下验封回路压力表，液压泵入口通过金属油管接入加热保温箱内加热油内，通过主回路常闭开关阀、坐封回路常闭开关阀、上验封回路常闭开关阀和下验封回路常闭开关阀控制所在支路通断，坐封回路调压阀、上验封回路调压阀、下验封回路调压阀调节所在支路出口压力，同时在各出油口依次设置坐封回路压力表、上验封回路压力表、下验封回路压力表。

3.根据权利要求1或2所述的高温高压水平井封隔器模拟装置，其特征在于，所述加热保温箱包括供电电源、保温箱箱体、隔热层、电加热金属丝、左侧温度计、中间温度计、右侧温度计、前底座、中间底座、后底座、加热油，所述隔热层覆盖于保温箱箱体外侧，所述电加热金属丝设置在保温箱箱体内部，所述电加热金属丝外接供电电源，前底座、中间底座、后底座固定于保温箱箱体内，所述左侧温度计、中间温度计、右侧温度计设置于保温箱箱体中。

4.根据权利要求3所述的高温高压水平井封隔器模拟装置，其特征在于，所述前底座、中间底座、后底座焊接或螺接于保温箱箱体内，所述后底座设有凸台。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高温高压水平井封隔器模拟装置，其特征在于，所述试验套管包括试验套管管体、为适应双胶筒封隔器所设置的防憋压回路中的常闭开关阀、压力表、上堵头、下堵头、丝堵；封隔器放置在试验套管管体中，其中封隔器下端通过螺纹连接丝堵封堵中心管，将上堵头通过外螺纹安装在试验套管管体上端，封隔器上部伸出，上堵头与坐封管线相连；试验套管管体下端通过内螺纹连接下堵头，下堵头连接验封管线；试验套管管体水平放置在前底座、中间底座、后底座的凹槽内，下堵头与后底座的凸台紧贴放置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高温高压水平井封隔器模拟装置，其特征在于，所述试验套管两端和中部各开一个孔，验套套管中部开一个孔。

7.根据权利要求5所述的高温高压水平井封隔器模拟装置，其特征在于，所述封隔器是通过上堵头、下堵头以及丝堵与试验套管配合，其中上堵头、下堵头与试验套管间设有密封圈。