CN109632497A - 一种用于膨胀管膨胀的实验装置和实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于膨胀管膨胀的实验装置和实验方法，其实验装置包括套管，在套管内设置膨胀锥，所述膨胀锥一侧设置用于轴线限位的固定套，所述膨胀锥的另一侧设置活塞套，活塞套内设置压力腔，压力腔带动活塞套推动膨胀锥向固定套方向移动。本发明所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置和实验方法，以方便取样进行力学实验，避免在千米深的井下作业的困境。

Description

一种用于膨胀管膨胀的实验装置和实验方法

技术领域

本发明属于石油天然气工业、材料科学及机械工程技术领域，尤其是涉及一种膨胀管膨胀的实验装置和使用方法。

背景技术

随着油气技术的不断提高，石油钻井深度也在不断的增加，深井和超深井的数目与日俱增。一方面，井深的增加必定会导致井眼不断缩小，锥度变大，对后续的钻进造成极大的困难，更甚至无法继续钻进；另一方面，许多油田在实际生产中发现，油井在使用过程中因压力或腐蚀造成套管穿孔或泄露，传统堵漏方法在某些特殊油田已经失效，这就急需使用其他的方式来解决以上两个问题。

膨胀管技术在国外已经相对比较成熟，应用于各大油田，效果较好。我国该技术起步较晚，虽然可以通过购买国外技术，但是其成本是巨大的，所以为解决上述两个问题，继续研究膨胀管技术。膨胀管技术通常用在井下泄露处或者裸眼段，并且在井下对膨胀管的膨胀力学、密封性、抗内压外挤等重要参数的获取是十分困难的。不仅参数的获取难以完成或者不准确，而且该过程中耗费大量人力、财力，造成极大的浪费。因此，建立室内膨胀管膨胀实验装置是十分有必要的，一方面降低各方面支出，易于获取实验数据且数据更加准确；另一方面，实数据的准确性不仅可以指导材料的研发，而且对指导实际生产有着极大的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于膨胀管膨胀的实验装置和实验方法，以方便取样进行力学实验，避免在千米深的井下作业的困境。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于膨胀管膨胀的实验装置，包括套管，在套管内设置膨胀锥，所述膨胀锥一侧设置用于轴向限位的固定套，所述膨胀锥的另一侧设置活塞套，活塞套内设置压力腔，压力腔带动活塞套推动膨胀锥向固定套方向移动。

进一步，所述活塞套内贯穿活塞杆，伸入活塞套内的活塞杆端部设置密封部，靠近密封部一端的活塞杆上设置与压力腔相连通的流通口；伸出活塞套外的活塞杆贯穿膨胀锥并延伸至与动力硬管相连。

进一步，与膨胀锥相对一侧的固定套端部插接设置卡瓦定位套，所述卡瓦定位套另一端插接设置卡瓦座，所述卡瓦座通过螺栓与动力硬管相连。

进一步，所述固定套一端设置第一凸台定位面，所述卡瓦定位套一端设置第二凸台定位面，卡瓦定位套与固定套通过第二凸台定位面进行轴向定位；所述卡瓦定位套另一端内孔设置楔形面，卡瓦座设置与楔形面相匹配的插接端，卡瓦座插接于卡瓦定位套内通过插接端与楔形面配合进行定位。

进一步，所述密封部上设置环形的第一密封槽，在第一密封槽内设置第一密封圈；在密封部上还设置环形的导向槽，在导向槽内设置导向环；优选的，在靠近膨胀锥一端的活塞套上、活塞杆与活塞套接触面上设置第三密封圈。

进一步，所述动力硬管通过第一转换接头与活塞杆端部相连；优选的，所述动力硬管另一端贯穿固定套与动力软管相连；优选的，所述动力硬管与动力软管通过第二转换接头相连。

进一步，所述第一转换接头与活塞杆连接面上设置环形的第二密封槽，在第二密封槽内设置第二密封圈。

进一步，所述活塞杆上设置定位凸台；优选的，远离膨胀锥一侧的活塞套端部设置限位环。

进一步，还包括与套管相匹配的用于封堵端部的堵头，在套管上还设置测量接头；优选的，在测量接头的两侧设置支座，所述支座下部设置底板，所述支座上部设置为弧形的支撑托，套管置于支撑托内，通过盖板和夹紧螺栓与套管紧固。

一种用于膨胀管膨胀的实验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤1：将膨胀管安装于套管内，膨胀管两端分别设置固定套和膨胀锥；

步骤2：进行膨胀实验：将动力源输入到压力腔内，带动活塞套推动膨胀锥向膨胀管移动；

步骤3：对膨胀管进行稳压测试压降。

相对于现有技术，本发明所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置和实验方法具有以下优势：

(1)本发明实验装置可方便取样进行力学实验，避免在千米深的井下作业的困境；(2)本发明实验装置可简单进行膨胀管膨胀实验；(3)本发明实验装置实验得到的数据可用于理论研究和实际生产；(4)本发明实验装置成本低，实用性大，参数可靠性高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种用于膨胀管膨胀实验装置初始位置剖面示意图；

图2为本发明实施例所述的一种用于膨胀管膨胀实验装置工作过程某位置剖面示意图；

图3为本发明实施例所述的活塞杆剖面示意图；

图4为本发明实施例所述的第一转换接头剖面示意图；

图5为本发明实施例所述的固定套剖面示意图；

图6为本发明实施例所述的卡瓦座剖面示意图；

图7为本发明实施例所述的卡瓦定位套剖面示意图；

图8为本发明实施例所述的第二转换接头剖面示意图；

图9为本发明实施例所述的膨胀管抗外挤示意图；

图10为本发明实施例所述的膨胀管抗内压示意图；

图11为本发明实施例所述的侧视示意图。

附图标记说明：

1-套管；11-堵头；12-测量接头；13-支座；14-底板；15-支撑托；16-盖板；17-夹紧螺栓；2-膨胀锥；3-固定套；31-第一凸台定位面；4-活塞套；41-压力腔；42-限位环；5-活塞杆；51-密封部；52-流通口；53-第一密封槽；54-第一密封圈；55-第三密封圈；56-定位凸台；57-导向环；58-导向槽；61-动力硬管；62-动力软管；63-第二转换接头；64-液压泵；71-卡瓦定位套；72-卡瓦座；73-插接端；74-楔形面；75-第二凸台定位面；8-第一转换接头；81-第二密封槽；82-第二密封圈；9-膨胀管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2，一种用于膨胀管膨胀的实验装置，包括套管1，在套管1内设置膨胀锥2，所述膨胀锥2一侧设置用于轴向限位的固定套3，所述膨胀锥2的另一侧设置活塞套4，活塞套4内设置压力腔41，压力腔41带动活塞套4推动膨胀锥2向固定套3方向移动。

活塞杆5与膨胀锥2间隙配合，安装完成后膨胀锥2在活塞套4的推动下可沿活塞杆5表面轴向运动；膨胀锥2锥角为8°到15°适宜。

所述活塞套4内贯穿活塞杆5，伸入活塞套4内的活塞杆5端部设置密封部51，靠近密封部51一端的活塞杆5上设置与压力腔41相连通的流通口52；伸出活塞套4外的活塞杆5贯穿膨胀锥2并延伸至与动力硬管61相连。优选的，沿流通口52的同一平面上在活塞杆5上设置为环周流道，沿环周流道上均匀设置若干个流通口52，适宜为4个。方便压力腔41调节均匀平衡。

动力源可以为液体或者气体；通过流通口52流入或者流出压力腔41。

压力腔41由活塞套4和活塞杆5的密封部51围成，伸入活塞套4内的活塞杆5设置流通口52，实现对压力腔41进行动力源输送，完成对压力腔41的压力调节，进而发挥带动活塞套4推动膨胀锥2移动的作用。

如图3，所述密封部51上设置环形的第一密封槽53，在第一密封槽53内设置第一密封圈54；在密封部51上还设置环形的导向槽58，在导向槽58内设置导向环57；优选的，在靠近膨胀锥2一端的活塞套4上、活塞杆5与活塞套4接触面上设置第三密封圈55。保证压力腔41的密封性。

与膨胀锥2相对一侧的固定套3端部插接设置卡瓦定位套71，所述卡瓦定位套71另一端插接设置卡瓦座72，所述卡瓦座72通过螺栓与动力硬管61相连。

如图5，所述固定套3一端设置第一凸台定位面31，所述膨胀管9与固定套3间隙配合，固定套3设置的第一凸台定位面31一方面起到固定膨胀管9轴线位置的作用，另一方面承受膨胀管9移动趋势作用力。

如图6和图7，所述卡瓦定位套71一端设置第二凸台定位面75，卡瓦定位套71与固定套3通过第二凸台定位面75进行轴向定位；所述卡瓦定位套71另一端内孔设置楔形面74，卡瓦座72设置与楔形面74相匹配的插接端73，卡瓦座72插接于卡瓦定位套71内通过插接端73与楔形面74配合进行定位。

卡瓦定位套71通过楔形面74与卡瓦座72插接端73配合，楔形锥角在1:2到1:5范围。

两瓣卡瓦座72通过螺栓连接，螺栓拧紧后将油管抱紧限制油管轴向运动；卡瓦座72的插接端73另一侧设置卡瓦，卡瓦数量4个到8个。

所述动力硬管61通过第一转换接头8与活塞杆5端部相连；优选的，所述动力硬管61另一端贯穿固定套3与动力软管62相连；动力软管62的另一端与液压泵64相连。

如图8，优选的，所述动力硬管61与动力软管62通过第二转换接头63相连。第二转换接头63两端分别与动力硬管61和动力软管62螺纹连接。

如图4，所述第一转换接头8与活塞杆5连接面上设置环形的第二密封槽81，在第二密封槽81内设置第二密封圈82。

活塞杆5和动力硬管61分别通过第一转换接头8螺纹连接，动力硬管61可采用油管，油管螺纹端倒角10°到20°，配合油管标准螺纹，起到密封作用。在结合第二密封圈82，实现动力硬管61与活塞杆5的密封连接。

所述活塞杆5上设置定位凸台56；定位凸台56用与轴向定位。完成膨胀行程后，进行第二膨胀行程之前，拉动动力硬管61和活塞杆5至定位凸台56与活塞套4端部相接触，进行第二行程定位。

优选的，远离膨胀锥2一侧的活塞套4端部设置限位环42。限位环42通过螺纹与活塞套4连接。当活塞套4在压力的带动下移动，移动到极限位置后，活塞杆5与限位环42接触，实现限位的效果。

如图10，还包括与套管1相匹配的用于封堵端部的堵头11，在套管1上还设置测量接头12。

如图11，优选的，在测量接头12的两侧设置支座13，所述支座13下部设置底板14，所述支座13上部设置为弧形的支撑托15，套管1置于支撑托15内，通过盖板16和夹紧螺栓17与套管1紧固。

支座13通过调节螺栓与底板14连接，底板14上设有螺纹孔，可通过调节螺栓调节支座13水平，进而调节套管1水平。

一种用于膨胀管膨胀的实验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤1：将膨胀管9安装于套管1内，膨胀管9两端分别设置固定套3和膨胀锥2；

步骤2：进行膨胀实验：将动力源输入到压力腔41内，带动活塞套4推动膨胀锥2向膨胀管9移动；

步骤3：对膨胀管9进行稳压测试压降。

具体操作为：步骤1：将套管1居中固定在支座13上，利用调节螺栓调节水平；活塞杆5安装好第一密封圈54后套入活塞套4内，膨胀锥2安装在活塞杆5上，活塞杆5通过第一转换接头8与动力硬管61相连；膨胀管9从活塞套4的另一侧套入套管1内，且一端与膨胀锥2紧贴，另一端设置固定套3；卡瓦定位套71和卡瓦座72依次定位连接；并通过第二转换接头63将动力硬管61与动力软管62相连，动力软管62的另一端与液压泵相连。

步骤2：进行膨胀实验，调节液压泵，由动力软管62、动力硬管61、活塞杆5、流通口52流入到压力腔41内，当压力逐渐增加，活塞套4在压力作用下推动膨胀锥2向膨胀管9方向移动，活塞杆5碰触到限位环42即完成一个行程；完成一个行程后，关闭液压泵，卸载卡瓦座72，移动动力硬管61和活塞杆5，直至定位凸台56与活塞套4端部接触，安装卡瓦座72，进行第二行程。

步骤3：完成膨胀实验后，将套管1中的活塞杆5、活塞套4、膨胀锥2、动力油管、固定套3、卡瓦定位套71全部拆卸；

分别进行第一步稳压测试压降和第二步稳压测试压降；

如图10，第一步稳压测试压降，对膨胀管进行抗内压实验，将两个堵头11分别安装于套管1的两端，测试接头封堵；其中一个堵头11与动力软管62相连，开启液压泵，增压至规定值，稳压，测试压降；

如图9，第二步稳压测试压降，对膨胀管进行抗外挤实验，用两个堵头11分别安装于套管1的两端封堵，动力软管62与测试接头相连，开启液压泵，增压至规定值，稳压，测试压降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制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，均应包含在本发明围之内。

Claims (10)

1.一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：包括套管(1)，在套管(1)内设置膨胀锥(2)，所述膨胀锥(2)一侧设置用于轴向限位的固定套(3)，所述膨胀锥(2)的另一侧设置活塞套(4)，活塞套(4)内设置压力腔(41)，压力腔(41)带动活塞套(4)推动膨胀锥(2)向固定套(3)方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：所述活塞套(4)内贯穿活塞杆(5)，伸入活塞套(4)内的活塞杆(5)端部设置密封部(51)，靠近密封部(51)一端的活塞杆(5)上设置与压力腔(41)相连通的流通口(52)；伸出活塞套(4)外的活塞杆(5)贯穿膨胀锥(2)并延伸至与动力硬管(61)相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：与膨胀锥(2)相对一侧的固定套(3)端部插接设置卡瓦定位套(71)，所述卡瓦定位套(71)另一端插接设置卡瓦座(72)，所述卡瓦座(72)通过螺栓与动力硬管(61)相连。

4.根据权利要求3所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：所述固定套(3)一端设置第一凸台定位面(31)，所述卡瓦定位套(71)一端设置第二凸台定位面(75)，卡瓦定位套(71)与固定套(3)通过第二凸台定位面(75)进行轴向定位；所述卡瓦定位套(71)另一端内孔设置楔形面(74)，卡瓦座(72)设置与楔形面(74)相匹配的插接端(73)，卡瓦座(72)插接于卡瓦定位套(71)内通过插接端(73)与楔形面(74)配合进行定位。

5.根据权利要求2所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：所述密封部(51)上设置环形的第一密封槽(53)，在第一密封槽(53)内设置第一密封圈(54)；在密封部(51)上还设置环形的导向槽(58)，在导向槽(58)内设置导向环(57)；优选的，在靠近膨胀锥(2)一端的活塞套(4)上、活塞杆(5)与活塞套(4)接触面上设置第三密封圈(55)。

6.根据权利要求2所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：所述动力硬管(61)通过第一转换接头(8)与活塞杆(5)端部相连；优选的，所述动力硬管(61)另一端贯穿固定套(3)与动力软管(62)相连；优选的，所述动力硬管(61)与动力软管(62)通过第二转换接头(63)相连。

7.根据权利要求6所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：所述第一转换接头(8)与活塞杆(5)连接面上设置环形的第二密封槽(81)，在第二密封槽(81)内设置第二密封圈(82)。

8.根据权利要求1所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：所述活塞杆(5)上设置定位凸台(56)；优选的，远离膨胀锥(2)一侧的活塞套(4)端部设置限位环(42)。

9.根据权利要求1所述的一种用于膨胀管膨胀的实验装置，其特征在于：还包括与套管(1)相匹配的用于封堵端部的堵头(11)，在套管(1)上还设置测量接头(12)；优选的，在测量接头(12)的两侧设置支座(13)，所述支座(13)下部设置底板(14)，所述支座(13)上部设置为弧形的支撑托(15)，套管(1)置于支撑托(15)内，通过盖板(16)和夹紧螺栓(17)与套管(1)紧固。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的用于膨胀管膨胀的实验装置的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将膨胀管(9)安装于套管(1)内，膨胀管(9)两端分别设置固定套(3)和膨胀锥(2)；

步骤2：进行膨胀实验：将动力源输入到压力腔(41)内，带动活塞套(4)推动膨胀锥(2)向膨胀管(9)移动；

步骤3：对膨胀管(9)进行稳压测试压降。