CN110095219B - 一种封隔器胶筒接触力测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种封隔器胶筒接触力测试装置，包括模拟封隔器与接触力测量装置，模拟封隔器通过液压力压缩待测胶筒，使其延径向扩张并于套筒接触，其中一部分与接触力测量装置接触，通过力传感器测得待测胶筒某一周向区域的接触力；通过旋转驱动装置带动阶梯轴与待测胶筒的转动，即可得到待测胶筒不同周向位置的接触力；通过直线驱动装置使套筒移动，通过微分接触力测量数据即可得到待测胶筒在该区域的轴向应力分布。

Description

一种封隔器胶筒接触力测试装置
技术领域
本发明属于封隔器密封技术领域，特别涉及一种封隔器胶筒接触力测试装置。
背景技术
封隔器胶筒作为油、气田分层开采工艺不可或缺的井下工具之一，广泛用于钻井、固井、完井、注水、气举等采油作业过程中。封隔器胶筒可分为扩张式和压缩式两种，工业中主要采用的是压缩式封隔器胶筒，其工作原理是通过轴向压缩其中的弹性胶筒，使其沿径向扩张并与套管壁面产生一定的接触力，从而实现密封分层效果。
作为封隔器核心零部件，胶筒的密封性能对分层开采工艺的好坏有着巨大的影响，在入井作业之前，必须对其进行严格的密封性能检测，以保障井下作业的可靠性。对于密封而言，接触力是最重要的性能指标之一，直接影响到整个系统的泄漏率，所以对封隔器胶筒接触力的检测非常重要。但是，目前针对封隔器胶筒接触力的测试装置还不够成熟，无法对封隔器胶筒的周向以及轴向的接触力分布进行精确的测量。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种封隔器胶筒接触力测试装置，可以对封隔器胶筒的周向以及轴向的接触力分布进行测试。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种封隔器胶筒接触力测试装置，包括连接有直线驱动装置的套筒5，套筒5布置于机架6上并受其约束在直线驱动装置带动下可沿轴向进行直线往复运动，套筒5的侧壁开有贯通的条形缺口，T形测力块9的头部位于套筒5中并被该条形缺口阻挡，尾部从该条形缺口伸出，穿过导轨10与压板12接触，导轨10固定在套筒5的底座上，压板12通过第一力传感器11与第二力传感器7固定在机架6的侧壁上，套筒5中设置有与其轴向平行的阶梯轴3，阶梯轴3两端为细轴，中间为粗轴，其下端细轴穿过机架6底面与一个旋转驱动装置相连，下端阶梯处与机架6接触，上端细轴套有待测胶筒4与加载筒2，加载筒2在待测胶筒4上方，加载筒2上端阶梯处与加载盘1接触，加载盘1与一个液压系统相连。
所述待测胶筒4与套筒5之间有软薄膜8。
所述软薄膜8材料的选择，以软薄膜8与套筒5之间的摩擦系数尽可能减小套筒5对待测胶筒4的约束为目标。即，软薄膜8与套筒5之间有较小的摩擦系数以减小套筒5对待测胶筒4的约束。
所述阶梯轴3与机架6之间、加载筒2与加载盘1之间均设置有既能承受压力又能转动的装置。
所述既能承受压力又能转动的装置可以为推力球轴承。
本发明通过第一力传感器11与第二力传感器7测得待测胶筒4周向某一区域的接触力，再通过待测胶筒4的转动与套筒5的移动，分析测量出的接触力曲线即可得到待测胶筒4在周向以及径向上的接触力分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用一测力装置测得胶筒周向部分区域的接触力，当旋转驱动装置带动胶筒转动时，即可通过测出的接触力曲线分析得到胶筒的周向接触力分布。
2、当直线驱动装置驱动套筒移动时，即可通过测出的接触力曲线分析得到胶筒的轴向接触力分布。
3、在胶筒与套筒之间放置特定材料制成的软薄膜，其与套筒材料摩擦系数应很小，在不影响接触力测量的情况下减小套筒对胶筒的摩擦约束力。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为套筒侧壁与T形测力块细节图(左视图)。
图3为套筒侧壁与T形测力块细节图(俯视图)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种封隔器胶筒接触力测试装置，包括模拟封隔器与接触力测量装置。模拟封隔器包括套筒5，套筒5布置于机架6上并受到机架6的约束，可以沿着轴向进行直线往复运动，一个直线驱动装置与套筒5相连为其直线运动提供动力。如图2和图3，套筒5侧壁开有贯通的条形缺口，条形缺口与T形测力块9的头部配合，即，T形测力块9的头部位于套筒5中并被该条形缺口阻挡，尾部从该条形缺口伸出，穿过导轨10与压板12接触，导轨10固定在套筒5的底座上，压板12则通过第一力传感器11与第二力传感器7固定在机架6的侧壁上，套筒5中设置有与其轴向平行的阶梯轴3，阶梯轴3两端为细轴，中间为粗轴，其下端细轴穿过机架6底面与一个旋转驱动装置相连，下端阶梯处与机架6接触，上端细轴套有待测胶筒4与加载筒2，加载筒2在待测胶筒4上方，在待测胶筒4与套筒5之间有软薄膜8，加载筒2上端阶梯处与加载盘1接触，加载盘1与一个液压系统相连。其中，阶梯轴3与机架6之间、加载筒2与加载盘1之间均可设置推力球轴承。
本发明中，固体材料可选用不锈钢，软薄膜8可选用聚乙烯软薄膜，配合润滑油使两者摩擦系数尽量小。
本发明的工作原理为：测试过程中，通过液压系统带动加载盘1下移，加载筒2再将力施加在待测胶筒4上，使其产生径向扩张而与套筒5以及T形测力块9接触，模拟真实工况加载。T形测力块9则将待测胶筒4对其的接触力传递到压板12上，由第一力传感器11与第二力传感器7测出接触力的大小。驱动阶梯轴3转动，阶梯轴3通过摩擦力带动待测胶筒4转动，从而可以测量出待测胶筒4不同周向位置的接触力曲线；驱动套筒5上移，待测胶筒4与T形测力块9的接触区域会慢慢减少，通过对测出的接触力曲线进行微分即可得到待测胶筒4在接触区域的轴向接触力分布。

Claims (6)

1.一种封隔器胶筒接触力测试装置，其特征在于，包括连接有直线驱动装置的套筒(5)，套筒(5)布置于机架(6)上并受其约束在直线驱动装置带动下沿轴向进行直线往复运动，套筒(5)的侧壁开有贯通的条形缺口，T形测力块(9)的头部位于套筒(5)中并以间隙配合的方式嵌入条形缺口中，尾部从该条形缺口伸出，穿过导轨(10)与压板(12)接触，导轨(10)固定在套筒(5)的底座上，压板(12)通过力传感器固定在机架(6)的侧壁上，套筒(5)中设置有与其轴向平行的阶梯轴(3)，阶梯轴(3)两端为细轴，中间为粗轴，其下端细轴穿过机架(6)底面与一个旋转驱动装置相连，下端阶梯处与机架(6)接触，上端细轴套有待测胶筒(4)与加载筒(2)，加载筒(2)在待测胶筒(4)上方，加载筒(2)上端阶梯处与加载盘(1)接触，加载盘(1)与一个液压系统相连，所述阶梯轴(3)与机架(6)之间、加载筒(2)与加载盘(1)之间均设置有既能承受压力又能转动的装置。
2.根据权利要求1所述封隔器胶筒接触力测试装置，其特征在于，所述待测胶筒(4)与套筒(5)之间有软薄膜(8)。
3.根据权利要求2所述封隔器胶筒接触力测试装置，其特征在于，所述软薄膜(8)材料的选择，以软薄膜(8)与套筒(5)之间的摩擦系数尽可能减小套筒(5)对待测胶筒(4)的约束为目标。
4.根据权利要求1所述封隔器胶筒接触力测试装置，其特征在于，所述既能承受压力又能转动的装置为推力球轴承。
5.根据权利要求1所述封隔器胶筒接触力测试装置，其特征在于，所述力传感器包括位于不同高度位置的第一力传感器(11)与第二力传感器(7)。
6.根据权利要求1或5所述封隔器胶筒接触力测试装置，其特征在于，通过传感器测得待测胶筒(4)周向某一区域的接触力，再通过待测胶筒(4)的转动与套筒(5)的移动，分析测量出的接触力曲线即可得到待测胶筒(4)在周向以及径向上的接触力分布。
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