CN112485184B - 封隔器胶筒实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种封隔器胶筒实验装置及其实验方法，装置包括：釜体；中心杆，其设置于釜体内，且中心杆与釜体之间形成环形空间；胶筒，其套设于中心杆上；胶筒与中心杆之间围成密封空间；进液机构，其设置于釜体上，且进液机构与密封空间相连通；进液机构用于向密封空间内注入液体以使胶筒能在液体的作用下发生膨胀并与釜体的内壁相贴合且将环形空间分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室；第一进气机构，其与环形空间相连通，用于向第一腔室内注入气体；第一压力传感器，其用于检测第二腔室内的气体的压力；本申请实施方式提供了一种实验成本低、效率高且能真实模拟实际工况的封隔器胶筒实验装置及其实验方法。

Description

封隔器胶筒实验装置及其实验方法

技术领域

本申请涉及一种封隔器胶筒实验装置及其实验方法。

背景技术

封隔器胶筒作为封隔器的核心部件，起到对油管与套管环空的密封作用，实现对地层间的有效封隔。封隔器的最主要失效形式就是由于封隔器胶筒的破坏所导致的失效。随着油气开采深度的不断增加与开采工况的日益复杂，对于封隔器胶筒的耐介质、耐高温、耐高压性能的要求也逐渐提升。

现有技术中封隔器胶筒实验装置多针对于压缩式封隔器，少数用于扩张式封隔器胶筒实验的实验装置则需要将封隔器胶筒装配到封隔器中，对整个封隔器进行坐封实验，且无法模拟含介质、高温、高压等实际工况，造成实验成本高，效率低；进而影响封隔器的设计与使用效果，致使其难以判断油田中的复杂环境对封隔器的真实影响，带来安全隐患。

因此，有必要提出一种封隔器胶筒实验装置及其实验方法，以能解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施方式提供了一种实验成本低、效率高且能真实模拟实际工况的封隔器胶筒实验装置及其实验方法。

为实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案：一种封隔器胶筒实验装置，包括：釜体；中心杆，其设置于所述釜体内，且所述中心杆与所述釜体之间形成环形空间；胶筒，其套设于所述中心杆上；所述胶筒与所述中心杆之间围成密封空间；进液机构，其设置于所述釜体上，且所述进液机构与所述密封空间相连通；所述进液机构用于向所述密封空间内注入液体以使所述胶筒能在液体的作用下发生膨胀并与所述釜体的内壁相贴合且将所述环形空间分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室；第一进气机构，其与所述环形空间相连通，用于向所述第一腔室内注入气体；第一压力传感器，其用于检测所述第二腔室内的气体的压力。

作为一种优选的实施方式，所述进液机构包括套设于所述中心杆外的注入套和贯穿所述釜体侧壁的进液管；所述注入套的下端与所述胶筒的上端密封连接，所述进液管与所述注入套相连通。

作为一种优选的实施方式，所述注入套的侧壁上设置有用于供所述进液管密封穿设的通孔。

作为一种优选的实施方式，所述釜体的顶壁上设置有固定座，所述固定座具有底壁面和围设在底壁面上的侧壁面，所述注入套的上端密封套设于所述侧壁面上，所述中心杆的上端密封连接于所述底壁面上。

作为一种优选的实施方式，所述固定座的底壁面上设置有向上凹陷的凹槽，所述中心杆的上端密封嵌设于所述凹槽内。

作为一种优选的实施方式，所述中心杆的外壁上设置有动密封机构，所述动密封机构密封所述胶筒的下端。

作为一种优选的实施方式，所述动密封机构包括套设在所述中心杆上的密封套和密封所述密封套与所述中心杆之间的间隙的动密封件。

作为一种优选的实施方式，所述釜体包括本体、法兰和釜盖；所述本体具有敞口，所述法兰套设于所述本体上且所述法兰与所述釜盖密封配合；以使所述釜盖能密封所述敞口。

作为一种优选的实施方式，所述釜体外还套设有加热套。

一种利用如上述的封隔器胶筒实验装置的实验方法，其包括：向釜体内注入模拟工况的液体；通过进液机构向密封空间内注入液体以使胶筒能在液体的作用下发生膨胀并与所述釜体的内壁相贴合且将环形空间分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室；通过第一进气机构向第一腔室内注入气体；通过第一压力传感器检测第二腔室内的气体的压力。

借由以上的技术方案，本申请实施方式所述的封隔器胶筒实验装置及其实验方法通过设置中心杆、进液机构使得胶筒与中心杆之间围成密封空间；且进液机构能向该密封空间内注入液体以使胶筒能在液体的作用下发生膨胀并与釜体的内壁相贴合；如此，相对于现有技术，本申请实施方式所述的封隔器胶筒实验装置无需将胶筒装配到封隔器中，只需要通过进液机构向密封空间内注入液体，即可使得胶筒进行扩张并坐封，因此实验成本低，效率高。进一步地，本申请实施方式所述的封隔器胶筒实验装置可以通过向釜体内注入模拟工况的液体以实现真实模拟含介质、高温、高压等实际工况。因此，本申请实施方式提供了一种实验成本低、效率高且能真实模拟实际工况的封隔器胶筒实验装置及其实验方法。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请实施方式的封隔器胶筒实验装置的结构示意图。

附图标记说明：

11、釜体；12、中心杆；13、环形空间；14、胶筒；15、第一压力传感器；17、第二压力传感器；19、注入套；21、进液管；29、通孔；31、固定座；33、凹槽；35、动密封机构；37、本体；39、法兰；41、釜盖；43、第一加热套；45、第二加热套；47、第三加热套；49、第一开关阀门；51、第二开关阀门；53、第三开关阀门；55、第四开关阀门；57、进气管；59、第一温度传感器；61、第二温度传感器；63、扶正器；65、出液管；67、吊装环；69、支架。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

请参阅图1，本实施方式所提供的一种封隔器胶筒14实验装置，包括：釜体11；中心杆12，其设置于所述釜体11内，且所述中心杆12与所述釜体11之间形成环形空间13；胶筒14，其套设于所述中心杆12上；所述胶筒14与所述中心杆12之间围成密封空间；进液机构，其设置于所述釜体11上，且所述进液机构与所述密封空间相连通；所述进液机构用于向所述密封空间内注入液体以使所述胶筒14能在液体的作用下发生膨胀并与所述釜体11的内壁相贴合且将所述环形空间13分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室；第一进气机构，其与所述环形空间13相连通，用于向所述第一腔室内注入气体；第一压力传感器15，其用于检测所述第二腔室内的气体的压力。

由以上方案可以看出，本申请实施方式所述的封隔器胶筒14实验装置通过设置中心杆12、进液机构使得胶筒14与中心杆12之间围成密封空间；且进液机构能向该密封空间内注入液体以使胶筒14能在液体的作用下发生膨胀并与釜体11的内壁相贴合；如此，相对于现有技术，本申请实施方式所述的封隔器胶筒14实验装置无需将胶筒14装配到封隔器中，只需要通过进液机构向密封空间内注入液体，即可使得胶筒14进行扩张并坐封，因此实验成本低，效率高。进一步地，本申请实施方式所述的封隔器胶筒14实验装置可以通过向釜体11内注入模拟工况的液体以实现真实模拟含介质、高温、高压等实际工况。

如图1所示，在本实施方式中，釜体11整体上呈中空结构。该中空部分形成用于检测的空腔。

在一个实施方式中，如图1所示，釜体11包括本体37、法兰39和釜盖41。具体地，如图1所示，该本体37整体上呈中空的筒状。当然该本体37不限于为筒状，还可以是其他的形状，例如管状。进一步地，该本体37具有敞口。例如如图1所示，该本体37的敞口向上敞开。更具体地，该本体37包括底板和围设在底板上的侧板。该底板和侧板围成向上敞开的中空部分。

进一步地，法兰39套设于本体37上且法兰39与釜盖41密封配合；以使釜盖41能密封敞口。例如如图1所示，法兰39密封套设于本体37的上端。釜盖41位于法兰39的上方。釜盖41与法兰39之间通过斜面密封配合。进而釜盖41能密封敞口。从而釜盖41、本体37与法兰39之间形成密封的空腔。从而当釜体11能对该密封的空腔内的流体进行密封，以避免对影响胶筒14检测的准确性。

在本实施方式中，釜体11内设置有中心杆12。具体地，例如如图1所示，中心杆12设置于空腔中。且中心杆12与釜体11同轴设置。中心杆12呈实心结构。中心杆12与釜体11之间形成环形空间13。

在一个实施方式中，釜体11的顶壁上设置有固定座31。固定座31具有底壁面和围设在底壁面上的侧壁面。例如如图1所示，固定座31整体上呈实心的柱状。固定座31固定于釜盖41上。该固定方式可以是螺钉固定、螺栓固定、焊接固定、一体成型固定等，对此本申请不作规定。具体地，釜盖41上设置有向下敞开的开槽。该固定座31嵌设于该开槽内，且该固定座31与开槽过盈配合。

进一步地，中心杆12的上端密封连接于底壁面上。如此釜体11的空腔内的流体不会从中心杆12与釜盖41之间泄露。优选地，例如如图1所示，固定座31的底壁面上设置有向上凹陷的凹槽33。中心杆12的上端密封嵌设于凹槽33内。

在本实施方式中，中心杆12上套设有胶筒14。该胶筒14与中心杆12之间围成密封空间。从而胶筒14能在密封空间的液体的压力下发生膨胀并与釜体11的内壁相贴合，进而完成坐封。

进一步地，当胶筒14与釜体11的内壁相贴合时，胶筒14将环形空间13分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室。例如如图1所示，该第一腔室位于第二腔室的下方。当然，该第一腔室也可以位于第二腔室的上方。

在本实施方式中，釜体11上设置有进液机构。该进液机构与密封空间相连通。该进液机构用于向密封空间内注入液体。该液体可以为水。当然该液体不限于为水，还可以是其他的液体，对此本申请不作规定。

在一个实施方式中，进液机构包括套设于中心杆12外的注入套19和贯穿釜体11侧壁的进液管21。例如如图1所示，注入套19套设于中心杆12的上端。且注入套19位于胶筒14的上端。进一步地，注入套19的下端与胶筒14的上端密封连接。该连接方式可以是螺纹连接、螺栓连接、焊接、一体成型等。具体地，胶筒14的上端连接有上接头。该上接头与注入套19的下端螺纹连接。进一步地，进液管21与注入套19相连通。从而进液管21能与密封空间相连通，进而能通过进液管21向密封空间内注入液体。进一步地，釜盖41上设置有贯通的贯通通道。该进液管21密封穿设于该贯通通道内。且进液管21的外端上设置有第四开关阀门。从而能在釜体11的外部通过向进液管21内输入液体，使得以液体能注入密封空间内。进一步地，注入套19的侧壁上设置有用于供进液管21密封穿设的通孔29。从而进液管21能密封穿设于该通孔29内，以能与密封空间相连通。

进一步地，注入套19的上端密封套设于侧壁面上。从而注入套19、固定座31以及中心杆12能对密封空间的上端进行密封。具体地，固定座31的侧壁面上设置有外螺纹。注入套19的上端内设置有能与该外螺纹相配合的内螺纹。

在一个实施方式中，中心杆12的外壁上设置有动密封机构35。该动密封机构35密封胶筒14的下端。从而动密封机构35、胶筒14、中心杆12、注入套19以及固定座31之间形成密封空间。从而当进液管21向该密封空间内输入液体时，该胶筒14能带动动密封机构35沿中心杆12移动，进而使得密封空间始终维持密封状态且该胶筒14能在该液体的作用下向外膨胀。

进一步地，动密封机构35包括套设在中心杆12上的密封套和密封密封套与中心杆12之间的间隙的动密封件。具体地，胶筒14的下端连接有下接头。该密封套的上端与下接头螺纹连接。密封套的内壁上设置有环形槽。该动密封件嵌设于该环形槽内。该动密封件可以是O型圈。当然该动密封件不限于为O型圈，还可以是其他的材料，例如密封填料等，对此本申请不作规定。

在本实施方式中，第一进气机构与环形空间13相连通。该第一进气机构用于向第一腔室内注入气体。从而能检测胶筒14在第一腔室内的气体的作用下的失效情况。进一步地，该气体可以是腐蚀气体。从而可以检测胶筒14的腐蚀性。

进一步地，该第一进气机构包括贯穿釜体11的本体37的进气管57和设置于进气管57上的第一开关阀。例如如图1所示，釜体11的本体37的底板上设置有贯穿孔。进气管57密封穿设于该贯穿孔。第一进气阀设置于进气管57的左端。

在本实施方式中，第一压力传感器15用于检测第二腔室内的气体的压力。从而当胶筒14坐封后能通过第一压力传感器15检测第二腔室内气体的压力变化，进而获取胶筒14破损的情况。进一步地，如图1所示，釜盖41上设置有三通连接器。该三通连接器的第一端伸入第二腔室内，第二端上设置有第一压力传感器15，第三端上设置有第二开关阀门51。

进一步地，该釜体11上设置有第二压力传感器17。该第二压力传感器17用于检测第一腔室内的压力。具体地，如图1所示，第二压力传感器17设置于釜体11的底板上。

进一步地，釜体11外还套设有加热套。从而可以通过该加热套对釜体11内环形空间13内的液体进行加温，以模拟实际工况中高温高压的环境。具体地，该加热套包括依次套设于釜体11本体37上的第一加热套43、第二加热套45和第三加热套47。

进一步地，该釜体11上设置有第一温度传感器59和第二温度传感器61。该第一温度传感器59和第二温度传感器61分别用于检测第一腔室和第二腔室内的温度。具体地，如图1所示，第一温度传感器59设置于釜体11的底板上。第二温度传感器61设置于釜盖41上。

进一步地，该中心杆12上设置有扶正器63。该扶正器63用于对中心杆12进行扶正，以避免中心杆12在釜体11内移动。具体地，如图1所示，扶正器63设置于中心杆12的下端。

进一步地，该釜体11上设置有出液机构。该出液机构用于排出环形空间13内的液体。具体地，如图1所示，该出液机构包括贯穿釜体11的底板的出液管65和设置于出液管65上的第三开关阀门53。

进一步地，该釜体11上设置有吊装环67。该吊装环67用于供外界设备对釜体11进行吊装。具体地，如图1所示，吊装环67设置于釜盖41上。

进一步地，该釜体11上设置有支架69。该支架69用于对釜体11进行支撑。具体地，如图1所示，釜体11放置于该支架69上。

本申请实施方式还提供了一种利用上述的封隔器胶筒14实验装置的实验方法，其包括：向釜体11内注入模拟工况的液体；通过进液机构向密封空间内注入液体以使胶筒14能在液体的作用下发生膨胀并与所述釜体11的内壁相贴合且将环形空间13分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室；通过第一进气机构向第一腔室内注入气体；通过第一压力传感器15检测第二腔室内的气体的压力。

由以上方案可以看出，本申请实施方式所述的封隔器胶筒14实验方法通过向釜体11内注入模拟工况的液体；且进液机构向密封空间内注入液体以使胶筒14能在液体的作用下发生膨胀并与釜体11的内壁相贴合；如此能实现真实模拟含介质、高温、高压等实际工况，且实验成本低，效率高。

在本实施方式中，步骤向釜体11内注入模拟工况的液体。具体地，可以是首先打开釜盖41以向釜体11内注入模拟工况的液体。然后盖上釜盖41并将釜体11通过吊装环67放置于支架69上，并关闭第一开关阀门49、第二开关阀门51、第三开关阀门53、第四开关阀门55。

进一步地，在向釜体11内注入模拟工况的液体后，打开釜体11上第一加热套43、第二加热套45和第三加热套47，调节至实验温度，通过观察第一温度传感器59和第二温度传感器61实时监测釜内温度变化。

在本实施方式中，步骤通过进液机构向密封空间内注入液体以使胶筒14能在液体的作用下发生膨胀并与所述釜体11的内壁相贴合且将环形空间13分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室。具体地，打开第四开关阀门55，将液体通过进液管21注入胶筒14内；此时，胶筒14在液压的作用下发生膨胀，中心杆12动密封机构35上滑，直至胶筒14外壁与釜体11内壁完全贴合。

在本实施方式中，通过第一进气机构向第一腔室内注入气体；通过第一压力传感器15检测第二腔室内的气体的压力。具体地，首先打开第一开关阀门49，通过进气管57向釜内注入腐蚀气体，逐渐增加压力，通过第二压力传感器17观测釜内压力变化，直至调节至实验所需压差。然后通过釜盖41上的第一压力传感器15观测胶筒14坐封后上端的压力变化以评价胶筒14的坐封性能。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (7)

1.一种封隔器胶筒实验装置，其特征在于，包括：

釜体；

中心杆，其设置于所述釜体内，且所述中心杆与所述釜体之间形成环形空间；

胶筒，其套设于所述中心杆上；所述胶筒与所述中心杆之间围成密封空间；

进液机构，其设置于所述釜体上，且所述进液机构与所述密封空间相连通；所述进液机构用于向所述密封空间内注入液体以使所述胶筒能在液体的作用下发生膨胀并与所述釜体的内壁相贴合且将所述环形空间分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室；

第一进气机构，其与所述环形空间相连通，用于向所述第一腔室内注入气体；

第一压力传感器，其用于检测所述第二腔室内的气体的压力；第二压力传感器，其用于检测第一腔室内的压力；第一温度传感器，其用于检测第一腔室内的温度；第二温度传感器，其用于检测第二腔室内的温度；

所述进液机构包括套设于所述中心杆外的注入套和贯穿所述釜体侧壁的进液管；所述注入套的下端与所述胶筒的上端密封连接，所述进液管与所述注入套相连通；所述注入套的侧壁上设置有用于供所述进液管密封穿设的通孔；

所述釜体外还套设有加热套。

2.根据权利要求1所述的封隔器胶筒实验装置，其特征在于，所述釜体的顶壁上设置有固定座，所述固定座具有底壁面和围设在底壁面上的侧壁面，所述注入套的上端密封套设于所述侧壁面上，所述中心杆的上端密封连接于所述底壁面上。

3.根据权利要求2所述的封隔器胶筒实验装置，其特征在于，所述固定座的底壁面上设置有向上凹陷的凹槽，所述中心杆的上端密封嵌设于所述凹槽内。

4.根据权利要求1所述的封隔器胶筒实验装置，其特征在于，所述中心杆的外壁上设置有动密封机构，所述动密封机构密封所述胶筒的下端。

5.根据权利要求4所述的封隔器胶筒实验装置，其特征在于，所述动密封机构包括套设在所述中心杆上的密封套和密封所述密封套与所述中心杆之间的间隙的动密封件。

6.根据权利要求1所述的封隔器胶筒实验装置，其特征在于：所述釜体包括本体、法兰和釜盖；所述本体具有敞口，所述法兰套设于所述本体上且所述法兰与所述釜盖密封配合；以使所述釜盖能密封所述敞口。

7.一种利用如权利要求1所述的封隔器胶筒实验装置的实验方法，其特征在于，其包括：

向釜体内注入模拟工况的液体；

通过进液机构向密封空间内注入液体以使胶筒能在液体的作用下发生膨胀并与所述釜体的内壁相贴合且将环形空间分隔成相互独立的第一腔室和第二腔室；

通过第一进气机构向第一腔室内注入气体；

通过第一压力传感器检测第二腔室内的气体的压力。

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