CN211008617U - 一种隔离密封完整性检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔离密封完整性检测装置，包括验封工作筒和验封仪器串，所述验封仪器串包括从上至下依次密封连接的上压力计护筒、上压力安装座、内部过流短节、流量计上接头、流量计和流量计下接头，在所述上压力计护筒内装有上压力计，所述上压力计由所述上压力安装座支撑。内置流量计和压力计，用于测量油套环空和装置内环空的压差以及隔离密封的漏失流量。本实用新型通过检测装置内置的流量计和压力计测得油套环空和装置内环空的压差以及隔离密封的漏失流量，通过计算公式可计算出隔离密封与套管的偏心距，进而定量地获知隔离密封的完整性状况，准确确定隔离密封的密封性能，从而选择适当的插入密封类别，保证分层注水效果。

Description

一种隔离密封完整性检测装置

技术领域

本实用新型涉及属于海上油田井下隔离密封完整性检测的技术领域，特别适用海上油田分层开采井下隔离密封由于长期在井下作业受到磨损、腐蚀导致无法对隔离密封进行完整性检测的情况。

背景技术

由于油层的非均质性，各层的地层压力不同，只有根据具体地层油藏参数，采取不同开采方式，才能提高开采效率。分层开采可提高单井的利用效率。插入密封与隔离密封配合组成的密封总成的质量好坏直接决定着分层效果的优劣。根据现在工艺设计要求，井下实施分层注水工艺，需要对密封总成中的隔离密封进行检测。

目前海上油田利用带有插入密封的、带孔的管柱对隔离密封进行检测，管柱下入对应的隔离密封中，管内打压，通过井口压力变化定性判断隔离密封是否存在破损，不能定量地判断漏失。也无法判断生产管柱与隔离密封构成的隔离密封总成是否有密封缺陷，若油管密封失效，会导致检测不准确。并且油田泵压不稳压，压力波动较大，有引发提前坐封的可能，若管柱提前坐封，将导致无法检测。因此，需要定量判断隔离密封的密封状态，从而选择合适的入井插入密封，保证分层注水效果，对油田开发生产，增产稳产具有重要的社会效益和推广应用价值。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种隔离密封完整性检测装置，该装置能够测得用于定量判断隔离密封完整性的压差和流量。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种隔离密封完整性检测装置，包括验封工作筒和验封仪器串，所述验封工作筒包括从上至下依次密封连接的工作筒上接头、外部过流短节、流量计短节和工作筒下接头，在所述流量计短节上设有水嘴以及位于所述水嘴上方的密封模块Ⅰ和位于所述水嘴上方的密封模块Ⅱ，检测时，所述密封模块Ⅰ和所述密封模块Ⅱ密封在被检隔离密封内部；所述验封仪器串包括从上至下依次密封连接的上压力计护筒、上压力安装座、内部过流短节、流量计上接头、流量计和流量计下接头，在所述上压力计护筒内装有上压力计，所述上压力计由所述上压力安装座支撑，在所述上压力安装座内设有传压腔Ⅰ和与所述传压腔Ⅰ连通的传压孔Ⅰ，所述验封仪器串压装在所述验封工作筒内，顶部设有压环，所述压环与所述工作筒上接头固接，所述流量计下接头与所述工作筒下接头密封固接，所述流量计上接头与所述流量计短节的上端部密封固接，所述内部过流短节设有封头和过流筒，所述内部过流短节的封头和所述上压力安装座分别与所述外部过流短节密封固接，在所述压环上设有桥式通道Ⅰ，在所述工作筒上接头与所述上压力计护筒之间构成有装置内环空Ⅰ，在所述上压力计护筒上设有与所述装置内环空Ⅰ连通的传压孔Ⅱ，所述传压孔Ⅱ将所述装置内环空Ⅰ的压力传递给所述上压力计，在所述外部过流短节上设有桥式通道Ⅱ和传压孔Ⅲ，所述传压孔Ⅲ与所述传压孔Ⅰ连通，将油套环空的压力通过所述传压腔Ⅰ传递给所述上压力计，在所述外部过流短节和所述内部过流短节的过流筒之间构成有位于所述桥式通道Ⅱ下方的装置内环空Ⅱ，在所述内部过流短节的过流筒上设有连通所述装置内环空Ⅱ与所述内部过流短节的过流筒内部的过流孔，在所述流量计短节与所述流量计之间构成有装置内环空Ⅲ，所述桥式通道Ⅰ、所述装置内环空Ⅰ、所述桥式通道Ⅱ、所述装置内环空Ⅱ、所述内部过流短节的过流筒、所述流量计上接头、所述流量计、所述装置内环空Ⅲ和所述水嘴从上至下依次连通构成流量测量通路。

在所述流量计下接头的下方设有与其连接的下压力计护筒，在所述下压力计护筒的下方设有与其连接的导向头，在所述下压力计护筒内装有下压力计，所述下压力计由所述导向头支撑，在所述导向头内设有传压腔Ⅱ和与所述传压腔Ⅱ连通的传压孔Ⅳ，所述下压力护筒和所述导向头位于所述工作筒下接头内部，在所述工作筒下接头与所述下压力计护筒和所述导向头之间构建有装置内环空Ⅳ，在所述工作筒下接头上设有与所述装置内环空Ⅳ连通的传压孔Ⅴ，在所述下压力计护筒上设有与所述装置内环空Ⅳ连通的传压孔Ⅵ，油套环空的压力依次经过所述装置内环空Ⅳ、所述传压孔Ⅳ和所述传压腔Ⅱ传递给所述下压力计，油套环空的压力依次经过所述传压孔Ⅴ、所述装置内环空Ⅳ和所述传压孔Ⅵ传递给所述下压力计。

所述密封模块Ⅰ和所述密封模块Ⅱ各有两道，其中两道所述密封模块Ⅰ和一道所述密封模块Ⅱ均固装在所述流量计短节上，另一道所述密封模块Ⅱ固装在所述工作筒下接头上。

本实用新型具有的优点和积极效果是：通过检测装置内置的流量计和压力计测得油套环空和装置内环空的压差以及隔离密封的漏失流量，通过计算公式计算出隔离密封与套管的偏心距，进而定量地获知隔离密封的完整性状况，准确确定隔离密封的密封性能，从而选择适当的插入密封类别，保证分层注水效果。并且采用本实用新型提供的检测装置可以判定隔离密封总成是否有密封缺陷，且不存在提前坐封不能检测的问题。

附图说明

图1为本实用新型一种隔离密封完整性检测装置的结构示意图；

图2为图1的C-C剖面图；

图3为本实用新型一种隔离密封完整性检测装置的验封工作筒结构示意图；

图4为图3的C-C剖面图；

图5为本实用新型一种隔离密封完整性检测装置的验封仪器串结构示意图；

图6为图5的D-D剖面图；

图7为本实用新型一种隔离密封完整性检测装置应用的结构示意图；

图8为应用本实用新型测得数据计算隔离密封完整性的原理图。

图中：1、验封工作筒；1-1、工作筒上接头；1-2、外部过流短节；1-2-1、桥式通道Ⅱ；1-2-2、传压孔Ⅲ；1-3、流量计短节；1-4、工作筒下接头；1-4-1、传压孔Ⅴ；1-5、密封模块Ⅰ；1-6、水嘴；1-7、密封模块Ⅱ；

2、验封仪器串；2-1、上压力计护筒；2-1-1、传压孔Ⅱ；2-2、上压力安装座；2-2-1、传压腔Ⅰ；2-2-2、传压孔Ⅰ；2-3、内部过流短节；2-3-1、过流孔；2-4、流量计上接头； 2-5、流量计；2-6、流量计下接头；2-7、上压力计；2-8、下压力计护筒；2-8-1、传压孔Ⅵ；2-9、导向头；2-9-1、传压腔Ⅱ；2-9-2、传压孔Ⅳ；2-10、下压力计；

3、压环；3-1、桥式通道Ⅰ；

4-1、装置内环空Ⅰ；4-2、装置内环空Ⅱ；4-3、装置内环空Ⅲ；4-4、装置内环空Ⅳ。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图6，一种隔离密封完整性检测装置，包括验封工作筒1和验封仪器串2。

所述验封工作筒包括从上至下依次密封连接的工作筒上接头1-1、外部过流短节1-2、流量计短节1-3和工作筒下接头1-4，在所述流量计短节1-3上设有水嘴1-6以及位于所述水嘴1-6上方的密封模块Ⅰ1-5和位于所述水嘴上方的密封模块Ⅱ1-7，检测时，所述密封模块Ⅰ1-5和所述密封模块Ⅱ1-7密封在被检隔离密封内部。

所述验封仪器串2包括从上至下依次密封连接的上压力计护筒2-1、上压力安装座2-2、内部过流短节2-3、流量计上接头2-4、流量计2-5和流量计下接头2-6，在所述上压力计护筒2-1内装有上压力计2-7，所述上压力计2-7由所述上压力安装座2-2支撑，在所述上压力安装座2-2内设有传压腔Ⅰ2-2-1和与所述传压腔Ⅰ2-2-1连通的传压孔Ⅰ 2-2-2。

所述验封仪器串2压装在所述验封工作筒1内，顶部设有压环3，所述压环3与所述工作筒上接头1-1固接。

所述流量计下接头2-6与所述工作筒下接头1-4密封固接。

所述流量计上接头2-4与所述流量计短节1-3的上端部密封固接。

所述内部过流短节2-3设有封头和过流筒，所述内部过流短节2-3的封头和所述上压力安装座2-2分别与所述外部过流短节1-2密封固接。

在所述压环3上设有桥式通道Ⅰ3-1。

在所述工作筒上接头1-1与所述上压力计护筒2-1之间构成有装置内环空Ⅰ4-1。

在所述上压力计护筒2-1上设有与所述装置内环空Ⅰ4-1连通的传压孔Ⅱ2-1-1，所述传压孔Ⅱ2-1-1将所述装置内环空Ⅰ4-1的压力传递给所述上压力计2-7。

在所述外部过流短节1-2上设有桥式通道Ⅱ1-2-1和传压孔Ⅲ1-2-2，所述传压孔Ⅲ 1-2-2与所述传压孔Ⅰ2-2-2连通，将油套环空的压力通过所述传压腔Ⅰ2-2-1传递给所述上压力计2-7。

在所述外部过流短节1-2和所述内部过流短节2-3的过流筒之间构成有位于所述桥式通道Ⅱ1-2-1下方的装置内环空Ⅱ4-2。

在所述内部过流短节2-3的过流筒上设有连通所述装置内环空Ⅱ4-2与所述内部过流短节2-3的过流筒内部的过流孔2-3-1。

在所述流量计短节1-3与所述流量计2-5之间构成有装置内环空Ⅲ4-3。

所述桥式通道Ⅰ3-1、所述装置内环空Ⅰ4-1、所述桥式通道Ⅱ1-2-1、所述装置内环空Ⅱ4-2、所述内部过流短节2-3的过流筒、所述流量计上接头2-4、所述流量计2-5、所述装置内环空Ⅲ4-3和所述水嘴1-6从上至下依次连通构成流量测量通路。请参阅图2，图中虚线示出了上述流量测量通路。

在本实施例中，在所述流量计下接头2-6的下方设有与其连接的下压力计护筒2-8，在所述下压力计护筒2-8的下方设有与其连接的导向头2-9，在所述下压力计护筒2-8内装有下压力计2-10，所述下压力计2-10由所述导向头2-9支撑，在所述导向头2-9内设有传压腔Ⅱ2-9-1和与所述传压腔Ⅱ2-9-1连通的传压孔Ⅳ2-9-2；所述下压力护筒2-8和所述导向头2-9位于所述工作筒下接头1-4内部，在所述工作筒下接头1-4与所述下压力计护筒2-8和所述导向头2-9之间构建有装置内环空Ⅳ4-4；在所述工作筒下接头1-4上设有与所述装置内环空Ⅳ4-4连通的传压孔Ⅴ1-4-1，在所述下压力计护筒2-8上设有与所述装置内环空Ⅳ4-4连通的传压孔Ⅵ2-8-1，油套环空的压力依次经过所述装置内环空Ⅳ 4-4、所述传压孔Ⅳ2-9-2和所述传压腔Ⅱ2-9-1传递给所述下压力计2-10，油套环空的压力依次经过所述传压孔Ⅴ1-4-1、所述装置内环空Ⅳ4-4和所述传压孔Ⅵ2-8-1传递给所述下压力计2-10，所述下压力计2-10可以测得在下油层油套环空的压力，可用于辅助判断在上油层的验封结果。

在本实施例中，所述密封模块Ⅰ1-5和所述密封模块Ⅱ1-7各有两道，其中两道所述密封模块Ⅰ1-5和一道所述密封模块Ⅱ1-7均固装在所述流量计短节1-3上，另一道所述密封模块Ⅱ1-7固装在所述工作筒下接头上，这种结构能够加强检测装置与隔离密封间的密封。

下面举例说明上述检测装置的应用，请参见图7，图中a-油管；b-套管；c-定位接头； d-顶部隔离密封；e-防砂筛管；f-隔离密封；g-隔离密封；h-检测装置；i-堵头。检测时，将检测装置h通过丝扣连接在油管a上，在油管a的底部装有堵头i，构成检测管柱，下入套管b中，在套管b上固定有顶部隔离密封d、隔离密封f及隔离密封g，顶部隔离密封d、隔离密封f及隔离密封g将套管b与油管a之间环空分为四层，隔离密封f和隔离密封g之间的分层为注水层，且中间连接有可以让液体流过的防砂筛管e，检测时，检测装置h的密封模块Ⅰ和密封模块Ⅱ密封在隔离密封器g上。

具体操作步骤为：

1)组装检测装置h：地面将上端压力计、下端压力计和流量计接电，记录接电时间。将组装好的验封仪器串投放于验封工作筒内，确保各扣型连接完好。

2)将检测装置h接入油管a，按照管柱组合。

3)下入检测管柱并定位：管柱下压2～3T，定位接头c的密封到位后，检测装置h 越过隔离密封器g，连接循环管线，小排量循环，压力没变化。缓慢上提管柱，并观察管柱悬重变化，当悬重增加至2～3T，且没有液体返出时，根据配管位置及检测管柱数据表，进一步确定检测装置h的位置。

4)正挤打压检测：注意观察立管压力变化，压力升高后小排量提高压力至10Mpa，并稳压10min，如果压力不降(或者压力降低小于5％)，可以判定隔离密封可靠。

5)继续上提管柱，使检测装置h位于上一个隔离密封内，重复步骤4)-5)。至此两层的隔离密封就检测完了，上提管柱即可。

6)地面回放数据。读取检测装置h内流量计、压力计数据，进一步分析隔离密封性能，流量越大，说明密封受损越严重，进而可以判定隔离密封的完整性差；若检测压力增加，流量几乎无变化(几乎为零)，说明隔离密封完好，而整个管柱的某个局部有缺口。

当井筒中隔离密封与套管之间形成偏心环形缝隙时，采用上述装置的上压力计测得油套环空和装置内环空的压差Δp，采用上述装置的流量计测得隔离密封的漏失流量q，利用如下公式可以计算隔离密封与套管间的偏心距e：

其中：

q：偏心环形缝隙流的流量，采用流量计测得，

Δp：油套环空和装置内环空的压差，采用上流量计测得，

μ：为井筒中流体的粘度

L：为隔离密封的长度，

D＝R₀+r₀，h＝R₀-r₀，R₀为套管半径，r₀为隔离密封半径。

上述公式的推导原理：

请参见图8，井筒中隔离密封与井筒之间形成的缝隙为偏心环形缝隙，如图8所示，偏心距OO₁＝e，取O₁A＝R₀，偏心环形缝隙O₁A与x轴夹角为

过O作OC//O₁A，则间隙

为：

再作OD使

取微弧长

基于N-S方程，在不计惯性力和质量力的条件下，假定液体为不可压缩的一维轴流对称条件，考虑压差作用，得到单位弧长上的流量为：

其中，L为缝隙长度，μ为流体粘度，D＝R₀+r₀，微弧长

的微流量为：

其中，

则偏心环形缝隙流的流量为：

推导得：

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种隔离密封完整性检测装置，其特征在于，包括验封工作筒和验封仪器串，所述验封工作筒包括从上至下依次密封连接的工作筒上接头、外部过流短节、流量计短节和工作筒下接头，在所述流量计短节上设有水嘴以及位于所述水嘴上方的密封模块Ⅰ和位于所述水嘴上方的密封模块Ⅱ，检测时，所述密封模块Ⅰ和所述密封模块Ⅱ密封在被检隔离密封内部；

所述验封仪器串包括从上至下依次密封连接的上压力计护筒、上压力安装座、内部过流短节、流量计上接头、流量计和流量计下接头，在所述上压力计护筒内装有上压力计，所述上压力计由所述上压力安装座支撑，在所述上压力安装座内设有传压腔Ⅰ和与所述传压腔Ⅰ连通的传压孔Ⅰ，

所述验封仪器串压装在所述验封工作筒内，顶部设有压环，所述压环与所述工作筒上接头固接，

所述流量计下接头与所述工作筒下接头密封固接，

所述流量计上接头与所述流量计短节的上端部密封固接，

所述内部过流短节设有封头和过流筒，所述内部过流短节的封头和所述上压力安装座分别与所述外部过流短节密封固接，

在所述压环上设有桥式通道Ⅰ，

在所述工作筒上接头与所述上压力计护筒之间构成有装置内环空Ⅰ，

在所述上压力计护筒上设有与所述装置内环空Ⅰ连通的传压孔Ⅱ，所述传压孔Ⅱ将所述装置内环空Ⅰ的压力传递给所述上压力计，

在所述外部过流短节上设有桥式通道Ⅱ和传压孔Ⅲ，所述传压孔Ⅲ与所述传压孔Ⅰ连通，将油套环空的压力通过所述传压腔Ⅰ传递给所述上压力计，

在所述外部过流短节和所述内部过流短节的过流筒之间构成有位于所述桥式通道Ⅱ下方的装置内环空Ⅱ，

在所述内部过流短节的过流筒上设有连通所述装置内环空Ⅱ与所述内部过流短节的过流筒内部的过流孔，

在所述流量计短节与所述流量计之间构成有装置内环空Ⅲ，

所述桥式通道Ⅰ、所述装置内环空Ⅰ、所述桥式通道Ⅱ、所述装置内环空Ⅱ、所述内部过流短节的过流筒、所述流量计上接头、所述流量计、所述装置内环空Ⅲ和所述水嘴从上至下依次连通构成流量测量通路。

2.根据权利要求1所述的隔离密封完整性检测装置，其特征在于，在所述流量计下接头的下方设有与其连接的下压力计护筒，在所述下压力计护筒的下方设有与其连接的导向头，在所述下压力计护筒内装有下压力计，所述下压力计由所述导向头支撑，在所述导向头内设有传压腔Ⅱ和与所述传压腔Ⅱ连通的传压孔Ⅳ，

所述下压力护筒和所述导向头位于所述工作筒下接头内部，在所述工作筒下接头与所述下压力计护筒和所述导向头之间构建有装置内环空Ⅳ，

在所述工作筒下接头上设有与所述装置内环空Ⅳ连通的传压孔Ⅴ，在所述下压力计护筒上设有与所述装置内环空Ⅳ连通的传压孔Ⅵ，

油套环空的压力依次经过所述装置内环空Ⅳ、所述传压孔Ⅳ和所述传压腔Ⅱ传递给所述下压力计，油套环空的压力依次经过所述传压孔Ⅴ、所述装置内环空Ⅳ和所述传压孔Ⅵ传递给所述下压力计。

3.根据权利要求1所述的隔离密封完整性检测装置，其特征在于，所述密封模块Ⅰ和所述密封模块Ⅱ各有两道，其中两道所述密封模块Ⅰ和一道所述密封模块Ⅱ均固装在所述流量计短节上，另一道所述密封模块Ⅱ固装在所述工作筒下接头上。

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