CN216198040U - 一种模拟井下工具实际工况的模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，包括支架总成、泵压控制总成、液缸总成、及试压釜总成。泵压控制总成与所述试压釜总成连接、并为试压釜总成提供试验压力，试压釜总成还包括有加热装置及测量监控仪表组件。本次设计的实验系统根据需要可将环空的上下和通径的上下分开，具有每个方向都是独立的压力泵送通道，故既可以满足不同方向任意时刻任意压力值。试压釜釜体还有四个独立的注入口，根据需要加注相应的实验介质，用来模拟井下的液体作业环境。为了满足井温的要求，在装置的外层包裹有一套加热装置，温控装置根据实际的作业需要给整体系统供对应温度的热量，保证釜内液体温度与地层流体的温度一致。

Description

一种模拟井下工具实际工况的模拟系统

技术领域

本实用新型涉及油气井开发井下作业工具领域，尤其涉及一种模拟井下工具实际工况的模拟系统。

背景技术

随着测试行业的发展，测试环境的变化对油服公司及测试工具提出了更高的要求，工具的稳定性、可靠性、安全性是其中最主要的决定因素，如何通过一种手段来检测工具在真实工况中的性能，成为当下主要的任务之一，其次检测的时效性、模拟的真实性，实验的经济性，是对测试实验装置最基本，也是最主要的要求。

现有的测试工具在井下服务的整个过程中有时需要承受高达100℃以上的高温，现有的针对工具性能的实验几乎都是在地面常温环境中来做的，无法预估在高温环境中长时间工作后工具的使用情况，若是要满足此项功能需要花费很大的经济成本在专门的实验室进行试验。

工具带压实验是工具在地面进行压力实验，传统的实验方式只能对工具通径进行液体或者气体密封实验及抗内压强度进行测试，密封及强度都是单方向的，而在实际工况中，环空的压力不但存在还不断的发生着变化。现有的实验手段难于实现且成本较高。传统的功能试验的各个检测项目独立且，各种设备安装占地面积大，管线紊乱，接口繁多，移动和组装比较困难。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型旨在提供一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，此系统可以在地面最大限度真实的还原工具的整个作业过程，并且对整个作业过程中的温度、压力，强度及酸腐工况等综合因素作用下的各项性能参数进行实时监控和记录，具有系统集成化高、工况真实、测试完整的优点。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，其特征在于，包括支架总成，在所述支架总成上依次设置连接有泵压控制总成、液缸总成、及试压釜总成，所述泵压控制总成与所述试压釜总成连接、并为试压釜总成提供试验参数控制，所述试压釜总成还包括有加热装置，并在所述试压釜总成上还设置有监测和记录的仪表组件。

优选的，所述试压釜总成包括固定在所述支架总成上的外筒组件，所述外筒组件中密封穿设有相对于其长度方向移动的芯轴组件，所述芯轴组件一端伸出所述外筒组件外侧并与所述液缸总成连接，所述芯轴组件上连接有位于所述外筒组件内部的待测工具，并且所述芯轴组件与所述外筒组件内壁之间留有环空间隙，所述泵压控制总成通过管线连接在所述外筒组件及芯轴组件上、并与所述环空间隙和芯轴组件内部贯通。

优选的，所述外筒组件依次包括相互连接的上端盖、连接接头、第一套管、第二套管、止动短接及后密封端盖，在所述连接接头和止动短接上依次穿设有上接头和下接头，并且上接头和下接头的内外两端均依次与所述环空间隙相通、及与泵压控制总成连接，通过两侧所述连接接头和止动短接将所述试压釜总成装配固定于所述支架总成上。

优选的，所述芯轴组件依次包括上连接短接、球符、下球符座、上密封芯轴、下密封芯轴、及芯轴堵头，所述上密封芯轴和下密封芯轴相近的两端均可拆卸的连接有转换接头，所述待测工具两端可拆卸的连接在对称的所述转换接头的两端，所述球符和芯轴堵头依次将芯轴组件的两端封堵，并在所述上密封芯轴外壁和芯轴堵头的端部依次穿设有与所述芯轴组件内部相通的上接头管和下接头管，所述上密封芯轴外壁与所述上端盖的端口活动密封、下密封芯轴外壁与所述后密封端盖的端口活动密封。

优选的，所述转换接头为筒状结构，其内壁两侧依次设有与所述上密封芯轴及下密封芯轴连接的第一螺纹部、以及配合不同待测工具端部连接的第二螺纹部。

优选的，所述加热装置为沿试压釜总成长度方向间距且周向环绕设置在所述第一套管和第二套管外周面的陶瓷加热装置，并在所述陶瓷加热装置外周包裹有隔热装置。

本实用新型的有益效果是：本次设计的实验系统将环空和通径分开，具有独立的压力泵送通道，故可满足不同方向任意压力值。通过试压釜的四个独立的压力通路可加注不同密度等级的压井液，也可加注具有酸腐性的人工流体，可尽可能的还原工具所处井下的液体环境。

为了满足井温的要求，在装置的外边包裹有一层加热装置，给整体系统供应热量，保证釜内液体温度与地层流体的温度一致；本文涉及的四种压力、两种液体和温度均可独立控制，并且可以对各种参数时时信息进行记录和调整，此信息是综合因素作用下的结果，更加的真实可信，更加的符合工况。同时本模拟系统具有高度集成化，便于吊装转运，极大地提高测验作业的效率。

附图说明

图1为本实用新型模拟系统整体结构示意图。

图2为本实用新型试压釜总成示意图。

图3为本实用新型图2截面示意图。

图4为本实用新型图3中A处放大图。

图5为本实用新型图3中B处放大图。

图6为本实用新型图3中C处放大图。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1～6所示的一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，包括支架总成Ⅰ，在所述支架总成Ⅰ上依次设置连接有泵压控制总成Ⅱ、液缸总成Ⅲ、及试压釜总成Ⅳ(模拟系统的整体结构如图1所示)，所述泵压控制总成Ⅱ与所述试压釜总成Ⅳ连接、并为试压釜总成Ⅳ提供试验参数控制，所述试压釜总成Ⅳ还包括有加热装置，并在所述试压釜总成Ⅳ上还设置有监测和记录的仪表组件。模拟测验时，将待测工具装配在试压釜总成Ⅳ中，并通过泵压控制总成Ⅱ对试压釜总成Ⅳ通入多种测验压力，对待测工具在井下所处的环境压力进行真实模拟，同时也可以通过泵压控制总成Ⅱ对试压釜总成Ⅳ中通入酸腐液体，模拟井下的酸腐环境。同时通过加热装置对试压釜总成Ⅳ进行加热，使其内部的待测工具处于井下相应的高温环境中，并且在模拟上述多个井下作用因子的同时，通过液缸总成Ⅲ驱动待测工具100在试压釜总成Ⅳ内的移动，以同时模拟待测工具在井中的上提下放动作。测试仪表组件包括设置在试压釜总成Ⅳ上下两侧的温度测试仪18(优选的包括电子仪表和机械仪表，以保证温度检测的准确性和实验的安全性)，以检测待测工具所处的高温环境。优选的，泵压控制总成Ⅱ上设置有多个相应的压力表(图中未示出)，以检测通入到试压釜总成Ⅳ内的压力工况。

因此，集成的多个总成系统具有集成度高、占地面积小、方便整个系统移动的优点，并且该模拟系统具有完全模拟井下空间的工况，以便于对待测工具进行完整的测验，降低井下作业的成本，有助于井下工具的各项功能的有效完善。

具体的，所述试压釜总成Ⅳ包括固定在所述支架总成Ⅰ上的外筒组件，所述外筒组件中密封穿设有相对于其长度方向移动的芯轴组件，所述芯轴组件一端伸出所述外筒组件外侧并与所述液缸总成Ⅲ连接，所述芯轴组件上连接有位于所述外筒组件内部的待测工具100。通过液缸总成Ⅲ驱动芯轴组件及待测工具100在外筒组件内的移动，以实现模拟待测工具 100在井中的上提下放和旋转的工具测试动作。

所述芯轴组件与所述外筒组件内壁之间留有环空间隙a，所述泵压控制总成Ⅱ通过管线连接在所述外筒组件及芯轴组件上、并与所述环空间隙 a和芯轴组件内部贯通。由于待测工具100连接装配于所述芯轴组件之间，因此其与芯轴组件同时与环空间隙a相接触，通过泵压控制总成Ⅱ通入到环空间隙a中的压力或酸腐液体可以测验待测工具100处于环空压力中的状态、及外壁处于酸腐环境中的工况；而泵压控制总成Ⅱ与芯轴组件内部贯通、可将压力或酸腐液体通入到待测工具100内壁，以测验其受的通径压力和内壁处于酸腐环境的工况。

具体的，所述外筒组件依次包括相互连接的上端盖6、连接接头8、第一套管10、第二套管11、止动短接13及后密封端盖16，该多个部件的内壁共同形成环空压力测验的内壁，在所述连接接头8和止动短接13上依次穿设有上接头30a和下接头30b，并且上接头30a和下接头30b的内外两端均依次与所述环空间隙a相通、及与泵压控制总成Ⅱ连接。通过泵压控制总成Ⅱ不同的压力管道与上接头30a和下接头30b分别接通，并打压至环空间隙a中，测验待测工具100所处的环空压力的工况，若工具需要对环空进行分割，也可选择对上接头30a和下接头30b施加不同的压力，以模拟分隔状态下，环空两侧压力的工况。

通过两侧所述连接接头8和止动短接13将所述试压釜总成Ⅳ装配固定于所述支架总成Ⅰ上。

具体的，所述芯轴组件依次包括上连接短接1、球符2、下球符座4、上密封芯轴5、下密封芯轴7、及芯轴堵头14，所述上密封芯轴5和下密封芯轴7相近的两端均可拆卸的连接有转换接头12，所述待测工具100 两端可拆卸的连接在对称的所述转换接头12的两端，上述部件与待测工具100的外壁共同构成环空结构的侧壁、其内壁共同构成待测工具100的通径。球符2可使得与连接短接1连接的液缸总成Ⅲ与芯轴组件具有一定的挠性，具有一定的直线度偏差，保证待测工具100的顺利平稳上提下放。

根据工具的功能试验，如果不涉及下部通径的压力时，可将下密封芯轴7去掉(优选的其与上密封芯轴5螺纹连接)，优选用塞堵封堵后密封端盖16下端即可，避免了由于多余零件安装造成功能的冗余。

所述球符2和芯轴堵头14依次将芯轴组件的两端封堵，并在所述上密封芯轴5外壁和芯轴堵头14的端部依次穿设有与所述芯轴组件内部相通的上接头管3a和下接头管3b。优选的，上接头管3a和下接头管3b同样与泵压控制总成Ⅱ的打压管相接，对待测工具100的通径两侧通入对等导热液压油和酸腐液体，若工具需要对通径进行分隔，对分隔两侧进行压力操作，可在两侧的管接头泵入不同的压力值，以测验待测工具通径的压力和酸腐工况。

所述上密封芯轴5外壁与所述上端盖6的端口活动密封、下密封芯轴 7外壁与所述后密封端盖16的端口活动密封。优选的，液缸总成Ⅲ的活塞杆与连接短接1相接，以驱动待测工具100在测试环境下的上提下放操作，若在上密封芯轴5上施加一扭矩，可测验工具在试验环境下的旋转的操作。

具体的，所述转换接头12为筒状结构，其内壁两侧依次设有与所述上密封芯轴5及下密封芯轴7连接的第一螺纹部、以及配合不同待测工具 100端部连接的第二螺纹部(图中未示出螺纹结构)。转换接头12的第二螺纹部可根据待测工具100的端部规格设置相配合的多种螺纹结构，便于对多种待测工具进行测验，以提高该模拟系统的适用性。

优选的，所述加热装置为沿试压釜总成Ⅳ长度方向间距且周向环绕设置在所述第一套管10和第二套管11外周面的陶瓷加热装置(优选为陶瓷加热圈28)，并在所述陶瓷加热装置外周包裹有隔热装置(优选为弧形隔热板29包裹，材质优选为隔热棉等其他惰性导热装置)。通过陶瓷加热装置将试压釜总成Ⅳ内部加热到与井下相适应的温度状态并恒温至所需时长，对待测工具100进行温度工况的测验，隔热装置则有效提高测验过程中的安全性。

优选的，液缸总成Ⅲ包括液压缸(其通过泵压控制总成Ⅱ驱动)，其具有与连接短接1相接的的活塞杆31a，驱动待测工件100在不同测验工况下的上提下放。

泵压控制总成Ⅱ具有与上接头30a、下接头30b、上接头管3a和下接头管3b依次相接的打压管(优选为泵压驱动，图中未示出)，每个打压管内可通入连续可调的压井液测试待测工具100的环空和通径的受压状况 (包括等压和不等压状态)，以及通入酸腐液体，对待测工具100的内外壁处于酸腐环境中的工况进行测验。此外，还可以在环空和通径中同时加压，这样更符合工具使用过程中两种压力对工具共同作用的效果。

优选的，泵压控制总成Ⅱ为整个模拟测验的控制中枢，主要由四个控制区块组成，温度控制区块，液压缸控制区块，试压釜控制区块。所有的控制操作都是在此区域完成，所有的反馈信息有一个统一的出口从控制总成中引出与数据采集系统连接，最终以曲线和表格的形式记录下这个实验过程，以实现测验数据的可视性。

由于泵在泵送液压油的过程中，高压会对泵的部分阀体造成一定的损坏，增加泵的维修的成本，液缸总成Ⅲ的液压缸为一液缸结构，优选的，在一端装入清水，另一端装入液压油，通过水推油的形式，实现压力的传递避免了上述的缺陷。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，其特征在于，包括支架总成(Ⅰ)，在所述支架总成(Ⅰ)上依次设置连接有泵压控制总成(Ⅱ)、液缸总成(Ⅲ)、及试压釜总成(Ⅳ)，所述泵压控制总成(Ⅱ)与所述试压釜总成(Ⅳ)连接、并为试压釜总成(Ⅳ)提供试验参数控制，所述试压釜总成(Ⅳ)还包括有加热装置，并在所述试压釜总成(Ⅳ)上还设置有监测和记录的仪表组件。

2.根据权利要求1所述的一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，其特征在于：所述试压釜总成(Ⅳ)包括固定在所述支架总成(Ⅰ)上的外筒组件，所述外筒组件中密封穿设有相对于其长度方向移动的芯轴组件，所述芯轴组件一端伸出所述外筒组件外侧并与所述液缸总成(Ⅲ)连接，所述芯轴组件上连接有位于所述外筒组件内部的待测工具(100)，并且所述芯轴组件与所述外筒组件内壁之间留有环空间隙(a)，所述泵压控制总成(Ⅱ)通过管线连接在所述外筒组件及芯轴组件上、并与所述环空间隙(a)和芯轴组件内部贯通。

3.根据权利要求2所述的一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，其特征在于：所述外筒组件依次包括相互连接的上端盖(6)、连接接头(8)、第一套管(10)、第二套管(11)、止动短接(13)及后密封端盖(16)，在所述连接接头(8)和止动短接(13)上依次穿设有上接头(30a)和下接头(30b)，并且上接头(30a)和下接头(30b)的内外两端均依次与所述环空间隙(a)相通、及与泵压控制总成(Ⅱ)连接，通过两侧所述连接接头(8)和止动短接(13)将所述试压釜总成(Ⅳ)装配固定于所述支架总成(Ⅰ)上。

4.根据权利要求3所述的一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，其特征在于：所述芯轴组件依次包括上连接短接(1)、球符(2)、下球符座(4)、上密封芯轴(5)、下密封芯轴(7)、及芯轴堵头(14)，所述上密封芯轴(5)和下密封芯轴(7)相近的两端均可拆卸的连接有转换接头(12)，所述待测工具(100)两端可拆卸的连接在对称的所述转换接头(12)的两端，所述球符(2)和芯轴堵头(14)依次将芯轴组件的两端封堵，并在所述上密封芯轴(5)外壁和芯轴堵头(14)的端部依次穿设有与所述芯轴组件内部相通的上接头管(3a)和下接头管(3b)，所述上密封芯轴(5)外壁与所述上端盖(6)的端口活动密封、下密封芯轴(7)外壁与所述后密封端盖(16)的端口活动密封。

5.根据权利要求4所述的一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，其特征在于：所述转换接头(12)为筒状结构，其内壁两侧依次设有与所述上密封芯轴(5)及下密封芯轴(7)连接的第一螺纹部、以及配合不同待测工具(100)端部连接的第二螺纹部。

6.根据权利要求5所述的一种模拟井下工具实际工况的模拟系统，其特征在于：所述加热装置为沿试压釜总成(Ⅳ)长度方向间距且周向环绕设置在所述第一套管(10)和第二套管(11)外周面的陶瓷加热装置，并在所述陶瓷加热装置外周包裹有隔热装置。

Images