本發(fā)明屬于石油工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種高溫高壓水平井封隔器模擬試驗(yàn)裝置，用于在地面上模擬高溫高壓環(huán)境并進(jìn)行壓縮式封隔器的性能試驗(yàn)。

背景技術(shù)：

封隔器是油氣井作業(yè)中廣泛使用的一種井下工具，其功能是在油氣井內(nèi)實(shí)現(xiàn)分層作業(yè)。其性能好壞直接影響到油氣井的產(chǎn)量和生產(chǎn)安全。隨著油氣田開(kāi)采的深入，地層情況越來(lái)越復(fù)雜，分層作業(yè)越來(lái)越普遍，對(duì)封隔器的使用要求也越來(lái)越高，封隔器工作失效的情況時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致油氣生產(chǎn)不能穩(wěn)定進(jìn)行。

在石油天然氣的生產(chǎn)過(guò)程中，封隔器必須能夠承受井下溫度高、壓力大、工況差的惡劣環(huán)境，否則一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)引起油氣井的損壞，甚至報(bào)廢，損失巨大。

為此，有必要在地面上設(shè)計(jì)一個(gè)能精確模擬封隔器井下工作環(huán)境及工作過(guò)程的試驗(yàn)裝置。在封隔器下井之前，通過(guò)模擬試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行多參數(shù)、高精度的檢測(cè)，為封隔器的工藝研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)、以及產(chǎn)品檢驗(yàn)提供試驗(yàn)條件。掌握其機(jī)械性能和工藝性能，通過(guò)不斷試驗(yàn)和改進(jìn)完善，使其質(zhì)量和性能得到可靠保證，從而將由于封隔器工具質(zhì)量原因引起的油氣井損毀事故減小到最低限度，確保油氣井生產(chǎn)安全進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為精確模擬封隔器井下工作環(huán)境，模擬封隔器在井下的工作狀態(tài)，檢驗(yàn)封隔器在實(shí)際工況下的性能與工作情況，對(duì)封隔器各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，本發(fā)明提供一種能順利完成封隔器坐封、驗(yàn)封試驗(yàn)，且具有良好互換性的高溫高壓水平井封隔器模擬試驗(yàn)裝置，具有安全性好、操作簡(jiǎn)便、能精確而廣泛的模擬實(shí)際井下工作環(huán)境的特點(diǎn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高溫高壓水平井封隔器模擬裝置，包括：打入高壓液體的液壓回路系統(tǒng)、加熱保溫箱和設(shè)置在加熱保溫箱內(nèi)部的試驗(yàn)套管；所述液壓回路系統(tǒng)通過(guò)油管連接至加熱保溫箱，將高壓液體導(dǎo)入加熱保溫箱內(nèi)，所述試驗(yàn)套管水平設(shè)置于加熱保溫箱內(nèi)部的底座上，所述試驗(yàn)套管通過(guò)外螺紋連接封隔器夾持裝置，封隔器夾持裝置與封隔器通過(guò)內(nèi)螺紋連接將封隔器固定在試驗(yàn)套管內(nèi)。

所述液壓回路系統(tǒng)包括液壓泵、主回路常閉開(kāi)關(guān)閥、坐封回路常閉開(kāi)關(guān)閥、上驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥、下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥、溢流閥、坐封回路調(diào)壓閥、上驗(yàn)封回路調(diào)壓閥、下驗(yàn)封回路調(diào)壓閥、坐封回路壓力表、上驗(yàn)封回路壓力表、下驗(yàn)封回路壓力表，液壓泵入口通過(guò)金屬油管接入加熱保溫箱內(nèi)加熱油內(nèi)，加熱保溫箱內(nèi)的加熱油作為液壓油，通過(guò)液壓泵作用，為液壓回路系統(tǒng)提供動(dòng)力，使加熱油在液壓回路系統(tǒng)中得到循環(huán)利用，通過(guò)主回路常閉開(kāi)關(guān)閥、坐封回路常閉開(kāi)關(guān)閥、上驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥和下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥控制所在支路通斷，完成封隔器坐封、驗(yàn)封試驗(yàn)，溢流閥使多余流量溢回加熱保溫箱，保證液壓泵出口壓力恒定，坐封回路調(diào)壓閥、上驗(yàn)封回路調(diào)壓閥、下驗(yàn)封回路調(diào)壓閥調(diào)節(jié)所在支路出口壓力，同時(shí)在各出油口依次設(shè)置坐封回路壓力表、上驗(yàn)封回路壓力表、下驗(yàn)封回路壓力表。

所述加熱保溫箱包括供電電源、保溫箱箱體、隔熱層、電加熱金屬絲、左側(cè)溫度計(jì)、中間溫度計(jì)、右側(cè)溫度計(jì)、前底座、中間底座、后底座、加熱油，所述隔熱層覆蓋于保溫箱箱體外側(cè)，外部隔熱層具有良好的保溫性能。所述電加熱金屬絲設(shè)置在保溫箱箱體內(nèi)部，所述電加熱金屬絲外接供電電源，供電電源加熱金屬絲，從而加熱保溫箱箱內(nèi)的加熱油。前底座、中間底座、后底座固定于保溫箱箱體內(nèi)，以支撐試驗(yàn)套管。在保溫箱箱體中設(shè)置左側(cè)溫度計(jì)、中間溫度計(jì)、右側(cè)溫度計(jì)，用以測(cè)量加熱油的溫度，取三個(gè)溫度計(jì)所測(cè)平均值作為保溫箱內(nèi)實(shí)際溫度。

作為優(yōu)選，前底座、中間底座、后底座焊接或螺接于保溫箱箱體內(nèi)，所述后底座設(shè)有凸臺(tái)，在承受軸向載荷時(shí)避免了試驗(yàn)套管的水平軸向位移。

所述試驗(yàn)套管包括試驗(yàn)套管管體、為適應(yīng)雙膠筒封隔器所設(shè)置的防憋壓回路中的常閉開(kāi)關(guān)閥、壓力表、上堵頭、下堵頭、絲堵。封隔器放置在試驗(yàn)套管管體中，其中封隔器下端通過(guò)螺紋連接絲堵封堵中心管，將上堵頭通過(guò)外螺紋安裝在試驗(yàn)套管管體上端，封隔器上部伸出，上堵頭與坐封管線相連；試驗(yàn)套管管體下端通過(guò)內(nèi)螺紋連接下堵頭，下堵頭連接驗(yàn)封管線；試驗(yàn)套管管體水平放置在前底座、中間底座、后底座的凹槽內(nèi)，下堵頭與后底座的凸臺(tái)緊貼放置，在承受軸向載荷時(shí)避免了試驗(yàn)套管的水平軸向位移。

作為優(yōu)選，試驗(yàn)套管可根據(jù)封隔器尺寸定制，易于更換，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸封隔器的試驗(yàn)。試驗(yàn)套管兩端各開(kāi)一個(gè)小孔，連接液壓管線用以完成驗(yàn)封試驗(yàn)。同時(shí)為適應(yīng)雙膠筒封隔器，在試驗(yàn)套管中部開(kāi)一小孔，與外部常閉開(kāi)關(guān)閥相連，并設(shè)置壓力表測(cè)量其壓力，以防止雙膠筒中部出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象。封隔器是通過(guò)上堵頭、下堵頭以及絲堵與試驗(yàn)套管的配合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)封隔器的固定和密封連接。其中上、下堵頭尺寸與試驗(yàn)套管配合，與試驗(yàn)套管間設(shè)有密封圈，確保密封性能。同時(shí)絲堵可封堵封隔器下端進(jìn)液口，以免影響驗(yàn)封。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用液壓系統(tǒng)模擬實(shí)際工況下壓力加載情況，用加熱保溫箱模擬高溫環(huán)境，能順利進(jìn)行壓縮式封隔器坐封和驗(yàn)封試驗(yàn)，對(duì)實(shí)際工況模擬精確且易于操作。

2、加熱油既作為保溫介質(zhì)又作為液壓回路中液壓油，有效的對(duì)其進(jìn)行了循環(huán)利用，節(jié)約成本。

3、試驗(yàn)裝置搭建簡(jiǎn)單，且為適應(yīng)不同類型的封隔器增設(shè)一防憋壓回路，能完成對(duì)多種類型的壓縮式封隔器的模擬試驗(yàn)。

4、在多個(gè)位置設(shè)置壓力表，溫度計(jì)，使試驗(yàn)所得試驗(yàn)參數(shù)更精確可靠。

5、試驗(yàn)套管易于更換，可對(duì)不同規(guī)格的多種封隔器進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

6、本試驗(yàn)裝置是針對(duì)水平井進(jìn)行封隔器坐封驗(yàn)封試驗(yàn)而設(shè)計(jì)的，使現(xiàn)存試驗(yàn)裝置類型得到擴(kuò)充。

附圖說(shuō)明

附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式的水平井封隔器模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式的前底座示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式的后底座示意圖。

圖中：101、液壓泵，102、主回路常閉開(kāi)關(guān)閥，103、坐封回路常閉開(kāi)關(guān)閥，104、上驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥，105、下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥，106、溢流閥，107、坐封回路調(diào)壓閥，108、上驗(yàn)封回路調(diào)壓閥，109、下驗(yàn)封回路調(diào)壓閥，110、坐封回路壓力表，111、上驗(yàn)封回路壓力表，112、下驗(yàn)封回路壓力表，201、供電電源，202、保溫箱箱體，203、隔熱層，204、電加熱金屬絲，205、左側(cè)溫度計(jì)，206、中間溫度計(jì)，207、右側(cè)溫度計(jì)，208、前底座，209、中間底座，210、后底座，211、加熱油，301、試驗(yàn)套管管體，302、常閉開(kāi)關(guān)閥，303、壓力表，304、上堵頭，305、下堵頭，306、絲堵。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于所列舉的具體實(shí)施方式，還包括實(shí)施方式之間的任意組合。

如附圖1至圖3，一種高溫高壓水平井封隔器模擬裝置，包括：打入高壓液體的液壓回路系統(tǒng)、加熱保溫箱和設(shè)置在加熱保溫箱內(nèi)部的試驗(yàn)套管；所述液壓回路系統(tǒng)通過(guò)油管連接至加熱保溫箱，將高壓液體導(dǎo)入加熱保溫箱內(nèi)，所述試驗(yàn)套管水平設(shè)置于加熱保溫箱內(nèi)部的底座上，所述試驗(yàn)套管通過(guò)外螺紋連接封隔器夾持裝置，封隔器夾持裝置與封隔器通過(guò)內(nèi)螺紋連接將封隔器固定在試驗(yàn)套管內(nèi)。

所述液壓回路系統(tǒng)包括液壓泵101、主回路常閉開(kāi)關(guān)閥102、坐封回路常閉開(kāi)關(guān)閥103、上驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥104、下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥105、溢流閥106、坐封回路調(diào)壓閥107、上驗(yàn)封回路調(diào)壓閥108、下驗(yàn)封回路調(diào)壓閥109、坐封回路壓力表110、上驗(yàn)封回路壓力表111、下驗(yàn)封回路壓力表112，液壓泵101入口通過(guò)金屬油管接入加熱保溫箱內(nèi)加熱油211內(nèi)，加熱保溫箱內(nèi)的加熱油211作為液壓油，通過(guò)液壓泵101作用，為液壓回路系統(tǒng)提供動(dòng)力，使加熱油211在液壓回路系統(tǒng)中得到循環(huán)利用，通過(guò)主回路常閉開(kāi)關(guān)閥102、坐封回路常閉開(kāi)關(guān)閥103、上驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥104和下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥105控制所在支路通斷，完成封隔器坐封、驗(yàn)封試驗(yàn)，溢流閥106使多余流量溢回加熱保溫箱，保證液壓泵101出口壓力恒定，坐封回路調(diào)壓閥107、上驗(yàn)封回路調(diào)壓閥108、下驗(yàn)封回路調(diào)壓閥109調(diào)節(jié)所在支路出口壓力，同時(shí)在各出油口依次設(shè)置坐封回路壓力表110、上驗(yàn)封回路壓力表111、下驗(yàn)封回路壓力表112。

所述加熱保溫箱包括供電電源201、保溫箱箱體202、隔熱層203、電加熱金屬絲204、左側(cè)溫度計(jì)205、中間溫度計(jì)206、右側(cè)溫度計(jì)207、前底座208、中間底座209、后底座210、加熱油211，所述隔熱層203覆蓋于保溫箱箱體202外側(cè)，外部隔熱層203具有良好的保溫性能。所述電加熱金屬絲204設(shè)置在保溫箱箱體202內(nèi)部，所述電加熱金屬絲204外接供電電源201，供電電源201加熱金屬絲204，從而加熱保溫箱箱202內(nèi)的加熱油211。前底座208、中間底座209、后底座210固定于保溫箱箱體202內(nèi)，以支撐試驗(yàn)套管。在保溫箱箱體202中設(shè)置左側(cè)溫度計(jì)205、中間溫度計(jì)206、右側(cè)溫度計(jì)207，用以測(cè)量加熱油211的溫度，取三個(gè)溫度計(jì)所測(cè)平均值作為保溫箱內(nèi)實(shí)際溫度。

前底座208、中間底座209、后底座210焊接或螺接于保溫箱箱體202內(nèi)，所述后底座210設(shè)有凸臺(tái)，在承受軸向載荷時(shí)避免了試驗(yàn)套管的水平軸向位移。

所述試驗(yàn)套管包括試驗(yàn)套管管體301、為適應(yīng)雙膠筒封隔器所設(shè)置的防憋壓回路中的常閉開(kāi)關(guān)閥302、壓力表303、上堵頭304、下堵頭305、絲堵306。封隔器放置在試驗(yàn)套管管體301中，其中封隔器下端通過(guò)螺紋連接絲堵306封堵中心管，將上堵頭304通過(guò)外螺紋安裝在試驗(yàn)套管管體301上端，封隔器上部伸出，上堵頭304與坐封管線相連；試驗(yàn)套管管體301下端通過(guò)內(nèi)螺紋連接下堵頭305，下堵頭305連接驗(yàn)封管線；試驗(yàn)套管管體301水平放置在前底座208、中間底座209、后底座210的凹槽內(nèi)，下堵頭305與后底座210的凸臺(tái)緊貼放置，在承受軸向載荷時(shí)避免了試驗(yàn)套管的水平軸向位移。

試驗(yàn)套管可根據(jù)封隔器尺寸定制，易于更換，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸封隔器的試驗(yàn)。試驗(yàn)套管兩端各開(kāi)一個(gè)小孔，連接液壓管線用以完成驗(yàn)封試驗(yàn)。同時(shí)為適應(yīng)雙膠筒封隔器，在試驗(yàn)套管中部開(kāi)一小孔，與外部常閉開(kāi)關(guān)閥相連，并設(shè)置壓力表測(cè)量其壓力，以防止雙膠筒中部出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象。封隔器是通過(guò)上堵頭304、下堵頭305以及絲堵306與試驗(yàn)套管的配合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)封隔器的固定和密封連接。其中上、下堵頭尺寸與試驗(yàn)套管配合，與試驗(yàn)套管間設(shè)有密封圈，確保密封性能。同時(shí)絲堵306可封堵封隔器下端進(jìn)液口，以免影響驗(yàn)封。

本試驗(yàn)裝置的安裝過(guò)程如下：

首先，將隔熱層203覆蓋在保溫箱箱體202外層，將電加熱金屬絲204布置在保溫箱箱體202內(nèi)，將外部供電電源201與電加熱金屬絲204相連，布置好左側(cè)溫度計(jì)205、中間溫度計(jì)206、右側(cè)溫度計(jì)207，倒入加熱油211。

隨后，按照附圖1所示連接液壓回路，用液壓管線依次將液壓泵101、溢流閥106、主回路常閉開(kāi)關(guān)閥102、坐封回路常閉開(kāi)關(guān)閥103、上驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥104、下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥105、坐封回路調(diào)壓閥107、上驗(yàn)封回路調(diào)壓閥108、下驗(yàn)封回路調(diào)壓閥109、坐封回路壓力表110、上驗(yàn)封回路壓力表111、下驗(yàn)封回路壓力表112按照?qǐng)D示連接。同時(shí)依照?qǐng)D示將防憋壓回路中的常閉開(kāi)關(guān)閥302、壓力表303用液壓管線連接好。

最后，將絲堵306連接封隔器下端，封堵封隔器下端出口，將連接好的被實(shí)驗(yàn)封隔器工具串放入試驗(yàn)套管管體301。上堵頭304安裝在試驗(yàn)套管管體301上端，封隔器上部伸出，并與坐封管線相連；試驗(yàn)套管管體301下端連接下堵頭305及驗(yàn)封管線。從兩個(gè)管線注入試驗(yàn)液體并盡量排氣，將連接好的整套裝置放入帶有凹槽的前底座208、中間底座209、后底座210上，其中前底座208、中間底座209、后底座210固接在保溫箱箱體202上。將連接好的整套裝置放入加熱保溫箱中加熱，準(zhǔn)備做耐溫坐封試驗(yàn)。

本試驗(yàn)裝置具體試驗(yàn)施步驟為：

對(duì)加熱保溫箱進(jìn)行加熱，打開(kāi)供電電源201，加熱電加熱金屬絲204，使保溫箱箱體202內(nèi)溫度達(dá)到指定溫度。

液壓回路通過(guò)液壓泵101抽取加熱油211進(jìn)入液壓回路，通過(guò)主回路常閉開(kāi)關(guān)閥102接通主回路，打開(kāi)坐封回路常閉開(kāi)關(guān)閥103，通過(guò)坐封回路調(diào)壓閥107、坐封回路壓力表110調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力，當(dāng)壓力升高到一定值時(shí)，進(jìn)入活塞腔的加熱油211推動(dòng)上壓環(huán)壓縮上膠筒組，同時(shí)通過(guò)推動(dòng)活塞下行來(lái)推動(dòng)擋環(huán)壓縮下膠筒組，實(shí)現(xiàn)上下雙組膠筒的壓縮，與套管壁緊密接觸，從而完成坐封過(guò)程。由于封隔器設(shè)計(jì)有鎖緊機(jī)構(gòu)，卸去壓力后，封隔器膠筒被鎖緊而不會(huì)發(fā)生回彈，封隔器便與套筒在一定條件下連接為一體，承受較大的雙向載荷。

打開(kāi)下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥105，通過(guò)下驗(yàn)封回路調(diào)壓閥109、下驗(yàn)封回路壓力表112調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力，向連接在試驗(yàn)套管管體301下端的下堵頭305處打壓，通過(guò)查看防憋壓回路中的壓力表303的壓力變化，來(lái)檢驗(yàn)下端膠筒組的密封性能，從而完成下驗(yàn)封試驗(yàn)，關(guān)閉下驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥105，打開(kāi)上驗(yàn)封回路常閉開(kāi)關(guān)閥104，通過(guò)上驗(yàn)封回路調(diào)壓閥108、上驗(yàn)封回路壓力表111調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力，完成上驗(yàn)封試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意觀察是否有刺漏現(xiàn)象，并做好試驗(yàn)記錄，

若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中壓力表303所示壓力過(guò)大，則打開(kāi)常閉開(kāi)關(guān)閥302釋放壓力，避免憋壓情況的發(fā)生。

解封時(shí)，關(guān)閉各閥門，關(guān)閉供電電源201，等待加熱油211冷卻。冷卻完畢后，將封隔器連通試驗(yàn)套管從油浴箱體中起出，松開(kāi)封隔器的上接頭與中心管之間的普通螺紋(管鉗咬在拉桿接頭部位)，讓封隔器的膠筒橡膠回彈，使封隔器膠筒與套管之間的摩擦力減小，再給工具施加一個(gè)向上的拉力，從而實(shí)現(xiàn)封隔器的解封?；蛘呤褂勉姷秾⑻坠芷书_(kāi)，觀察封隔器試驗(yàn)后各零件的損壞變形情況。

當(dāng)然，以上是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明基本原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。