CN103630349A - 压缩式封隔器试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩式封隔器试验装置，包括井筒筒体、上部密封结构和载荷加载杆，所述载荷加载杆穿过上部密封结构伸入到井筒筒体中，所述密封结构包括外侧内件密封头和内侧工件密封头，所述内件密封头和工件密封头均由密封圈实现密封，由轴肩定位并由上部密封圈压紧实现轴向定位；所述井筒筒体和内件密封头侧壁均设置有进压口，所述进压口联接井筒筒体内腔和外部引压装置。此装置充分模拟了试验工件在实际工作中复杂的工况，且本试验装置结构简单，拆卸方便，互换性良好。

Description

压缩式封隔器试验装置

技术领域

本发明涉及油气井井下作业设备的试验装置，具体地指一种压缩式封隔器试验装置。

背景技术

压缩式封隔器是指具有弹性密封元件、并藉此封隔环形空间、隔绝产层、以控制产液或注液、保护套管的井下作业工具。压缩式封隔器的适用范围之广，几乎遍及勘探和开发的各个生产过程。其作用原理是：在外力的作用下，压缩式封隔器发生轴向移动和周向转动等动作，以达到密封环形间隙、防止流体通过的目的。由于油气井下工作环境十分恶劣，这就要求产品出厂前需经过严格的模拟测试，以确保产品满足使用要求。

常规的压缩式封隔器试验装置仅能实现封隔器的静态高温高压试验，不能模拟封隔器在油气井下、套管内部进行坐封、解封（旋转、下压、上提）等动作。试验完成后，更不能单独从试验装置中将试验工件、试验套管取出。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种结构简单、拆装简便、密封可靠、互换性强的压缩式封隔器试验装置。

为实现上述目的，本发明所设计的压缩式封隔器试验装置，包括井筒筒体、设置在井筒筒体内腔中的上部密封结构、以及穿过上部密封结构伸入到井筒筒体中的载荷加载杆，其特殊之处在于：

所述井筒筒体呈桶状结构，其内腔中设置有与上部密封结构相配合的环形台阶，所述井筒筒体的筒壁中部设置有筒体上进压口，所述井筒筒体的筒壁下部设置有筒体下进压口；

为了使得密封效果更好，所述上部密封结构包括内件密封头和工件密封头，所述内件密封头通过其顶部环台嵌置座落在井筒筒体的内腔环形台阶处，且通过设置在其外壁上的内件上密封圈和内件下密封圈与井筒筒体内壁密封连接，所述内件上密封圈和内件下密封圈之间形成有环形缝隙用以引入油液；

所述内件密封头顶部设置有内件螺纹压环，所述内件螺纹压环外壁与井筒筒体内壁螺纹配合，从而抵接压紧内件密封头；所述内件密封头的侧壁中部设置有内件引压口，所述内件引压口通过环形缝隙与筒体上进压口相通，便于将外部压力引入井筒筒体内腔中心；

所述工件密封头通过其顶部环台嵌置座落在内件密封头的内腔上部，且通过设置在其外壁上的工件密封圈与内件密封头内壁密封连接，所述工件密封头顶部设置有工件螺纹压环，所述工件螺纹压环外壁与内件螺纹压环内壁螺纹配合，从而抵接压紧工件密封头；

所述载荷加载杆依次穿过工件螺纹压环、工件密封头和内件密封头伸入至井筒筒体下部，且通过设置在其外壁上的加载杆密封圈与工件密封头内壁密封连接，所述载荷加载杆底部用于安装被测试工件。

为了防止工件在测试过程中对井筒筒体的损伤，减少成本和降低置换难度，所述内件密封头下端设置有方便拆卸的薄壁套管，所述薄壁套管上端外壁与内件密封头内壁螺纹配合，所述薄壁套管下端延伸至井筒筒体底部，所述薄壁套管上端外壁与内件密封头内壁之间还设置有O型密封圈，使薄壁套管与内件密封头的密封效果更好，用以阻隔上下进压口所产生的油液差。

进一步地，为了防止内件密封头的轴向转动使得定位不准，所述内件密封头的顶部环台外壁与井筒筒体的内腔环形台阶内壁结合处设置有定位平面，从而可防止内件密封头相对于井筒筒体扭动。

优选地，为了方便加载，所述载荷加载杆上间隔设置有多个方形扭转加载接口。

更进一步地，为了方便加载，所述工件螺纹压环和内件螺纹压环上部均设置有径向安装孔。

再进一步地，所述内件上密封圈的尺寸大于内件下密封圈的尺寸，从而便于内件密封头的装拆。

再进一步地，所述载荷加载杆的外壁上间隔设置有多道加载杆密封圈，从而便于其在不同区段与工件密封头内壁密封连接，同时增加载荷加载杆的密封有效长度。

本发明的优点在于：整体为可拆卸式结构，井筒筒体上部设有内螺纹和方形接口，便于内件密封头的定位。井筒密封面采用阶梯密封面，在便于安装的同时，还可以从两个密封面间引入介质压力；面与面之间的密封设置有密封圈，使得密封性更加良好，该试验装置充分模拟了压缩式封隔器在油气井下工作环境十分恶劣的情况，且结构简单，加工方便，拆装简便，密封效果好，有良好的互换性。

附图说明

图1为一种压缩式封隔器试验装置结构示意图。

图2为图1详细标注结构示意图。

图3为图2的A-A剖视结构示意图

图4为图2中内件密封头组件的结构示意图。

图中：井筒筒体1（其中：筒体上进压口1.1，筒体下进压口1.2），上部密封结构2（其中：内件密封头2.1，工件密封头2.2，内件上密封圈2.3，内件下密封圈2.4，工件密封圈2.5，内件螺纹压环2.6，内件引压口2.7，工件螺纹压环2.8，薄壁套管2.9，O型密封圈2.10，环型间隙2.11，定位平面2.12，径向安装孔2.13），载荷加载杆3（其中：加载杆密封圈3.1，方形扭转加载接口3.2），试验工件4。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图中所示的压缩式封隔器试验装置，包括井筒筒体1、设置在井筒筒体1内腔中的上部密封结构2、以及穿过上部密封结构2伸入到井筒筒体1中的载荷加载杆3，井筒筒体1呈桶状结构，其内腔中设置有与上部密封结构2相配合的环形台阶，井筒筒体1的筒壁中部设置有筒体上进压口1.1，井筒筒体1的筒壁下部设置有筒体下进压口1.2；上部密封结构2包括内件密封头2.1和工件密封头2.2，内件密封头2.1通过其顶部环台嵌置座落在井筒筒体1的内腔环形台阶处，且通过设置在其外壁上的内件上密封圈2.3和内件下密封圈2.4与井筒筒体1内壁密封连接，内件上密封圈2.3的尺寸大于和内件下密封圈2.4的尺寸，从而便于内件密封头2.1的装拆；所述内件上密封圈2.3和内件下密封圈2.4之间形成有环形缝隙2.11，方便油液的引入；

内件密封头2.1顶部设置有内件螺纹压环2.6，所述内件螺纹压环2.6外壁与井筒筒体1内壁螺纹配合，从而抵接压紧内件密封头2.1；所述内件密封头2.1的侧壁中部设置有内件引压口2.7，内件引压口2.7通过环形缝隙2.11与筒体上进压口1.1相通，便于将外部压力引入井筒筒体1内腔上部，而筒体下进压口1.2则将外部压力引入井筒筒体1内腔下部，这样形成压力差，更能真实模拟出被测试工件4的工况环境；内件密封头2.1的顶部环台外壁与井筒筒体1的内腔环形台阶内壁结合处设置有定位平面2.12，从而可防止内件密封头2.1相对于井筒筒体1扭动。

工件密封头2.2通过其顶部环台嵌置座落在内件密封头2.1的内腔上部，且通过设置在其外壁上的工件密封圈2.5与内件密封头2.1内壁密封连接，所述工件密封头2.2顶部设置有工件螺纹压环2.8，所述工件螺纹压环2.8外壁与内件螺纹压环2.6内壁螺纹配合，从而抵接压紧工件密封头2.2；

载荷加载杆3依次穿过工件螺纹压环2.8、工件密封头2.2和内件密封头2.1伸入至井筒筒体1下部，且通过设置在其外壁上的加载杆密封圈3.1与工件密封头2.2内壁密封连接，所述载荷加载杆3底部用于安装被测试工件4；为了方便加载，载荷加载杆3上间隔设置有多个方形扭转加载接口3.2；载荷加载杆1的外壁上间隔设置有多道加载杆密封圈3.1，从而便于其在不同区段与工件密封头2.2内壁密封连接，同时增加载荷加载杆1的密封有效长度。

为了防止工件在测试过程中对井筒筒体的损伤，减少成本和降低置换难度，内件密封头2.1下端设置有薄壁套管2.9，所述薄壁套管2.9上端外壁与内件密封头2.1内壁螺纹配合，所述薄壁套管2.9下端延伸至井筒筒体1底部，所述薄壁套管2.9上端外壁与内件密封头2.1内壁之间还设置有O型密封圈2.10。

为了方便加载，工件螺纹压环2.8和内件螺纹压环2.6上部均设置有径向安装孔2.13。

本发明的工作过程如下：

先将内件密封头2.1装入井筒筒体1中，此时，内件密封头2.1头部的方形结构与井筒筒体1内腔的方形结构配合，限制了内件密封头2.1的周向转动，同时，井筒筒体1与内件密封头2.1间通过内件上密封圈2.3与内件下密封圈2.4实现密封；然后将内件螺纹压环2.6装入井筒筒体1中，直至与内件密封头2.1上表面接触，此时，内件螺纹压环2.6通过螺纹的自锁功能，限制了内件密封头2.1的轴向位移，实现了内件密封头2.1的完全定位。

然后将试验工件4与载荷加载杆3联接后装入井筒筒体1中，再将工件密封头2.2装入内件密封头2.1中，由工件螺纹压环2.8和工件密封头2.2的轴肩进行工件密封头2.2和内件密封头2.1两者之间的轴向定位，工件密封头2.2与内件密封头2.1通过工件密封圈2.5实现密封，工件密封头2.2与载荷加载杆3通过加载密封圈3.1实现密封；然后将工件螺纹压环2.8旋入内件螺纹压环2.6，直至与工件密封头2.2上表面接触，此时，工件密封头2.2完全定位并密封。

试验时，可通过相应的机构使载荷加载杆3轴向移位或转动，实现压缩式封隔器的各种实验动作，试验结束后，可依次将载荷加载杆3、试验工件4及内件密封头2.1从井筒筒体1中取出。

Claims (7)

1.一种压缩式封隔器试验装置，包括井筒筒体（1）、设置在井筒筒体（1）内腔中的上部密封结构（2）、以及穿过上部密封结构（2）伸入到井筒筒体（1）中的载荷加载杆（3），其特征在于：

所述井筒筒体（1）呈桶状结构，其内腔中设置有与上部密封结构（2）相配合的环形台阶，所述井筒筒体（1）的筒壁中部设置有筒体上进压口（1.1），所述井筒筒体（1）的筒壁下部设置有筒体下进压口（1.2）；

所述上部密封结构（2）包括内件密封头（2.1）和工件密封头（2.2），所述内件密封头（2.1）通过其顶部环台嵌置座落在井筒筒体（1）的内腔环形台阶处，且通过设置在其外壁上的内件上密封圈（2.3）和内件下密封圈（2.4）与井筒筒体（1）内壁密封连接，所述内件上密封圈（2.3）和内件下密封圈（2.4）之间形成有环形缝隙（2.11）；

所述内件密封头（2.1）顶部设置有内件螺纹压环（2.6），所述内件螺纹压环（2.6）外壁与井筒筒体（1）内壁螺纹配合，从而抵接压紧内件密封头（2.1）；所述内件密封头（2.1）的侧壁中部设置有内件引压口（2.7），所述内件引压口（2.7）通过环形缝隙（2.11）与筒体上进压口（1.1）相通，便于将外部压力引入井筒筒体（1）内腔中心；

所述工件密封头（2.2）通过其顶部环台嵌置座落在内件密封头（2.1）的内腔上部，且通过设置在其外壁上的工件密封圈（2.5）与内件密封头（2.1）内壁密封连接，所述工件密封头（2.2）顶部设置有工件螺纹压环（2.8），所述工件螺纹压环（2.8）外壁与内件螺纹压环（2.6）内壁螺纹配合，从而抵接压紧工件密封头（2.2）；

所述载荷加载杆（3）依次穿过工件螺纹压环（2.8）、工件密封头（2.2）和内件密封头（2.1）伸入至井筒筒体（1）下部，且通过设置在其外壁上的加载杆密封圈（3.1）与工件密封头（2.2）内壁密封连接，所述载荷加载杆（3）底部用于安装被测试工件（4）。

2.根据权利要求1所述的压缩式封隔器试验装置，其特征在于：所述内件密封头（2.1）下端设置有薄壁套管（2.9），所述薄壁套管（2.9）上端外壁与内件密封头（2.1）内壁螺纹配合，所述薄壁套管（2.9）下端延伸至井筒筒体（1）底部，所述薄壁套管（2.9）上端外壁与内件密封头（2.1）内壁之间还设置有O型密封圈（2.10）。

3.根据权利要求1所述的压缩式封隔器试验装置，其特征在于：所述内件密封头（2.1）的顶部环台外壁与井筒筒体（1）的内腔环形台阶内壁结合处设置有定位平面（2.12），从而可防止内件密封头（2.1）相对于井筒筒体（1）扭动。

4.根据权利要求1所述的压缩式封隔器试验装置，其特征在于：所述载荷加载杆（3）上间隔设置有多个方形扭转加载接口（3.2）。

5.根据权利要求1所述的压缩式封隔器试验装置，其特征在于：所述工件螺纹压环（2.8）和内件螺纹压环（2.6）上部均设置有径向安装孔（2.13）。

6.根据权利要求1所述的压缩式封隔器试验装置，其特征在于：所述内件上密封圈（2.3）的尺寸大于和内件下密封圈（2.4）的尺寸，从而便于内件密封头（2.1）的装拆。

7.根据权利要求1所述的压缩式封隔器试验装置，其特征在于：所述载荷加载杆（1）的外壁上间隔设置有多道加载杆密封圈（3.1），从而便于其在不同区段与工件密封头（2.2）内壁密封连接，同时增加载荷加载杆（1）的密封有效长度。

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