本發(fā)明涉及鉆井技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種封隔器膠筒的軸向密封試驗系統(tǒng)及其使用方法。
背景技術(shù):
在石油工業(yè)的開采作業(yè)中,封隔器是指具有彈性的密封元件,并借此封隔環(huán)形空間,隔絕產(chǎn)層,以控制產(chǎn)(注)液,保護套管的井下工具,對于封隔器本身來說,最關(guān)鍵的莫過于彈性密封元件,有人比之為封隔器的心臟,因為它在很大程度上影響甚至決定著封隔器系統(tǒng)井下工作的成敗。壓縮式封隔器是通過對膠筒施加一軸向力使膠筒產(chǎn)生徑向變形實現(xiàn)密封功能。
目前對于膠筒的試驗研究多數(shù)研究的為膠筒與套管接觸應(yīng)力方面的研究,而缺少直接的直觀的研究膠筒軸向密封性能的裝置。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于:針對目前分割器膠筒軸向密封性能試驗裝置缺乏的問題,提供一種封隔器膠筒的軸向密封試驗系統(tǒng)及其使用方法,能夠直接的直觀的對膠筒的軸向密封性能進(jìn)行測試。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種封隔器膠筒的軸向密封試驗系統(tǒng),包括試驗部件、三維非接觸應(yīng)變測量儀、液壓動力部件和顯示部件,所述試驗部件包括測試筒、內(nèi)筒、上蓋和由透明材料制成的外筒,所述內(nèi)筒設(shè)置在所述外筒內(nèi)從而在所述內(nèi)筒與所述外筒之間形成筒狀腔,所述測試筒設(shè)在所述筒狀腔中,所述測試筒內(nèi)壁和外壁分別與內(nèi)筒和外筒接觸,所述上蓋覆蓋所述筒狀腔一端的開口,所述上蓋、內(nèi)筒、外筒和所述測試筒配合形成上腔室,所述測試筒遠(yuǎn)離所述上蓋的一端設(shè)置有壓持件,用于頂壓所述測試筒,所述三維非接觸應(yīng)變測量儀用于測量測試筒的應(yīng)變,所述液壓動力部件用于驅(qū)動壓持件壓緊測試筒,所述顯示部件用于顯示測試筒的應(yīng)力和應(yīng)變。
作為優(yōu)選,所述液壓動力部件包括活塞缸、活塞及測壓件,所述活塞設(shè)置在活塞缸內(nèi)并與所述活塞缸內(nèi)壁形成壓力腔,所述活塞缸設(shè)置有與所述壓力腔相通的增壓孔,所述測壓件布置在所述活塞與所述壓持件之間,所述顯示部件還用于顯示所述測壓件所獲取的壓力。
作為優(yōu)選,所述試驗部件還包括用于控制所述測試筒溫度的溫度控制部件,所述顯示部件還用于顯示所述測試筒的溫度。
作為優(yōu)選,所述溫度控制部件包括加熱件,所述加熱件設(shè)置在所述內(nèi)筒內(nèi)壁上。
作為優(yōu)選,所述測試筒下端設(shè)置有液體收集器,用于收集從測試筒和外筒之間泄露的液體,所述液體收集器由透明材料制成
作為優(yōu)選,所述液體收集器內(nèi)設(shè)置有液位監(jiān)測部件。
作為優(yōu)選,所述液體收集器上設(shè)置有用于顯示液位的刻度。
作為優(yōu)選,所述液體收集器內(nèi)設(shè)置有第二顏色反應(yīng)物。
本專利申請還公開了一種試驗系統(tǒng)的使用方法,該試驗系統(tǒng)為上述試驗系統(tǒng),使用時,在通入所述上腔室中的液體中混合第一顏色反應(yīng)物,在所述液體收集器內(nèi)布置第二顏色反應(yīng)物,所述第一顏色反應(yīng)物與所述第二顏色反應(yīng)物混合時會發(fā)生顏色變化。
作為優(yōu)選,上述使用方法包括以下步驟:
a、按照使用需求裝配所述試驗系統(tǒng),在裝配試驗系統(tǒng)時,向所述壓力腔通入少量流體,再將上述活塞放入所述活塞缸內(nèi),使所述活塞接觸該少量流體的液面,并在將要通入所述上腔室的液體中混入所述第一顏色反應(yīng)物,在所述液體收集器內(nèi)布置第二顏色反應(yīng)物;
b、調(diào)節(jié)所述三維非接觸應(yīng)變測量儀的觀測頭高度和位置,連接好數(shù)據(jù)采集線路,記錄液體收集器中液位的初始高度;
c、向所述壓力腔通入高壓流體以推動活塞壓緊測試筒直至所述測壓件的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值,向所述上腔室融入步驟a中混合有所述第一顏色反應(yīng)物的高壓液體,直至上腔室中的壓力穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值,保持各參數(shù)持續(xù)預(yù)設(shè)時間,記錄液體收集器中液位的最終高度;
d、結(jié)束試驗,關(guān)閉向上腔室通入高壓液體的設(shè)備,確定關(guān)閉該設(shè)備后再關(guān)閉向壓力腔通入高壓流體的設(shè)備,拆解各零部件。
綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本申請的有益效果是:向上腔室通入一定壓力的液體即可進(jìn)行軸向密封測試試驗,通過壓持件對測試筒施加一定的壓力,根據(jù)在測試筒下端發(fā)現(xiàn)的上腔通入的液體量,確定軸向密封性能,結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠;外筒為透明的,因此,若進(jìn)入上腔室的液體通過測試筒和外筒的接觸面泄露出去,在外能夠過直接觀察,從而能夠直觀的感測測試筒的軸向密封性能,并且,特別的,通入的液體為具有顏色的液體,液體的顏色與測試筒的顏色不同,能夠更加直觀的感測測試筒的軸向密封性能,比如采用紅色的液體,直觀觀測,結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定可靠。
附圖說明
圖1為本專利申請試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本專利申請試驗部件的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為圖2中e的局部放大圖。
圖中標(biāo)記:2-顯示部件,3-試驗部件,5-三維非接觸應(yīng)變測量儀,88-液壓動力部件,7-支柱,8-活塞缸,81-延邊,9-外筒,11-液體收集器,12-導(dǎo)流環(huán),13-測試筒,131-倒角,14-內(nèi)筒,16-上蓋,17-加熱件,19-上腔室,20-進(jìn)口,21-橡膠密封圈,22-壓持件,24-測壓件,25-活塞,26-壓力腔,27-增壓孔,29-轉(zhuǎn)換接頭。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖,對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
如圖1-3所示,一種封隔器膠筒的軸向密封試驗系統(tǒng),包括試驗部件3、三維非接觸應(yīng)變測量儀5、液壓動力部件88和顯示部件2,試驗部件3包括測試筒13、內(nèi)筒14、上蓋16和由透明材料制成的外筒9,內(nèi)筒14設(shè)置在外筒9內(nèi)從而在內(nèi)筒14與外筒9之間形成筒狀腔,測試筒13設(shè)在筒狀腔中,測試筒13內(nèi)壁和外壁分別與內(nèi)筒14和外筒9接觸,上蓋16覆蓋筒狀腔一端的開口,上蓋16、內(nèi)筒14、外筒9和測試筒13配合形成上腔室19,測試筒13遠(yuǎn)離上蓋16的一端設(shè)置有壓持件22,用于頂壓測試筒13,三維非接觸應(yīng)變測量儀5用于測量測試筒13的應(yīng)變,液壓動力部件88用于驅(qū)動壓持件22壓緊測試筒13,顯示部件2用于顯示測試筒13的應(yīng)力和應(yīng)變,外筒9由透明材料制成,比如采用鋼化玻璃或玻璃制成,測試筒13即是封隔器使用的膠筒,是橡膠制成,由此,向上腔室19通入一定壓力的液體即可進(jìn)行軸向密封測試試驗,通過壓持件22對測試筒13施加一定的壓力,根據(jù)在測試筒13下端發(fā)現(xiàn)的上腔通入的液體量,確定軸向密封性能,結(jié)構(gòu)簡單,性能可靠;外筒9為透明的,因此,若進(jìn)入上腔室19的液體通過測試筒13和外筒9的接觸面泄露出去,在外能夠過直接觀察,從而能夠直觀的感測測試筒13的軸向密封性能,并且,特別的,通入的液體為具有顏色的液體,液體的顏色與測試筒13的顏色不同,能夠更加直觀的感測測試筒13的軸向密封性能,比如采用紅色的液體,直觀觀測,結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定可靠,具體的,外筒9上設(shè)置有與上腔室19相通的進(jìn)口20,用于向上腔室19注入液體。
如圖2,液壓動力部件88包括活塞缸8、活塞25及測壓件24,活塞25設(shè)置在活塞缸8內(nèi)并與活塞缸8內(nèi)壁形成壓力腔26,活塞缸8設(shè)置有與壓力腔26相通的壓力增壓孔27,測壓件24布置在活塞25與壓持件22之間,并分別與活塞25和壓持件22接觸,顯示部件2還用于顯示測壓件24所獲取的壓力,測壓件24用于測試活塞25施加于壓持件22的壓力,由此能夠?qū)崟r知曉壓持件22作用于測試筒13的壓力,簡單準(zhǔn)確,活塞25滑動設(shè)置在活塞缸8內(nèi),通過壓力增壓孔27向壓力腔26通入流體,能夠推動活塞25使得活塞25通過測壓件24向施壓件施加動力,提供的動力穩(wěn)定并且該動力測試準(zhǔn)確,穩(wěn)定可靠并且摩擦力較小,試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確;具體的,測壓件24可以采用壓力傳感器。
試驗部件3還包括用于控制測試筒13溫度的溫度控制部件,用于模擬測試筒13的實際使用情況,顯示部件2還用于顯示測試筒13的溫度,使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。
如圖2,溫度控制部件包括加熱件17,加熱件17設(shè)置在內(nèi)筒14內(nèi)壁上,從而溫度更加容易控制,節(jié)約能源,進(jìn)一步的,加熱件17為筒狀,套設(shè)在內(nèi)筒14內(nèi),結(jié)構(gòu)簡單,加熱均勻且面積大,使得試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確,具體的,溫度控制還包括溫度測試件,用于監(jiān)測測試筒13的問題,便于控制測試筒13的溫度,跟具體的,溫度測試件可以是溫度計,或者紅外線溫度測試儀。
壓持件22為筒狀,套設(shè)在內(nèi)筒14上,由此,壓持件22在壓緊測試筒13時壓持件22不會歪斜,具有導(dǎo)向作用,進(jìn)一步的,壓持件22與內(nèi)筒14間隙配合,使得壓持件22與內(nèi)筒14之間的摩擦力較小,測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。
活塞缸8外形為筒狀,套設(shè)在外筒9內(nèi),壓持件22套設(shè)在活塞缸8內(nèi),結(jié)構(gòu)簡單,進(jìn)一步的,壓持件22與活塞缸8采用間隙配合,從而摩擦力較小,試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。
活塞缸8遠(yuǎn)離活塞25的端部設(shè)置有轉(zhuǎn)換接頭29,轉(zhuǎn)換接頭29設(shè)置有通孔,通孔連通外部與壓力增壓孔27,方便接通增壓設(shè)備以向壓力腔26提供流體。
活塞缸8的一端出露在外筒9外,該一端設(shè)置有延邊81,延邊81覆蓋外筒9的開口,延邊81通過支柱7與上蓋16連接,也就是說,支柱7與延邊81固定連接,支柱7與上蓋16固定連接,從而使得上蓋16與延邊81形成固定連接。
如圖2和圖3,測試筒13下端設(shè)置有液體收集器11,用于收集從測試筒13和外筒9之間泄露的液體,該液體是由上腔室19泄露出來的,如此,能夠根據(jù)收集的泄露量確定測試筒13在各試驗條件下的密封性能,具體的,如圖2和圖3,液壓收集器設(shè)置于液壓缸上。
液體收集器11由透明材料制成,也就是液體收集器11是透明的,從而能夠直觀觀測液體收集器11里面的液體量,在液體收集器11盛滿前停止試驗,以免溢出的液體影響試驗的準(zhǔn)確性,從而試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。
進(jìn)一步的,液體收集器11內(nèi)設(shè)置有液位監(jiān)測部件,由此,根據(jù)液體收集器11的底面積即可實時確定里面的液體量,實時記錄各試驗條件下的密封性能,無需重啟試驗設(shè)備將液體收集器11倒出后再試驗,方便快捷。
當(dāng)然,除了采用液位監(jiān)測部件外,還可以采用其他方式以實時確定泄露的液體量,如,液體收集器11上設(shè)置有用于顯示液位的刻度,由此,能夠?qū)崟r觀測液面所在的刻度位置確定液體的泄漏量,方便快捷,結(jié)構(gòu)簡單。
液體收集器11內(nèi)設(shè)置有第二顏色反應(yīng)物,第二顏色反應(yīng)物即是能夠與通入上腔室19的液體發(fā)生反應(yīng)從而出現(xiàn)顏色變化的物質(zhì),相應(yīng)的,可以在通入上腔室19的液體中混合能夠與第二顏色反應(yīng)物發(fā)生顏色反應(yīng)的物質(zhì),由此,能夠更加直觀的觀測液體收集器11中的液體量,方便快捷,結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,穩(wěn)定可靠。具體的,可以采用碘與淀粉,反應(yīng)呈藍(lán)色,在液體收集器11中放置淀粉,在通入上腔室19的液體中混合碘;又例如,酒精與酸性重鉻酸鉀溶液的組合,反應(yīng)呈灰綠色;石蕊試液與酸性溶液的組合,反應(yīng)呈紅色;石蕊試液與堿性溶液的組合,反應(yīng)呈藍(lán)色。
測試筒13下端面的外部延邊81設(shè)置有倒角131,一般情況下,液體的泄漏量較小,需要對泄露液體進(jìn)行引流以使泄露的全部液體均流至,采用倒角131設(shè)置,便于將泄露液體引流至液體收集器11內(nèi)。
如圖2,內(nèi)筒14與壓持件22之間設(shè)置有截面呈梯形的導(dǎo)流環(huán)12,便于將泄露液體引流至液體收集器11內(nèi),更具體的,導(dǎo)流環(huán)12與內(nèi)筒14之間設(shè)置有橡膠密封圈,使試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。
如圖2,導(dǎo)流環(huán)12面積較小的一端與測試筒13下端面接觸,倒角131與導(dǎo)流環(huán)12呈v字形布置,導(dǎo)流環(huán)12面積較大的一端的延邊81布置在液體收集器11的開口上方,從而使泄露的液體能夠直接通過倒流環(huán)上的斜面流至液體收集器11內(nèi),使試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。
壓持件22、測壓件24和活塞25三者的對稱軸線重合,以便使得活塞25在滑動過程中壓持件22難以與活塞缸8內(nèi)壁或內(nèi)筒14外壁接觸產(chǎn)生摩擦,試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確,更具體的,在壓持件22和活塞25上設(shè)置有配合測壓件24的凹槽,具有定位作用,使試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確,具體的,在液體收集器11與外筒9的內(nèi)壁之間、測試筒13與導(dǎo)流環(huán)12之間以及活塞25與活塞缸8之間均設(shè)置有橡膠密封環(huán)。
本專利申請還公開了一種試驗系統(tǒng)的使用方法,該試驗系統(tǒng)為上述試驗系統(tǒng),使用時,在通入上腔室19中的液體中混合第一顏色反應(yīng)物,在液體收集器11內(nèi)布置第二顏色反應(yīng)物,第一顏色反應(yīng)物與第二顏色反應(yīng)物混合時會發(fā)生顏色變化,由此,能夠更加直觀的觀測液體收集器11中的液體量,方便快捷,結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,穩(wěn)定可靠。具體的,第一顏色反應(yīng)物與第二顏色反應(yīng)物可以采用碘與淀粉,反應(yīng)呈藍(lán)色,在液體收集器11中放置淀粉,在通入上腔室19的液體中混合碘;又例如,酒精與酸性重鉻酸鉀溶液的組合,反應(yīng)呈灰綠色;石蕊試液與酸性溶液的組合,反應(yīng)呈紅色;石蕊試液與堿性溶液的組合,反應(yīng)呈藍(lán)色。
進(jìn)一步的,上述使用方法包括以下步驟:
a、按照使用需求裝配試驗系統(tǒng),在裝配試驗系統(tǒng)時,向壓力腔26通入少量流體,再將上述活塞25放入活塞缸8內(nèi),使活塞25接觸該少量流體的液面,以方便壓持件22的安裝,同時避免出現(xiàn)空氣,使試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確,在將要通入上腔室19的液體中混入第一顏色反應(yīng)物,在液體收集器11內(nèi)布置第二顏色反應(yīng)物,保證壓力傳感器、壓持件22和活塞25三者的對稱軸線重合,以便使得活塞25在滑動過程中壓持件22難以與活塞缸8內(nèi)壁或內(nèi)筒14外壁接觸產(chǎn)生摩擦,試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確;
b、調(diào)節(jié)三維非接觸應(yīng)變測量儀5的觀測頭高度和位置,連接好數(shù)據(jù)采集線路,記錄液體收集器11中液位的初始高度;
c、向壓力腔26通入高壓流體以推動活塞25壓緊測試筒13直至測壓件24的壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值,向上腔室19融入步驟a中混合有第一顏色反應(yīng)物的高壓液體,直至上腔室19中的壓力穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值,保持各參數(shù)持續(xù)預(yù)設(shè)時間,記錄液體收集器11中液位的最終高度;
d、結(jié)束試驗,關(guān)閉向上腔室19通入高壓液體的設(shè)備,確定關(guān)閉該設(shè)備后再關(guān)閉向壓力腔26通入高壓流體的設(shè)備,拆解各零部件。
進(jìn)一步的,在步驟c中,測試完成后,保持上腔室19的壓力值不變,增加或減小壓力腔26中的壓力值至另一預(yù)設(shè)值,保持穩(wěn)定后記錄液體收集器11中液位的最終高度,如此重復(fù),能夠完成多組試驗,方便快捷,穩(wěn)定可靠,試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確,
或者,在步驟c中,測試完成后,保持壓力腔26中的壓力值不變,增加或減少上腔室19中的壓力值,保持穩(wěn)定后記錄液體收集器11中液位的最終高度,如此重復(fù),能夠完成多組試驗,方便快捷,穩(wěn)定可靠,試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。