一种胶筒承压及密封性能测试装置以及测试方法

摘要

本发明涉及石油开采工业的密封技术领域，具体涉及一种胶筒承压及密封性能测试装置以及测试方法,胶筒承压及密封性能测试装置包括套管、盖帽一、盖帽二和试压接头，所述试压接头用于连接液压试验机，所述套管内设有芯轴、支撑部件和第一螺栓，三者能对胶筒形成挤压并变形至抵接套管内壁并保持胶筒变形后的状态。胶筒承压及密封性能测试方法采用所述胶筒承压及密封性能测试装置对胶筒进行承压及密封性能测试，能够预先模拟桥塞在井下套管内坐封时胶筒的承压和密封性能的情况，测试所述胶筒的承压和密封性能能否达到设计要求，筛选出符合桥塞设计要求的胶筒再投入实际生产使用，使桥塞的质量得到保障，保障压裂施工安全及储层改造效果。

说明书

技术领域

本发明涉及石油开采工业的密封技术领域，具体涉及一种胶筒承压及密封性能测试装置以及测试方法。

背景技术

在非常规油气资源开采领域中，需要用桥塞来实现井下封堵，分段改造储层。在桥塞的结构中，胶筒作为井下封堵的密封件，其承压和密封能力十分重要，需要得到保证，所以在桥塞的组装之前，需要对胶筒进行承压测试和密封测试。但在现有技术中，对胶筒的承压和密封能力能进行测试的装置和方法很少，致使在桥塞的制作过程中，胶筒的承压和密封性能得不到保证，容易导致桥塞的质量不合格，如胶筒在水力压裂施工时密封效果不好或承压能力不足，造成储层间封隔失效，无法有效改造指定储层，影响油气井产量。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中对胶筒的承压和密封能力进行测试的装置和方法很少，致使在桥塞的制作过程中，胶筒的承压和密封性能得不到保证的问题，提供一种胶筒承压及密封性能测试装置以及测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种胶筒承压及密封性能测试装置，包括套管,所述套管一端连接盖帽一、另一端连接盖帽二，所述盖帽一和所述套管的连接处设有密封件，所述盖帽一上设有试压接头，所述试压接头用于连接液压试验机，所述套管内设有芯轴和支撑部件，所述支撑部件套接于所述芯轴外侧上，所述芯轴和所述套管同轴设置，所述芯轴靠近所述盖帽一的一端设有凸台，所述凸台和支撑部件之间具有轴向间隙一，所述间隙一用于适配设置胶筒，所述胶筒与所述凸台之间设有一个挡环，所述胶筒与所述支撑部件之间也设有一个挡环，所述支撑部件抵接所述盖帽二，所述盖帽二上穿设有第一螺栓，所述芯轴靠近所述盖帽二的一端与所述第一螺栓螺纹连接。

所述套管与压裂施工时桥塞实际坐封的套管保持一致。所述芯轴和所述套管同轴设置，同时所述胶筒配合两端挡环套接于所述芯轴上，使胶筒被挤压变形时胶筒四周能够同时抵接套管内壁，所述挡环用于束缚胶筒受挤压后的变形形态，并对胶筒提供足够支撑，避免胶筒被压力破坏后密封性能丧失。所述第一螺栓包括螺头和螺杆，所述芯轴靠近所述盖帽二的一端设有螺孔，所述第一螺栓的所述螺杆与所述芯轴的所述螺孔螺纹连接，所述螺头设于所述套管的外侧。支撑部件配合挡环限制所述胶筒向所述盖帽二一端移动，同时所述芯轴的凸台配合挡环限制所述胶筒向所述盖帽一一端移动。所述盖帽二和所述芯轴之间设有轴向间隙二，所述间隙二作为芯轴向所述盖帽二移动的通道，所述第一螺栓和所述芯轴之间也设有轴向间隙三，所述间隙三作为所述第一螺栓相对于芯轴移动的通道。通过转动第一螺栓，同时防止所述芯轴转动，如对所述芯轴施加一个反向的力矩，但芯轴与第一螺栓相对运动，且第一螺栓因螺头被盖帽二限制而无法向盖帽一轴向移动，使所述芯轴能够在所述间隙二中向所述盖帽二移动，对胶筒产生挤压，使胶筒变形至抵接所述套管内壁。第一螺栓与芯轴螺纹连接，实现芯轴位置的固定，使所述胶筒被挤压后保持抵接套管内壁的状态，以便用于进行性能测试，在胶筒的四周抵接于套管内壁的前提下，通过向套管内注液来判断胶筒的密封性能，然后再通过试压接头连接液压试验机，向套管内施加预设压力的液体，实现对胶筒进行承压测试。

本发明所述的胶筒承压及密封性能测试装置通过预先模拟胶筒在井下套管内承压和密封的环境，进而测试所述胶筒的承压和密封性能能否达到设计要求，采用单个装置即可对胶筒进行上述两项测试，结构简单，测试方便，简化了试验装置，降低了试验成本，测试环节简单可靠，有效避免因胶筒密封和承压性能差造成储层间封隔失效，无法有效改造指定储层，影响油气井产量。如此能够筛选出符合设计要求的胶筒再投入实际施工使用，满足承受压力标准和密封性能的胶筒能够保证桥塞在指定位置正常密封并承压。

优选的，所述支撑部件为铝合金构件，节约该胶筒承压及密封性能测试装置的成本。

优选的，所述盖帽一和所述盖帽二皆螺纹连接所述套管，便于拆卸和连接。

优选的，所述密封件为密封圈，增加所述盖帽一对所述套管的密封性，使盖帽一密封套管，避免胶筒的承压测试因密封性能差出现偏差。

优选的，所述芯轴的所述凸台上连接有固定部件。

优选的，所述固定部件为第二螺栓，所述第二螺栓与所述芯轴固定连接。

通过所述第二螺栓和所述芯轴固定连接，能够保证第二螺栓与芯轴相对静止，安装胶筒时，如通过套筒扳手控制所述第二螺栓更方便于防止芯轴转动，便于第一螺栓与芯轴沿轴向相对运动，进而便于挤压胶筒使胶筒变形至密封套管。

优选的，所述液压试验机为水压试验机。

一种胶筒承压及密封性能测试方法，使用如上述任一所述的一种胶筒承压及密封性能测试装置进行胶筒承压及密封性能测试，包括依次进行的胶筒安装步骤、密封测试步骤和承压测试步骤；

所述胶筒安装步骤包括：先将所述胶筒、所有所述挡环和所述支撑部件分别套接于所述芯轴，再将所述盖帽二连接于所述套管，然后将所述第一螺栓穿过所述盖帽二后螺纹连接于所述芯轴，然后转动所述第一螺栓同时对所述芯轴施加反向力矩，使所述胶筒变形至与所述套管的内壁相抵接，然后再将所述盖帽一连接于所述套管，完成所述胶筒的安装；

所述密封测试步骤包括：从所述套管用于设置所述盖帽一的一端注液，根据所述盖帽二的一端是否漏水判断所述胶筒的密封性能，完成所述胶筒的密封性能测试；

所述承压测试步骤包括：当所述胶筒的密封性能测试达标后，将所述试压接头连接所述液压试压机，输送预设的测试液压进入所述套管，根据所述胶筒的承压曲线情况判断所述胶筒的承压性能，完成所述胶筒的承压性能测试。

所述承压曲线是指根据液压试验机反馈套管内胶筒和盖帽一之间实时压力，该压力值下降幅度过大，则代表套管内胶筒被破坏。采用本发明所述胶筒承压及密封性能测试方法，能够在单个所述胶筒承压及密封性能测试装置上依次分别测试胶筒的密封性能和承压性能，无需反复安装和拆卸装置，操作方便且步骤简单，便于实施，测试效果良好。同时在胶筒投入使用前对其进行承压及密封性能测试，采用承压及密封性能符合桥塞设计要求的胶筒能够保证桥塞在深井中稳定地密封套管，并且保障深井压裂施工安全及储层改造效果。

优选的，将所述盖帽一连接于所述套管的步骤在所述密封测试步骤完成后进行，然后再执行所述承压测试步骤。

在所述胶筒安装步骤中，先不将所述盖帽一连接于所述套管，然后在所述密封测试步骤中，直接从所述芯轴靠近所述盖帽一的一端端口向套管内注液，从所述芯轴靠近所述盖帽二的一端观测是否漏水判断所述胶筒的密封性能，当所述胶筒的密封性能测试达标后，再将所述盖帽一连接于所述套管，并通过试压接头向所述套管内注液至溢出，然后执行所述承压测试步骤。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的胶筒承压及密封性能测试装置通过预先模拟胶筒在井下套管内承压和密封的环境，进而测试所述胶筒的承压和密封性能能否达到设计要求，采用单个装置即可对胶筒进行上述两项测试，结构简单，测试方便，简化了试验装置，降低了试验成本，测试环节简单可靠，有效避免因胶筒承压和密封性能差导致桥塞在压裂施工时出现层间封隔失效，包括避免了桥塞密封失效和储层改造效果差。如此能够筛选出符合设计要求的胶筒再投入实际施工使用，满足承受压力标准和密封性能的胶筒能够保证桥塞在指定位置正常密封，并且保障储层改造效果，提高油气井产量。

2、采用本发明所述胶筒承压及密封性能测试方法，能够在单个所述胶筒承压及密封性能测试装置上依次分别测试胶筒的密封性能和承压性能，无需反复安装和拆卸装置，操作方便且步骤简单，便于实施，测试效果良好。同时在胶筒投入使用前对其进行承压及密封性能测试，采用承压及密封性能符合桥塞设计要求的胶筒能够保证桥塞在深井中稳定地密封套管，并且保障储层改造效果。

附图说明

图1是所述胶筒承压及密封性能测试装置的结构示意图；

图2是胶筒未受挤压时的状态示意图；

图3是胶筒受挤压与套管内壁抵接时的状态示意图。

图标：1-套管；2-固定部件；3-芯轴；31-间隙二；4-挡环；5-胶筒；6-支撑部件；7-盖帽二；8-第一螺栓；81-间隙三；9-试压接头；10-盖帽一；11-密封件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种胶筒承压及密封性能测试装置，参见图1，包括套管1、第一螺栓8、盖帽二7、和盖帽一10，所述套管1是根据桥塞的尺寸来确定的，模拟深井的套筒，如图1，以盖帽一10为上端，盖帽二7为下端，所述盖帽一10设有试压接头9，所述试压接头9用于连接所述液压试验机，所述液压试验机用于提供液压，为胶筒5的承压性能测试的压力提供部件，作为优选，所述液压试验机为水压试验机，通过水来作为压力媒介，资源丰富；所述套管1下端连接所述盖帽二7，上端连接所述盖帽一10，优选的，所述盖帽一10和所述盖帽二7皆螺纹连接所述套管1，便于拆卸和连接，所述盖帽一10设有密封件11，优选的，所述密封件11为密封圈，本实施例中，其为橡胶密封圈，增加所述盖帽一10对所述套管1的密封性，使盖帽一10密封套管1，避免胶筒5的承压测试因密封性能差出现偏差。

所述套管1内设有芯轴3和支撑部件6，所述支撑部件6套接于所述芯轴3外侧上，优选的，所述支撑部件6为铝合金构件，节约该胶筒5承压及密封性能测试装置的成本，本实施例中，所述支撑部件6为圆筒状铝合金构件，圆筒状的支撑部件6更契合套管1，便于放置于套管1内，所述芯轴3和所述套管1同轴设置，保持所述胶筒5与所述套管1的轴心一致，所述芯轴3靠近所述盖帽一10的一端设有凸台，所述凸台和支撑部件6之间具有轴向间隙一，所述间隙一用于适配设置胶筒5，所述胶筒5与所述凸台之间设有一个挡环4，所述胶筒5与所述支撑部件6之间也设有一个挡环4，所述挡环4用于束缚胶筒5受挤压后的变形形态，并对胶筒5提供足够支撑，避免胶筒5被压力破坏后密封性能丧失，且支撑部件6配合挡环4作为胶筒5的限位工具，避免胶筒5下端向所述盖帽二7移动，同时在后期胶筒5承压性能时，为所述胶筒5下端提供一个由下向上的支撑力。

作为优选，所述凸台上还连接有固定部件2，本实施例中，所述固定部件2为第二螺栓，所述第二螺栓与所述芯轴3固定连接，具体的，所述第二螺栓固定镶嵌于所述凸台的内部，通过所述第二螺栓和所述芯轴3固定连接，能够保证第二螺栓与芯轴3相对静止，安装胶筒5时，通过套筒扳手控制所述第二螺栓更方便于避免芯轴3转动，便于第一螺栓8与芯轴3沿轴向相对运动，进而便于挤压胶筒5使胶筒5变形至抵接套管1内壁。

所述支撑部件6连接所述盖帽二7，所述盖帽二7上穿设有第一螺栓8，所述第一螺栓8包括螺杆，所述芯轴3靠近所述盖帽二7的一端与所述螺杆螺纹连接，所述螺杆和所述芯轴3之间设有轴向间隙三81，所述间隙三81作为所述第一螺栓8相对于芯轴3移动的通道，所述盖帽二7和所述芯轴3之间设有轴向间隙二31，所述间隙二31作为芯轴3向所述盖帽二7移动的通道。所述螺杆和芯轴3能够产生轴向的相对移动，同时也能固定两者之间的轴向位置，对胶筒5产生固定作用，具体的，所述第一螺栓8包括螺头和螺杆，所述芯轴3靠近所述盖帽二7的一端设有螺孔，所述第一螺栓8的所述螺杆与所述芯轴3的所述螺孔螺纹连接，所述螺头设于所述套管1的外侧，用于限制第一螺栓8使其无法向盖帽一10轴向移动，使所述芯轴3能够在该间隙二31中向所述盖帽二7移动，对胶筒5产生挤压，使胶筒5变形至抵接所述套管1的内壁，同时第一螺栓8实现芯轴3位置的固定，使所述胶筒5保持抵接套管1内壁的状态。

通过转动第一螺栓8，并对芯轴3施加一个反向的力矩，防止芯轴3转动，但芯轴3与第一螺栓8相对运动，且第一螺栓8因螺头被盖帽二7限制而无法向盖帽一10轴向移动，使所述芯轴3能够在该间隙二31中向所述盖帽二7移动，对胶筒5产生挤压，使胶筒5变形至抵接所述套管1内壁。第一螺栓8与芯轴3螺纹连接，实现芯轴3位置的固定，使所述胶筒5被挤压后保持抵接套管1内壁的状态，以便用于进行性能测试，在胶筒5的四周抵接于套管1内壁的前提下，通过向套管1内注液来判断胶筒5的密封性能，然后再通过试压接头9连接液压试验机，向套管1内施加预设压力的液体，实现对胶筒5进行承压测试。

本发明所述的胶筒承压及密封性能测试装置通过预先模拟胶筒5在井下套管1内承压和密封的环境，进而测试所述胶筒5的承压和密封性能能否达到设计要求，采用单个装置即可对胶筒5进行上述两项测试，结构简单，测试方便，简化了试验装置，降低了试验成本，测试环节简单可靠，有效避免因胶筒5承压和密封性能差导致桥塞水力压裂施工时出现层间封隔失效，包括避免了桥塞密封失效和储层改造效果差。如此能够筛选出符合设计要求的胶筒5再投入实际施工使用，满足承受压力标准和密封性能的胶筒5能够保证桥塞在指定位置正常密封，并且保障储层改造效果，提高油气井产量。

实施例2

本实施例提供一种胶筒承压及密封性能测试方法，使用如实施例1中所述的一种胶筒承压及密封性能测试装置进行胶筒5承压及密封性能测试，包括依次进行的胶筒安装步骤、密封测试步骤和承压测试步骤；

所述胶筒安装步骤包括:使用时，先将所述胶筒5、所有所述挡环4和所述支撑部件6分别套接于所述芯轴3，具体的，先安装靠近所述芯轴3的所述凸台的挡环4，再安装所述胶筒5，然后安装另一个挡环4，最后将所述支撑部件6套接于芯轴3靠近所述盖帽二7的一端。再将所述盖帽二7连接于所述套管1，然后将所述第一螺栓8穿过所述盖帽二7后螺纹连接于所述芯轴3，其状态参见图2，然后转动所述第一螺栓8同时对所述芯轴3施加反向力矩，使所述胶筒5变形至与所述套管1的内壁相抵接，其状态参见图3，然后再将所述盖帽一10连接于所述套管1，完成所述胶筒5的安装。

所述密封测试步骤包括：从所述套管1用于设置所述盖帽一10的一端注液，本实施例中，以水压试验机为供压装置，优选的，直接从试压接头9注水，注水至所述试压接头9溢出水，然后根据所述盖帽二7的一端是否漏水判断所述胶筒5的密封性能。具体的，也能够打开盖帽一10，直接从套管1靠近所述盖帽一10的一端端口注水，注水到快溢出端口时，关闭盖帽一10，再从试压接头9注水至所述试压接头9溢出水，根据所述盖帽二7一端是否漏水判断所述胶筒5的密封情况，完成所述胶筒5的密封性能测试。具体的，如果所述盖帽二7一端漏水，则胶筒5尚未形成有效密封，密封性能不好，无需进行下一步承压测试，如果所述盖帽二7一端不漏水，则进行下一步胶筒5的承压测试。

所述承压测试步骤包括：当所述胶筒5的密封性能测试达标后，将所述试压接头9连接所述液压试压机，输送预设的测试液压进入所述套管1，根据所述胶筒5的承压曲线判断所述胶筒5的承压性能，所述承压曲线是指根据液压试验机反馈套管1内胶筒5和盖帽一10之间实时压力，该压力值下降幅度过大，则代表套管1内胶筒5被破坏，完成所述胶筒5的承压性能测试。本实施例中，将所述试压接头9连接所述水压试压机，然后根据设计值使用所述水压试压机从所述试压接头9输送预设的测试水压进入所述套管1，对所述胶筒5的承压性能进行测试，承压结束后取出所述胶筒5，判断所述胶筒5的损坏情况，如若胶筒5损坏程度超过设计指标，或稳压阶段压降超出可接受范围，则胶筒5的承压性能不达标，不能作为桥塞的密封件，如果胶筒5损坏程度在设计指标内，该胶筒5能够作为桥塞的密封件，可以用于生产胶筒5，完成所述胶筒5的承压性能测试。

进一步的，能够将所述盖帽一10连接于所述套管1的步骤在所述密封测试步骤完成后进行，然后再执行所述承压测试步骤。具体的，能够先直接从所述套管1用于设置所述盖帽一10的一端的端口注水至套管1内，测试胶筒5的密封性能，在胶筒5密封性能达标的情况下，再将盖帽一10连接于所述套管1，从试压接头9向所述套管1内注液至溢出，再将所述试压接头9连接所述液压试压机，输送预设的测试液压进入所述套管1，根据所述胶筒5的损坏情况判断所述胶筒5的承压性能，完成所述胶筒5的承压性能测试。

采用本发明所述胶筒承压及密封性能测试方法，能够在单个所述胶筒承压及密封性能测试装置上依次分别测试胶筒5的密封性能和承压性能，无需反复安装和拆卸装置，操作方便且步骤简单，便于实施，测试效果良好。同时在胶筒5投入使用前对其进行承压及密封性能测试，采用承压及密封性能符合桥塞设计要求的胶筒5能够保证桥塞在深井中稳定地密封套管1，并且保障深井压裂施工安全及储层改造效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。