壓縮式封隔器膠筒檢測工具研制與應(yīng)用

常鵬梅

（遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010）

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壓縮式封隔器膠筒檢測工具研制與應(yīng)用

常鵬梅

（遼河油田分公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010）

摘要：針對目前忽視壓縮式封隔器膠筒檢測這一中間環(huán)節(jié)，膠筒一旦出現(xiàn)密封不嚴(yán)，不能直接找出原因的問題，研制了壓縮式封隔器膠筒檢測工具。該檢測工具主要由膠筒密封部分、液壓坐封部分、壓縮距測量部分和機(jī)械解封部分等組成，具有檢測方式簡單、可靠、準(zhǔn)確的特點。檢測結(jié)果表明：該壓縮式封隔器膠筒檢測工具可以檢測多個型號的壓縮式封隔器膠筒的規(guī)格尺寸、硬度、壓縮距、壓縮力和密封壓差。該檢測工具不僅可以檢測常溫膠筒，也可檢測高溫膠筒。壓縮式封隔器膠筒檢測工具的研制提高了封隔器的利用率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：壓縮式封隔器；膠筒；檢測；工具

封隔器使用范圍廣泛，幾乎遍及石油勘探和開發(fā)的各個生產(chǎn)過程，是油田壓裂、試油、采油、注水、堵水、油層改造等工藝措施的核心工具［1-2］。封隔器的主要作用是實現(xiàn)封隔產(chǎn)層或施工目的層，防止層間流體和壓力互相干擾等，其工作的好壞取決于密封，因此密封元件是封隔器的核心部分［3］。膠筒作為封隔器的密封部分，當(dāng)其承受軸向壓縮載荷時，除產(chǎn)生軸向壓縮變形外，還將產(chǎn)生徑向膨脹，通過軸向壓縮力緊貼在封隔器套管壁上，將心軸與套管間的空間填滿［4］，密封油管和套管的環(huán)形空間，把上下層分開，達(dá)到分層的目的［5-6］。因此，封隔器的膠筒是封隔器的關(guān)鍵元件，直接決定了封隔器的工作性能［7］。當(dāng)前國內(nèi)外針對封隔器膠筒的研究主要集中在新產(chǎn)品開發(fā)、結(jié)構(gòu)改進(jìn)、井下工作密封性能分析、膠筒室內(nèi)檢測研究等幾個方面［8］。但是，在以上的研究方面，大多忽視了膠筒檢測這一中間環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)不密封的情況，且其他影響因素又較多，所以不能直接找出問題的根本原因。

基于以上原因，筆者設(shè)計了壓縮式封隔器膠筒的檢測工具，該檢測工具可直接對膠筒進(jìn)行檢測，可在指定的壓縮力下判斷膠筒密封情況，得出準(zhǔn)確的壓縮力、壓縮距和相對應(yīng)的承壓情況等關(guān)鍵指標(biāo)。

1 結(jié)構(gòu)原理

壓縮式封隔器膠筒檢測工具由膠筒密封部分、液壓坐封部分、壓縮距測量部分、機(jī)械解封部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—中心管；2—調(diào)節(jié)環(huán)；3—膠筒；4—隔環(huán)；5—擋環(huán)；6—剪切銷釘Ⅰ；7—活塞桿；8—左擋環(huán)；9—鎖緊環(huán)；10—液缸外套；11—測量環(huán)；12—推桿；13—活塞；14—膠圈I；15—膠圈Ⅱ；16—連接環(huán)；17—膠圈Ⅲ；18—固定套；19膠圈Ⅳ；20—密封頭；21—剪切銷釘Ⅱ；22—限位環(huán)；23—支撐管；24—解封管；25—絲堵。圖1 壓縮式封隔器膠筒檢測工具結(jié)構(gòu)

1） 膠筒密封部分。由中心管、調(diào)節(jié)環(huán)、膠筒、隔環(huán)等零部件組成。

2） 液壓坐封部分。由擋環(huán)、剪切銷釘Ⅰ、活塞桿、左擋環(huán)、鎖緊環(huán)、液缸外套等零件組成。

3） 壓縮距測量部分。由測量環(huán)、推桿、活塞、膠圈Ⅰ、膠圈Ⅱ、連接環(huán)、膠圈Ⅲ等零件組成。

4） 機(jī)械解封部分。由固定套、膠圈Ⅳ、密封頭、剪切銷釘Ⅱ、限位環(huán)、支撐管、解封管、絲堵等零件組成。

2 工作原理

1） 液壓坐封和密封過程。將壓縮式封隔器膠筒檢測工具連接于檢測井或者檢測套管內(nèi)，通過液壓泵與中心管連接，施加一定壓力，液體進(jìn)入液缸外套、活塞和連接環(huán)形成的密閉腔中，液壓推動活塞帶動活塞桿、推桿和擋環(huán)，剪斷剪切銷釘向左運動。鎖緊環(huán)為開口止退環(huán)，只允許推桿向左運動。擋環(huán)推動膠筒和隔環(huán)直到膠筒壓縮到指定的力，穩(wěn)壓5 min，待膠筒坐封完全。

2） 測量和解封過程。測量環(huán)為開口止退環(huán)，推桿推動其向左運動直到壓力卸載。待膠筒測試完上壓和下壓后，從中心管上端放入頂桿推動密封頭和支撐管剪斷剪切銷釘，繼續(xù)向右運動頂?shù)浇z堵。解封管與固定套采用分瓣螺紋連接，施加一定的力使分瓣螺紋失去支撐后，螺紋脫開連接。解封部分的零件一起向右移動，直到連接環(huán)掛在限位環(huán)上。3個膠筒完全解封，通過液壓泵可直接測量膠筒坐封力和承壓數(shù)據(jù)。起出工具可以直接檢測膠筒外觀，拆開工具可直接測量膠筒壓縮距。這樣就達(dá)到了檢測壓縮式封隔器膠筒的目的。

3 技術(shù)參數(shù)（如表1）

表1　壓縮式封隔器膠筒檢測工具主要參數(shù)

4 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

1） 實現(xiàn)了1個工具檢測多種型號膠筒的目的。壓縮式封隔器膠筒檢測工具的中心管、調(diào)節(jié)環(huán)、膠筒、隔環(huán)和擋環(huán)可根據(jù)膠筒不同的內(nèi)徑選擇相對應(yīng)的尺寸?？蓾M足Y111、Y211、Y221、Y341、Y441、Y445、Y521和Y541等多種型號封隔器膠筒的檢測。

2） 在壓縮式封隔器膠筒檢測工具的結(jié)構(gòu)中設(shè)計了鎖緊環(huán)和測量環(huán)。鎖緊環(huán)的設(shè)計保證了膠筒被壓縮后不發(fā)生回退，在施加上壓和下壓的時候，膠筒仍然能夠達(dá)到密封要求。測量環(huán)的設(shè)計是為了準(zhǔn)確測量壓縮式膠筒的壓縮距，精度可達(dá)1mm。壓縮力和承壓數(shù)據(jù)可直接通過液壓泵的壓力表讀數(shù)及壓縮式封隔器膠筒檢測工具液缸面積計算得出。

3） 壓縮式封隔器膠筒檢測工具的中心管上端采用油管扣連接，膠筒直接套在其上。膠筒完全坐封后，膠筒上方環(huán)空無膠圈密封，在350℃的高溫下無泄露風(fēng)險點。壓縮式封隔器膠筒檢測工具中的膠圈均采用氟膠圈，可以滿足高溫的工況，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫下的膠筒檢測。

5 技術(shù)特點

1） 壓縮式封隔器膠筒檢測工具設(shè)計的可選擇零件實現(xiàn)了1套工具檢測多個型號膠筒，提高了工具的利用率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

2） 可以滿足各種型號和規(guī)格的壓縮式封隔器膠筒檢測。檢測方式簡單、可靠、準(zhǔn)確，不存在爭議點。

3） 不僅可以在常溫下檢測，而且可以實現(xiàn)350℃的高溫檢測。

6 檢測應(yīng)用

壓縮式封隔器膠筒檢測工具已完成53次檢測，表2選擇了5組（按外徑分）代表性的檢測數(shù)據(jù)。

由表2可以看出：壓縮式封隔器膠筒檢測工具可以檢測不同規(guī)格尺寸、不同硬度壓縮式膠筒在相對應(yīng)檢測套管中的壓縮距、壓縮力和密封壓差。檢測后的數(shù)據(jù)可直接指導(dǎo)壓縮式封隔器的設(shè)計，節(jié)省了大量封隔器設(shè)計的中間環(huán)節(jié)。

表2　壓縮式膠筒檢測檢測工具檢測封隔器的密封元件性能

7 結(jié)論

1） 研制出了適用于對應(yīng)套管尺寸的壓縮式封隔器膠筒的檢測工具，可以檢測多個型號的壓縮式封隔器膠筒的規(guī)格尺寸、硬度、壓縮距、壓縮力和密封壓差。

2） 在該工具結(jié)構(gòu)中設(shè)計了鎖緊環(huán)和測量環(huán)，即保證了密封又保證了精度，中心管上端采用油管扣連接，膠筒直接套在其上，既可在120℃的溫度下密封，又可在350℃的高溫下密封。整個壓縮式封隔器膠筒檢測工具設(shè)計新穎、合理。

3） 壓縮式封隔器膠筒檢測工具可同時檢測不同型號的封隔器，檢測簡單、可靠，節(jié)約了生產(chǎn)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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Development and Application of Compressed Packer Rubber Sleeve Testing and Inspecting Tool

CHANG Peng mei
（Drilling ɑnd Oil Production Technology Reseɑrch Institute，Liɑohe Oilfield Compɑny，Pɑnjin 124010，Chinɑ）

Abstract：The com pressed packer rubber sleeve testing and inspection tool have been developed owing to the intermediate links for the inspection of sleeve being ignored up tOnow. The testing toolis mainly com posed of sleeve sealing element，hydraulic setting element，com pressed distance measuring element，mechanical unsetting mechanism，etc.It has a good sim ple inspection mode with reliable and precise characteristics. The test result showed that this type of com pressed pack rubber sleeve testing and inspection tool can detect the standard dimension，hardness，com pression distance，com pression force and sealing differential pressure for the m ultiple type of rubber sleeve according to the design of the rubber sleeve size. The testing tool can not only inspect the rubber sleeve with normal Temperature but also detect the sleeve with high Temperature. The research and develop ment of this type of tool can im prove the utilization of the com pressed packer and save the production cost.

Key Words：com pressed packer rubber sleeve；rubber；test；tool

作者簡介：常鵬梅（1982-），女，陜西咸陽人，工程師，主要從事井下工具及密封材料研究，E-mail：changp m08 @ 163.com。

收稿日期：2015-08-12

文章編號：1001-3482（2016）01-0086-03

中圖分類號：T E931.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.01.019