[發明專利]一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910274214.0
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN111795788A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 趙小龍;張全勝;葉金勝;周承詩;辛林濤;孫騫;于學信;姜國良;楊潔;曹雪梅
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司石油工程技術研究院
• 主分類號: G01M3/32
• 分類號: G01M3/32;G01M13/00;G01L5/00
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所(普通合伙) 37224
• 代理人: 董慶田

1.一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置，包括膠筒總成、加載系統、加壓系統、檢測系統，其特征在于，還包括加熱系統；所述加載系統包括底座、支撐元件、驅動機構，所述加壓系統包括中心管、套管，所述底座上表面中心設置有承壓臺，所述支撐元件下端固定在承壓臺中心，所述膠筒總成套裝在支撐元件外部，且膠筒總成底端面壓在承壓臺上，所述套管將膠筒總成、承壓臺容納進自身內腔，套管底端固定在底座上，所述中心管下端面進入套管內壓在膠筒總成上，同時支撐元件穿入中心管的中心孔中，所述中心管上端面與驅動機構上端連接，驅動機構下端固定在底座上，所述檢測系統包括應變式傳感器、拉力傳感器、壓力傳感器，所述應變式傳感器安裝在套管上，所述拉力傳感器安裝在驅動機構上，所述壓力傳感器安裝在套管上；所述加熱系統設置在套管外圍。

2.根據權利要求1所述的一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置，其特征在于，所述承壓臺周身與套管內壁具有空隙，同時未被壓時的膠筒總成徑向外壁與套管內壁也具有空隙，所述應變式傳感器安裝在套管開設的徑向通孔上，且與膠筒總成徑向外壁相對應，所述壓力傳感器安裝在套管開設的徑向通孔上，且與承壓臺和套管之間的空隙相對應。

3.根據權利要求1或2所述的一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置，其特征在于，所述加熱系統包括保溫殼體、電加熱裝置、外殼體，所述保溫殼體罩扣在套管外圍，且保溫殼體下端與套管下端連接固定，在保溫殼體內壁安裝電加熱裝置。

4.根據權利要求3所述的一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置，其特征在于，所述保溫殼體、外殼體同時開設相對應的上開孔和下開孔，該上開孔安裝注水閥，下開孔安裝出水閥。

5.根據權利要求1或2或4所述的一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置，其特征在于，所述套管還開設徑向貫通的流體入口，流體入口安裝高壓流體注入頭，且流體入口進入的流體首先流入承壓臺和套管之間的空隙內。

6.根據權利要求1或2或4所述的一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置，其特征在于，所述膠筒總成包括摞在一起的三層膠筒，每一個膠筒上端面均設置一個隔環，每一個膠筒至少與兩個應變式傳感器相對應。

7.根據權利要求1或2或4所述的一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗裝置，其特征在于，所述驅動機構包括左螺桿、右螺桿、加載橫梁、左螺母、右螺母，所述左螺桿、右螺桿結構相同且對稱式固定在底座上，左螺桿上端穿過加載橫梁開設的左通孔后安裝左螺母，右螺桿上端穿過加載橫梁開設的右通孔后安裝右螺母，所述加載橫梁下斷面中心位置與中心管上端面連接固定，所述左螺桿、右螺桿上均安裝拉力傳感器，所述加載橫梁中心開設貫通孔，與中心管的中心孔連通。

8.一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：測量膠筒接觸應力的步驟，首先將膠筒和隔環依次安放于支撐元件上，然后安裝中心管將膠筒壓緊，隨后安裝加載橫梁和螺母，調試應變式傳感器和壓力傳感器的性能，確定傳感器性能無誤后，將應變式傳感器和壓力傳感器的數字顯示屏讀數為零，開始用扳手旋動螺母向下移動，扭矩與軸向載荷傳遞給加載橫梁，由于加載橫梁的作用，上面的扭矩消除，正是這樣設計，使中心管壓緊隔環只受到軸向載荷不會受到扭矩載荷，而使膠筒產生變形，完全符合實際工況要求；軸向載荷向下傳遞給中心管、隔環、膠筒，膠筒受到軸向載荷的作用徑向膨脹，當軸向載荷繼續增加時，膠筒與套管內壁發生接觸，產生接觸壓力，并通過接觸應力傳感傳到外接數字顯示屏上,當加載橫梁繼續向下壓緊螺桿，安裝在螺桿上面的拉力傳感器可以測定出加載橫梁向下傳遞的軸向載荷大小，當拉力傳感器的示數達到預設定的初始值時，不再給螺母施加力，再記錄應變式傳感器的數值；

步驟二：測量膠筒的密封性能的步驟，從高壓流體注入頭內注入預設的壓力氣體，當空腔內壓力達到要求時停止注入，此時記錄壓力傳感數值隨時間的變化規律，根據壓力數值的變化判定膠筒的密封性能。

9.根據權利要求8所述的一種機械加載式封隔器膠筒模擬加載密封實驗方法，其特征在于，還包括以下步驟：

在進行步驟一或者步驟二的同時，增加測試溫度對膠芯變形以及密封性能的影響的步驟，通過安裝在保溫殼體上的注水閥，往保溫殼體內注適量水，然后電加熱裝置對水進行加熱，電加熱裝置進行自動控制使水溫維持在恒定溫度，待測試結束后，從出水閥中將水排出。