[發明專利]一種油套管模擬密封試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 202011043571.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112304534B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 吉楠;王鵬;謝俊峰;趙密鋒;胡芳婷
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: G01M3/28
• 分類號: G01M3/28;G01M3/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明屬于油套管試驗評價領域，具體公開了一種油套管模擬密封試驗裝置及方法，裝置包括加載系統、密封面模擬系統、注氣系統、注水系統和檢漏系統；加載系統包括上夾鉗和下夾鉗；密封面模擬系統包括上凸座、下凹座和密封件，上凸座下端連接有凸圓，下凹座上表面開有凹槽，當上凸座和下凹座裝配后，凸圓與凹槽形成氣腔，密封件套設在上凸座和下凹座的外圓面上，密封件與上凸座和下凹座形成水腔；檢漏系統包括流量計；上夾鉗與上凸座上端連接，下夾鉗與下凹座下端連接；氣腔與注氣系統連通，水腔與注水系統和流量計連通。通過流量計測量通過的流量，通過流量和加載系統施加的載荷就模擬出泄露情況，形成氣密封特殊螺紋接頭密封泄漏的評判依據。

技術領域

本發明屬于油套管試驗評價領域，具體涉及一種油套管模擬密封試驗裝置及試驗方法。

背景技術

隨著天然氣勘探開發的不斷深入，深井(井深＞3000米)與超深井(井深＞6000米)在氣田開發中所占的比例不斷增大。深井與超深井井下工作環境復雜，面臨著高溫(井底溫度高達180℃)、高壓(井下壓力＞80MPa)和高腐蝕介質的“三高”情況，傳統的API油套管已無法滿足井下的工況要求，具有較高氣密封性的非API特殊螺紋油套管接頭在高溫高壓氣井開采中的應用日趨廣泛。自美國ATLASBRANDFORD和HYDR-LL公司于20世紀60年代開發了非 API接頭以來，目前全世界已開發了100多種享有專利技術的特殊接頭，但其中普遍使用的只有德、美、日等少數國家的10余種產品。

油田高溫高壓氣井所用的油套管氣密封扣(特殊螺紋接頭)需要通過ISO 13679或API RP 5C5標準所規定的四級評價試驗驗證，但是鑒于實物評估試驗的長周期(3個月左右)和高費用(400萬元左右)，針對各種氣密封扣的不同尺寸、壁厚和鋼級的實物評價是不現實的。行業內普遍認可的解決思路是通過有限元計算+部分四級試驗來進行產品認證，2017年發布的API RP 5C5的附錄 F中也給出了可操作的指南。實物試驗過程采用檢漏裝置進行接頭密封性判定，如果泄漏率超過閾值(例如0.9毫升/15分鐘，根據ISO 13679：2002(E))，可被認為樣品已發生泄漏失效，判定原理明晰、方法易行。目前在油套管氣密封扣進行有限元計算時，雖然業內普遍認可氣密扣密封能力由金屬對金屬的接觸應力的大小和分布情況來確定，但是金屬密封機理復雜、影響因素多，不同廠家和第三方機構使用不同的密封判據，沒有統一的標準。存在的問題具體表現為：金屬對金屬密封性判定公式缺乏試驗數據支撐，接頭密封性評估缺乏理論依據，密封準則缺少密封面粗糙度等關鍵影響參數，氣密扣有限元評估報告中關鍵涉及的密封性評估無統一標準等，因此需要開展一系列密封性能試驗。

目前的密封性能試驗全部都是依據API RP 5C5或ISO 13679等油套管實物評價試驗標準的全尺寸試驗。由于全尺寸試驗周期長(每組試驗3個月左右)，試驗費用大(每組費用400萬左右)，且要建立密封性能判據的統一標準，至少需要數百組試驗數據的支撐。因此采用全尺寸試驗來獲取數百組的試驗數據，往往需要數年時間，花費也是數以億，無論從時間上還是費用上都是不現實的，因此，以此建立統一的密封判據標準是不可能的。

由于全尺寸試驗周期長，花費大，因此亟需開展小尺寸試驗來獲得建立密封判據所需的大量數據，而目前，國內外關于油套管模擬密封試驗裝置與方法方面的研究尚屬空白。

發明內容

本發明的目的在于提供一種油套管模擬密封試驗裝置及方法，該裝置可實現對試驗過程中相關參數的采集，形成氣密封特殊螺紋接頭密封泄漏的評判依據，從而為后續的氣密封特殊螺紋密封判據的建立提供數據支持。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種油套管模擬密封試驗裝置，包括加載系統、密封面模擬系統、注氣系統、注水系統和檢漏系統；

加載系統包括底座和橫梁，橫梁連接有上夾鉗、底座上連接有下夾鉗；