CN111964887B - 一种套管环空泄压工具模拟实验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管环空泄压工具模拟实验装置及测试方法，包括提供液压动力的液压泵站，液压系统，水箱，手动溢流阀，高压舱，所述液压泵站通过管线连接液压系统的输入端，液压系统的输出端分别通过管线连接水箱的底部和高压舱的下端，所述高压舱的上端通过管线连接水箱的上端和手动溢流阀。本发明的实验装置及测试方法不仅满足套管环空泄压工具下井前性能检测和测试的需求，还可以满足不同泄压方向和泄压环境压力下的泄压性能测试需求，对于套管环空泄压工具工作性能可靠性具有重要作用和意义，有利于环空圈闭压力的准确管控。

Description

一种套管环空泄压工具模拟实验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及实验装置技术领域，具体涉及一种套管环空泄压工具模拟实验装置及测试方法。

背景技术

套管环空圈闭压力是海洋深水油气完井测试和生产阶段时常遇到的复杂问题之一。在完井测试和生产阶段，当地层高温流体流经海底泥线以下井段时，高温产出流体将在上部井段中发生径向传热，使得密闭环空流体受热膨胀产生圈闭压力；由于海洋深水环境影响，井口不得不采用特制的专用水下井口，这使得密闭环空圈闭压力无法释放；当圈闭压力超过套管抗内压或抗外挤强度，则可能导致套管损坏事故，严重威胁海洋深水油气井安全生产，极大程度制约了海洋深水油气勘探开发进程。

为了实现套管环空圈闭压力的管控，专利号为CN201810627556.1的《释放环空圈闭压力的可恢复式泄压工具及完井井身结构》，公开了一种安装于套管接箍的可恢复式泄压工具；专利为CN201820359362.3的《一种双向可控深水环空圈闭压力泄压装置》公开了一种安装于套管接箍的双向可控式泄压工具；这两种泄压工具均设计安装于套管接箍上，当圈闭压力超过额定工作压力时开启泄压阀泄压，而当圈闭压力低于额定工作压力时关闭泄压阀，从而起到管控环空圈闭压力的作用，保护了套管完整性，确保了油气井安全生产。

但是，由于这类泄压工具下入后无法进行检测或监测，下井工作前务必需要确保泄压额定压力性能满足泄压要求，这就需要一种可以快速简便模拟井下压力环境的套管环空泄压工具模拟实验装置和测试方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种套管环空泄压工具模拟实验装置及测试方法,以满足套管环空泄压工具下井前性能检测和测试的需求。

本发明采用下述的技术方案：

一种套管环空泄压工具模拟实验装置，包括提供液压动力的液压泵站，液压系统，水箱，手动溢流阀，高压舱，所述液压泵站通过管线连接液压系统的输入端，液压系统的输出端分别通过管线连接水箱的底部和高压舱的下端，所述高压舱的上端通过管线连接水箱的上端和手动溢流阀。

优选的，所述液压泵站包括依次通过管线连接三位手动换向阀，高压过滤器，液压泵，吸油过滤器，所述液压泵上设有电机，所述三位手动换向阀，高压过滤器之间设有比例溢流阀和安全阀，所述安全阀用于保护液压系统最高工作压力，所述比例溢流阀用于控制液压系统输出压力，所述比例溢流阀和安全阀的下端设有回油过滤器。

优选的，所述液压泵站还包括液压油箱，所述吸油过滤器和回油过滤器均设置在液压油箱内；

液压油箱内设有液位温度计，所述液位温度计用于监测油箱内液压油液面高度及液压油温度。

优选的，所述液压系统包括液压缸和加载缸，用于将液体通过液压管线进入高压舱。

优选的，所述高压舱包括设有内腔的上夹具和下夹具，外壳体，泄压装置，所述泄压装置包裹在对向设置的上夹具和下夹具的外侧，泄压装置、上夹具和下夹具均设置在外壳体内。

优选的，所述上夹具和下夹具分别设有内腔排气孔，内腔注液孔；

所述内腔排气孔的一端连通内腔，另一端连接水箱上方；

所述内腔注液孔的一端连通内腔，另一端连接加载缸；

所述上夹具上设有外腔排气孔，下夹具上设有外腔注液孔；

所述外腔排气孔的一端与泄压装置内部连通，另一端连接手动溢流阀；

所述外腔注液孔的一端与泄压装置内部连通，另一端连接加载缸。

优选的，所述外壳体上设有挡环，挡环将上夹具固定在外壳体内。

优选的，所述加载缸与内腔注液孔连接的管路上设有第一压力传感器，所述外腔排气孔与手动溢流阀之间的管路上设有第二压力传感器。

优选的，所述上夹具与外壳体之间、下夹具与外壳体之间，泄压装置与上夹具之间，泄压装置与下夹具之间均设有密封圈。

一种套管环空泄压工具模拟实验装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、装配好高压舱并连接好实验装置；

S2、向水箱内加满工作液并关闭全部阀门，将三位手动换向阀置于中位；

S3、启动液压泵，打开第一阀门，将三位手动换向阀置于右位，液压缸右腔进油，使加载缸从水箱中吸入需要注入泄压装置的工作液，待加载缸充满工作液后，关闭第一阀门，以备开展泄压测试；

S4、根据实验需求，开展由内向外泄压或由外向内泄压测试。

本发明的有益效果是：

1、本发明的实验装置结构合理，操作简便；

2、本发明满足套管环空泄压工具下井前性能检测和测试的需求；

3、本发明能同时满足套管环空泄压工具由内向外泄压或由外向内泄压测试需求；

4、本发明还可以满足不同泄压方向和泄压环境压力下的泄压性能测试需求，对于套管环空泄压工具工作性能可靠性具有重要作用和意义，有利于环空圈闭压力的准确管控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明的实验装置的结构示意图；

图2为本发明高压舱的结构示意图；

图3为本发明由内向外泄压测试原理示意图；

图4为本发明由外向内泄压测试原理示意图；

图中所示

1—第一阀门，2—第二阀门，3—第三阀门，4—第四阀门，5—第五阀门，6—第六阀门，7—电机，8—液压泵，9—液压油箱，10—吸油过滤器，11—回油过滤器，12—液位温度计，13—高压过滤器，14—比例溢流阀，15—三位手动换向阀，16—液压缸，17—加载缸，18—水箱，19—手动溢流阀，20—高压舱，21—第一压力传感器，22—第二压力传感器，23—安全阀；

30—内腔排气孔，31—外腔排气孔，32—上夹具，33—下夹具，34—挡环，35—密封圈，36—外壳体，37—泄压装置，38—内腔注液孔，39—外腔注液孔；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图4所示，一种套管环空泄压工具模拟实验装置，包括提供液压动力的液压泵站，液压系统，水箱18，手动溢流阀19，高压舱20，所述液压泵站通过管线连接液压系统的输入端，液压系统的输出端分别通过管线连接水箱18的底部和高压舱20的下端，所述高压舱20的上端通过管线连接水箱18的上端和手动溢流阀19。

具体的，所述液压泵站包括依次通过管线连接三位手动换向阀15，高压过滤器13，液压泵8，液压油箱9，吸油过滤器10，所述液压泵8上设有电机7为液压泵8提供液压动力；

所述三位手动换向阀15，高压过滤器13之间设有比例溢流阀14和安全阀23，比例溢流阀14和安全阀23的上端均连接在三位手动换向阀15，高压过滤器13之间的管线上；

所述比例溢流阀14和安全阀23的下端设有回油过滤器11；所述吸油过滤器10和回油过滤器11均设置在液压油箱9内；

所述安全阀23用于保护液压泵站在最高工作压力下正常工作，所述比例溢流阀14用于控制液压泵站的输出压力，当液压泵站的压力超过安全压力或设定的输出压力后，液压油将部分回到液压油箱9，并由回油过滤器11过滤。

所述液压油箱9内设有液位温度计12，所述液位温度计12用于监测液压油箱9内液压油液面高度及液压油温度。

所述液压系统包括液压缸16和加载缸17，用于将液体通过液压管线进入高压舱20；当三位手动换向阀15处于左位时，液压泵站输出压力作用于液压缸16左端工作缸，液压油将推动液压活塞向右端移动，并压缩加载缸17内的液体，加载缸17内液体将通过液压管线进入高压舱20。

所述高压舱20包括均设有内腔的上夹具32和下夹具33，外壳体36，泄压装置37，对向设置后的上夹具32和下夹具33的内腔连通，所述泄压装置37包裹在对向设置的上夹具32和下夹具33的外侧，泄压装置37、上夹具32和下夹具33均设置在外壳体36内，所述外壳体36上设有挡环34，挡环34将上夹具32固定在外壳体36内，所述挡环34与外壳体36螺纹连接；

所述泄压装置37为现有技术中，专利号为CN201810627556.1的中国专利中的带有可恢复式泄压工具的套管接箍(说明书[0031]-[0032])；

所述上夹具32和下夹具33分别设有内腔排气孔30，内腔注液孔38；

所述内腔排气孔30的一端连通内腔，另一端连接水箱18上方；

所述内腔注液孔38的一端连通内腔，另一端连接加载缸17的输出端；

所述上夹具32上设有外腔排气孔31，下夹具33上设有外腔注液孔39；

所述外腔排气孔31的一端与泄压装置37内部连通，另一端连接手动溢流阀19；

所述外腔注液孔39的一端与泄压装置37内部连通，另一端连接加载缸17。

所述上夹具32与外壳体36之间、下夹具33与外壳体36之间，泄压装置37与上夹具32之间，泄压装置37与下夹具33之间均设有密封圈35是整个装置的气密性更好。

所述加载缸17与内腔注液孔38连接的管路上设有第一压力传感器21，所述外腔排气孔31与手动溢流阀19之间的管路上设有第二压力传感器22。

本发明还包括计算机控制系统，所述计算机控制系统通过继电器与所有阀门电连接，并与第一压力传感器21和第二压力传感器22电连接，计算机控制系统通过数据采集卡采集装置的压力数据，并通过继电器控制阀门的开闭(现有技术，不再赘述)。

一种套管环空泄压工具模拟实验装置的测试方法，包括以下步骤：

S1、装配好高压舱20并连接好实验装置；

S2、向水箱18内加满工作液并关闭全部阀门，将三位手动换向阀15置于中位；所述工作液可以是水、钻井液等不同的流体。

S3、启动液压泵8，确认第三阀门3、第四阀门4处于关闭状态，打开第一阀门1，将三位手动换向阀15置于右位，液压缸16的右腔进油，使加载缸17从水箱18中吸入需要注入泄压装置37的工作液，待加载缸17充满工作液后，关闭第一阀门1，以备开展泄压测试；

S4、根据实验需求，开展由内向外泄压或由外向内泄压测试。

所述由内向外泄压测试步骤如下：

S11、保持所有阀门关闭状态，然后打开第三阀门3、第四阀门4，调节手动溢流阀19开度至所需溢流压力值，然后通电启动液压泵8，将三位手动换向阀15置于左位加压，当手动溢流阀19处流体流出时记录第二压力传感器22是否满足所需的环境压力；若不满足，将三位手动换向阀15置于中位泄压，手动调节手动溢流阀19开度至所需位置，然后将三位手动换向阀15置于左位，开始加压，当手动溢流阀19处流体流出时记录第二压力传感器22是否满足所需的环境压力；直到满足所需的环境压力为止，将三位手动换向阀15置于中位泄压；

S12、打开第二阀门2至第六阀门6，保持第一阀门1处于关闭状态，将三位手动换向阀15置于左位，同时向内腔和外腔(泄压装置37)注入工作液，当工作液均从内腔排气孔30、外腔排气孔31流出时，可以在水箱18回流管线处发现，此时，停止向内腔和外腔(泄压装置37)注入工作液；

S13、关闭第一阀门1、第二阀门2、第六阀门6，保持第三阀门3、第四阀门4和第五阀门5处于打开状态，将三位手动换向阀15置于左位，同时向内腔和外腔(泄压装置37)注入工作液加压，当加压至所需的环境压力时，由计算机控制系统控制停止加压，此时，关闭第三阀门3，实现外腔(泄压装置37)环境压力的加载，由计算机控制系统记录泄压装置37的压力、第一压力传感器21和第二压力传感器22的压力；

S14、关闭第三阀门3后，由计算机控制系统控制继续加压，当手动溢流阀19处流体流出时，即一次完成泄压测试，此时，将三位手动换向阀15置于中位泄压，由计算机控制系统记录泄压装置37压力、第一压力传感器21和第二压力传感器22的压力；

S15、如果需要再次进行泄压测试，重复步骤S14、S15即可；

S16、将第一压力传感器21和第二压力传感器22的压力数据绘制成压力曲线，确定本装置的实际泄压阀值，泄压阀值为稳定泄压状态下第一压力传感器21与第二压力传感器22之间压力差值。

所述由外向内泄压测试步骤如下：

S21、关闭所有阀门，打开第四阀门和第六阀门6，调节手动溢流阀19开度至所需溢流压力值，然后通电启动液压泵8，将三位手动换向阀15置于左位加压，当手动溢流阀19处流体流出时，记录第二压力传感器22是否满足所需的环境压力；若不满足，将三位手动换向阀15置于中位泄压，手动调节手动溢流阀19开度至所需位置，然后将三位手动换向阀15置于左位，开始加压，当手动溢流阀19处流体流出时，记录第二压力传感器22是否满足所需的环境压力；直到满足所需的环境压力为止，将三位手动换向阀15置于中位泄压；

S22、保持阀1处于关闭状态，打开其他所有阀门，将三位手动换向阀15置于左位，同时向内腔和外腔(泄压装置37)注入工作液，当内腔和外腔(泄压装置37)均从内腔排气孔30、外腔排气孔31流出液体时，可以在水箱18回流管线处发现，此时，停止向内腔和外腔(泄压装置37)注入工作液；

S23、关闭第一阀门1、第二阀门2、第三阀门5，保持第三阀门3、第四阀门4、第六阀门6处于打开状态，将三位手动换向阀15置于左位，同时向内腔和外腔(泄压装置37)注入工作液加压，当加压至所需的环境压力时，由计算机控制系统控制停止加压，此时，关闭第四阀门4，实现内腔环境压力的加载，由计算机控制系统记录泄压装置37的压力、第一压力传感器21和第二压力传感器22的压力；

S24、关闭第四阀门4后，由计算机控制系统控制继续加压，当手动溢流阀19处流体流出时，即一次完成泄压测试，此时，将三位手动换向阀15置于中位泄压，由计算机控制系统记录泄压装置37压力、第一压力传感器21和第二压力传感器22的压力；

S25、如果需要再次进行泄压测试，重复步骤S14、S15即可；

S26、将第一压力传感器21和第二压力传感器22的压力数据绘制成压力曲线，确定本装置的实际泄压阀值，泄压阀值为稳定泄压状态下第一压力传感器21与第二压力传感器22之间压力差值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种套管环空泄压工具模拟实验装置，其特征在于，包括液压泵站，液压系统，水箱（18），手动溢流阀（19），高压舱（20），所述液压泵站通过管线连接液压系统的输入端，液压系统的输出端分别通过管线连接水箱（18）的底部和高压舱（20）的下端，所述高压舱（20）的上端通过管线连接水箱（18）的上端和手动溢流阀（19）；

所述高压舱（20）包括设有内腔的上夹具（32）和下夹具（33），外壳体（36），泄压装置（37），所述泄压装置（37）包裹在对向设置的上夹具（32）和下夹具（33）的外侧，泄压装置（37）、上夹具（32）和下夹具（33）均设置在外壳体（36）内；

所述上夹具（32）和下夹具（33）分别设有内腔排气孔（30），内腔注液孔（38）；

所述上夹具（32）上设有外腔排气孔（31），下夹具（33）上设有外腔注液孔（39）；

液压系统包括液压缸（16）和加载缸（17）；

所述内腔排气孔（30）的一端连通内腔，另一端连接水箱（18）上方；

所述内腔注液孔（38）的一端连通内腔，另一端连接加载缸（17）的输出端；

所述上夹具（32）上设有外腔排气孔（31），下夹具（33）上设有外腔注液孔（39）；

所述外腔排气孔（31）的一端与泄压装置（37）内部连通，另一端连接手动溢流阀（19）；

所述外腔注液孔（39）的一端与泄压装置（37）内部连通，另一端连接加载缸（17）；

所述加载缸（17）与内腔注液孔（38）连接的管路上设有第一压力传感器（21），所述外腔排气孔（31）与手动溢流阀（19）之间的管路上设有第二压力传感器（22）。

2.根据权利要求1所述的一种套管环空泄压工具模拟实验装置，其特征在于，所述液压泵站包括依次通过管线连接三位手动换向阀（15），高压过滤器（13），液压泵（8），吸油过滤器（10），所述液压泵（8）上设有电机（7），所述三位手动换向阀（15），高压过滤器（13）之间设有比例溢流阀（14）和安全阀（23），所述比例溢流阀（14）和安全阀（23）的下端设有回油过滤器（11）。

3.根据权利要求2所述的一种套管环空泄压工具模拟实验装置，其特征在于，所述液压泵站还包括液压油箱（9），所述吸油过滤器（10）和回油过滤器（11）均设置在液压油箱（9）内；

所述液压油箱（9）内设有液位温度计（12）。

4.根据权利要求1所述的一种套管环空泄压工具模拟实验装置，其特征在于，所述外壳体（36）上设有挡环（34）。

5.根据权利要求3所述的一种套管环空泄压工具模拟实验装置，其特征在于，所述上夹具（32）与外壳体（36）之间、下夹具（33）与外壳体（36）之间，泄压装置（37）与上夹具（32）之间，泄压装置（37）与下夹具（33）之间均设有密封圈（35）。

6.一种套管环空泄压工具模拟实验装置的测试方法，利用权利要求1-5任意一项所述的一种套管环空泄压工具模拟实验装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、装配好高压舱（20）并连接好实验装置；

S2、向水箱（18）内加满工作液并关闭全部阀门，将三位手动换向阀（15）置于中位；

S3、启动液压泵（8），打开第一阀门（1），将三位手动换向阀（15）置于右位，液压缸（16）右腔进油，使加载缸（17）从水箱（18）中吸入需要注入泄压装置（37）的工作液，待加载缸（17）充满工作液后，关闭第一阀门（1），以备开展泄压测试；

S4、根据实验需求，开展由内向外泄压或由外向内泄压测试。

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