压缩式封隔器胶筒检测工具研制与应用

常鹏梅

（辽河油田分公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦124010）



压缩式封隔器胶筒检测工具研制与应用

常鹏梅

（辽河油田分公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦124010）

摘要：针对目前忽视压缩式封隔器胶筒检测这一中间环节，胶筒一旦出现密封不严，不能直接找出原因的问题，研制了压缩式封隔器胶筒检测工具。该检测工具主要由胶筒密封部分、液压坐封部分、压缩距测量部分和机械解封部分等组成，具有检测方式简单、可靠、准确的特点。检测结果表明：该压缩式封隔器胶筒检测工具可以检测多个型号的压缩式封隔器胶筒的规格尺寸、硬度、压缩距、压缩力和密封压差。该检测工具不仅可以检测常温胶筒，也可检测高温胶筒。压缩式封隔器胶筒检测工具的研制提高了封隔器的利用率，节约了生产成本。

关键词：压缩式封隔器；胶筒；检测；工具

封隔器使用范围广泛，几乎遍及石油勘探和开发的各个生产过程，是油田压裂、试油、采油、注水、堵水、油层改造等工艺措施的核心工具［1-2］。封隔器的主要作用是实现封隔产层或施工目的层，防止层间流体和压力互相干扰等，其工作的好坏取决于密封，因此密封元件是封隔器的核心部分［3］。胶筒作为封隔器的密封部分，当其承受轴向压缩载荷时，除产生轴向压缩变形外，还将产生径向膨胀，通过轴向压缩力紧贴在封隔器套管壁上，将心轴与套管间的空间填满［4］，密封油管和套管的环形空间，把上下层分开，达到分层的目的［5-6］。因此，封隔器的胶筒是封隔器的关键元件，直接决定了封隔器的工作性能［7］。当前国内外针对封隔器胶筒的研究主要集中在新产品开发、结构改进、井下工作密封性能分析、胶筒室内检测研究等几个方面［8］。但是，在以上的研究方面，大多忽视了胶筒检测这一中间环节，一旦出现不密封的情况，且其他影响因素又较多，所以不能直接找出问题的根本原因。

基于以上原因，笔者设计了压缩式封隔器胶筒的检测工具，该检测工具可直接对胶筒进行检测，可在指定的压缩力下判断胶筒密封情况，得出准确的压缩力、压缩距和相对应的承压情况等关键指标。

1 结构原理

压缩式封隔器胶筒检测工具由胶筒密封部分、液压坐封部分、压缩距测量部分、机械解封部分组成，结构如图1所示。

1—中心管；2—调节环；3—胶筒；4—隔环；5—挡环；6—剪切销钉Ⅰ；7—活塞杆；8—左挡环；9—锁紧环；10—液缸外套；11—测量环；12—推杆；13—活塞；14—胶圈I；15—胶圈Ⅱ；16—连接环；17—胶圈Ⅲ；18—固定套；19胶圈Ⅳ；20—密封头；21—剪切销钉Ⅱ；22—限位环；23—支撑管；24—解封管；25—丝堵。图1 压缩式封隔器胶筒检测工具结构

1） 胶筒密封部分。由中心管、调节环、胶筒、隔环等零部件组成。

2） 液压坐封部分。由挡环、剪切销钉Ⅰ、活塞杆、左挡环、锁紧环、液缸外套等零件组成。

3） 压缩距测量部分。由测量环、推杆、活塞、胶圈Ⅰ、胶圈Ⅱ、连接环、胶圈Ⅲ等零件组成。

4） 机械解封部分。由固定套、胶圈Ⅳ、密封头、剪切销钉Ⅱ、限位环、支撑管、解封管、丝堵等零件组成。

2 工作原理

1） 液压坐封和密封过程。将压缩式封隔器胶筒检测工具连接于检测井或者检测套管内，通过液压泵与中心管连接，施加一定压力，液体进入液缸外套、活塞和连接环形成的密闭腔中，液压推动活塞带动活塞杆、推杆和挡环，剪断剪切销钉向左运动。锁紧环为开口止退环，只允许推杆向左运动。挡环推动胶筒和隔环直到胶筒压缩到指定的力，稳压5 min，待胶筒坐封完全。

2） 测量和解封过程。测量环为开口止退环，推杆推动其向左运动直到压力卸载。待胶筒测试完上压和下压后，从中心管上端放入顶杆推动密封头和支撑管剪断剪切销钉，继续向右运动顶到丝堵。解封管与固定套采用分瓣螺纹连接，施加一定的力使分瓣螺纹失去支撑后，螺纹脱开连接。解封部分的零件一起向右移动，直到连接环挂在限位环上。3个胶筒完全解封，通过液压泵可直接测量胶筒坐封力和承压数据。起出工具可以直接检测胶筒外观，拆开工具可直接测量胶筒压缩距。这样就达到了检测压缩式封隔器胶筒的目的。

3 技术参数（如表1）

表1　压缩式封隔器胶筒检测工具主要参数

4 关键结构

1） 实现了1个工具检测多种型号胶筒的目的。压缩式封隔器胶筒检测工具的中心管、调节环、胶筒、隔环和挡环可根据胶筒不同的内径选择相对应的尺寸。可满足Y111、Y211、Y221、Y341、Y441、Y445、Y521和Y541等多种型号封隔器胶筒的检测。

2） 在压缩式封隔器胶筒检测工具的结构中设计了锁紧环和测量环。锁紧环的设计保证了胶筒被压缩后不发生回退，在施加上压和下压的时候，胶筒仍然能够达到密封要求。测量环的设计是为了准确测量压缩式胶筒的压缩距，精度可达1mm。压缩力和承压数据可直接通过液压泵的压力表读数及压缩式封隔器胶筒检测工具液缸面积计算得出。

3） 压缩式封隔器胶筒检测工具的中心管上端采用油管扣连接，胶筒直接套在其上。胶筒完全坐封后，胶筒上方环空无胶圈密封，在350℃的高温下无泄露风险点。压缩式封隔器胶筒检测工具中的胶圈均采用氟胶圈，可以满足高温的工况，能够实现高温下的胶筒检测。

5 技术特点

1） 压缩式封隔器胶筒检测工具设计的可选择零件实现了1套工具检测多个型号胶筒，提高了工具的利用率，节约了生产成本。

2） 可以满足各种型号和规格的压缩式封隔器胶筒检测。检测方式简单、可靠、准确，不存在争议点。

3） 不仅可以在常温下检测，而且可以实现350℃的高温检测。

6 检测应用

压缩式封隔器胶筒检测工具已完成53次检测，表2选择了5组（按外径分）代表性的检测数据。

由表2可以看出：压缩式封隔器胶筒检测工具可以检测不同规格尺寸、不同硬度压缩式胶筒在相对应检测套管中的压缩距、压缩力和密封压差。检测后的数据可直接指导压缩式封隔器的设计，节省了大量封隔器设计的中间环节。

表2　压缩式胶筒检测检测工具检测封隔器的密封元件性能

7 结论

1） 研制出了适用于对应套管尺寸的压缩式封隔器胶筒的检测工具，可以检测多个型号的压缩式封隔器胶筒的规格尺寸、硬度、压缩距、压缩力和密封压差。

2） 在该工具结构中设计了锁紧环和测量环，即保证了密封又保证了精度，中心管上端采用油管扣连接，胶筒直接套在其上，既可在120℃的温度下密封，又可在350℃的高温下密封。整个压缩式封隔器胶筒检测工具设计新颖、合理。

3） 压缩式封隔器胶筒检测工具可同时检测不同型号的封隔器，检测简单、可靠，节约了生产成本，具有广阔的应用前景。

参考文献：

［1］ 陈磊，章发明，杨永安，等.封隔器性能检测系统的应用［J］.石油矿场机械，2010，39（11）：60-63.

［2］ 赵晓伟，牛彩云，朱洪征，等.单封隔器抽油管柱受力变形分析［J］.石油矿场机械，2011，40（12）：51-54.

［3］ 杨新克，海沙尔压缩式封隔器胶筒设计思路浅谈［J］.新疆石油天然气，2012（z）：115-118.

［4］ 陈健，田播源，刘玉文.压缩式封隔器胶筒失效因素分析及措施［J］.科技资讯，2010（31）：80-82.

［5］ 江汉石油管理局采油工艺研究所.封隔器理论基础与应用［M］.北京：石油工业出版社，1983.

［6］ 唐海雄，冯定，张俊斌，等.封隔器工作性能室内检测［J］.石油天然气学报，2009，31（3）：154-156.

［7］ 尹飞，高宝奎，金磊.压缩式封隔器坐封力学有限元分［J］.石油机械，2012，40（2）：39-41.

［8］ 仝少凯.压缩式封隔器胶筒力学性能分析［J］.石油矿场机械，2012，41（12）：1-7.

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

作者简介：常鹏梅（1982-），女，陕西咸阳人，工程师，主要从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

文章编号：1001-3482（2016）01-0086-03

中图分类号：T E931.2

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.01.019