本发明专利技术属于油套管试验评价领域，具体公开了一种油套管模拟密封试验装置及方法，装置包括加载系统、密封面模拟系统、注气系统、注水系统和检漏系统；加载系统包括上夹钳和下夹钳；密封面模拟系统包括上凸座、下凹座和密封件，上凸座下端连接有凸圆，下凹座上表面开有凹槽，当上凸座和下凹座装配后，凸圆与凹槽形成气腔，密封件套设在上凸座和下凹座的外圆面上，密封件与上凸座和下凹座形成水腔；检漏系统包括流量计；上夹钳与上凸座上端连接，下夹钳与下凹座下端连接；气腔与注气系统连通，水腔与注水系统和流量计连通。通过流量计测量通过的流量，通过流量和加载系统施加的载荷就模拟出泄露情况，形成气密封特殊螺纹接头密封泄漏的评判依据。漏的评判依据。漏的评判依据。
【技术实现步骤摘要】
一种油套管模拟密封试验装置及试验方法
[0001]本专利技术属于油套管试验评价领域，具体涉及一种油套管模拟密封试验装置及试验方法。
技术介绍
[0002]随着天然气勘探开发的不断深入，深井(井深＞3000米)与超深井(井深＞6000米)在气田开发中所占的比例不断增大。深井与超深井井下工作环境复杂，面临着高温(井底温度高达180℃)、高压(井下压力＞80MPa)和高腐蚀介质的“三高”情况，传统的API油套管已无法满足井下的工况要求，具有较高气密封性的非API特殊螺纹油套管接头在高温高压气井开采中的应用日趋广泛。自美国ATLASBRANDFORD和HYDR-LL公司于20世纪60年代开发了非 API接头以来，目前全世界已开发了100多种享有专利技术的特殊接头，但其中普遍使用的只有德、美、日等少数国家的10余种产品。
[0003]油田高温高压气井所用的油套管气密封扣(特殊螺纹接头)需要通过ISO 13679或API RP 5C5标准所规定的四级评价试验验证，但是鉴于实物评估试验的长周期(3个月左右)和高费用(400万元左右)，针对各种气密封扣的不同尺寸、壁厚和钢级的实物评价是不现实的。行业内普遍认可的解决思路是通过有限元计算+部分四级试验来进行产品认证，2017年发布的API RP 5C5的附录 F中也给出了可操作的指南。实物试验过程采用检漏装置进行接头密封性判定，如果泄漏率超过阈值(例如0.9毫升/15分钟，根据ISO 13679：2002(E))，可被认为样品已发生泄漏失效，判定原理明晰、方法易行。目前在油套管气密封扣进行有限元计算时，虽然业内普遍认可气密扣密封能力由金属对金属的接触应力的大小和分布情况来确定，但是金属密封机理复杂、影响因素多，不同厂家和第三方机构使用不同的密封判据，没有统一的标准。存在的问题具体表现为：金属对金属密封性判定公式缺乏试验数据支撑，接头密封性评估缺乏理论依据，密封准则缺少密封面粗糙度等关键影响参数，气密扣有限元评估报告中关键涉及的密封性评估无统一标准等，因此需要开展一系列密封性能试验。
[0004]目前的密封性能试验全部都是依据API RP 5C5或ISO 13679等油套管实物评价试验标准的全尺寸试验。由于全尺寸试验周期长(每组试验3个月左右)，试验费用大(每组费用400万左右)，且要建立密封性能判据的统一标准，至少需要数百组试验数据的支撑。因此采用全尺寸试验来获取数百组的试验数据，往往需要数年时间，花费也是数以亿，无论从时间上还是费用上都是不现实的，因此，以此建立统一的密封判据标准是不可能的。
[0005]由于全尺寸试验周期长，花费大，因此亟需开展小尺寸试验来获得建立密封判据所需的大量数据，而目前，国内外关于油套管模拟密封试验装置与方法方面的研究尚属空白。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种油套管模拟密封试验装置及方法，该装置可实现对试
验过程中相关参数的采集，形成气密封特殊螺纹接头密封泄漏的评判依据，从而为后续的气密封特殊螺纹密封判据的建立提供数据支持。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]一种油套管模拟密封试验装置，包括加载系统、密封面模拟系统、注气系统、注水系统和检漏系统；
[0009]加载系统包括底座和横梁，横梁连接有上夹钳、底座上连接有下夹钳；
[0010]密封面模拟系统包括上凸座、下凹座和密封件，上凸座下端连接有向外伸出的中空的凸圆，下凹座上表面开有凹槽，当上凸座和下凹座装配后，凸圆与凹槽形成的空腔为气腔，密封件套设在上凸座和下凹座的外圆面上，密封件与上凸座和下凹座形成的空腔为水腔；
[0011]检漏系统包括流量计；
[0012]上夹钳与上凸座上端连接，下夹钳与下凹座下端连接；
[0013]在上凸座内开有注气孔、注水孔和出水孔，注气孔一端与注气系统连通，另一端与气腔连通；注水孔一端与注水系统连通，另一端与水腔连通；出水孔一端与水腔连通，另一端与流量计连通。
[0014]进一步，在凸圆的外圆面上安装有定位环，用于限制上凸座的凸圆部分伸入下凹座的凹槽中的距离。
[0015]进一步，定位环一侧开有豁口。
[0016]进一步，注水系统包括供水源、注水阀与注水管路，注水阀设置在注水管路上，注水管路一端与供水源连接，另一端与注水孔连接。
[0017]进一步，注气系统包括储气瓶、注气管路和增压设备，储气瓶通过注气管路与增压设备连接，增压设备通过管路与注气孔连通。
[0018]进一步，检漏系统还包括测量容器、可调节支架和支撑座，可调节支架安装在支撑座上，测量容器安装在可调节支架上；测量容器外部刻有标度尺，下端与流量计连通。
[0019]进一步，在流量计与测量容器之间还设有着色剂，当水流经着色剂时，水被染色。
[0020]进一步，加载系统采用电液伺服材料试验机。
[0021]进一步，密封件与上凸座下端接触处设有上密封圈，密封件与下凹座上端接触处设有下密封圈。
[0022]本专利技术公开了所述油套管模拟密封试验装置的密封试验方法，包括以下步骤：
[0023]步骤一：将上凸座装夹在上夹钳中，将下凹座装夹在下夹钳中；
[0024]步骤二、保持下夹钳不动，向下移动横梁，上凸座向下移动，直至上凸座的凸圆插入到下凹座的凹槽的距离达到预设值时，固定横梁；
[0025]步骤三、通过加载系统驱动下夹钳向上移动，使得下凹座的凹槽底部与上凸座的凸圆端部相接触；
[0026]步骤四、在上凸座和下凹座的外圆面上包裹密封件；
[0027]步骤五、将注水系统与注水孔相连，将流量计与出水孔相连，将注气系统与注气孔相连；
[0028]步骤六、通过注水系统向水腔中注水，直至水腔中充满水；
[0029]步骤七、通过注气系统向气腔中注入气体并保压；
[0030]步骤八、通过加载系统施加压缩载荷，驱使下夹钳不断向上移动，使得凹槽的底面与凸圆的端面进行接触后产生压缩载荷，直到气腔中的气体发生泄漏，记录单位时间内流量计中的流量数据、发生泄漏时的压缩载荷。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0032]本专利技术公开了一种油套管模拟密封试验装置，包括加载系统、密封面模拟系统、注气系统、注水系统和检漏系统，主要单元为密封面模拟系统，密封面模拟系统包括上凸座、下凹座和密封件，上凸座夹持在加载系统的上夹钳中，用于模拟外螺纹的密封接触面，下凹座夹持在加载系统的下夹钳中，用以模拟内螺纹的密封接触面；上凸座下端连接有向外伸出的中空的凸圆，下凹座上表面开有凹槽，凸圆的外径D2和长度H2、下凹座中的凹槽直径D1和深度H1 可根据实际所模拟气密封特殊螺纹的密封面宽度和长度进行加工制造，通过上凸座和下凹座的结构来模拟螺纹上扣后内外密封面的配合形状。上凸座下端连接有向外伸出的中空的凸圆，下凹座上表面开有凹槽，当上凸座和下凹座装配后，凸圆与凹槽形成的空腔为气腔，密封件套设在上凸座和下凹座的外本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种油套管模拟密封试验装置，其特征在于，包括加载系统、密封面模拟系统、注气系统、注水系统和检漏系统；加载系统包括底座(12)和横梁(10)，横梁(10)连接有上夹钳(8)、底座(12)上连接有下夹钳(9)；密封面模拟系统包括上凸座(1)、下凹座(2)和密封件(3)，上凸座(1)下端连接有向外伸出的中空的凸圆，下凹座(2)上表面开有凹槽，当上凸座(1)和下凹座(2)装配后，凸圆与凹槽形成的空腔为气腔(5)，密封件(3)套设在上凸座(1)和下凹座(2)的外圆面上，密封件(3)与上凸座(1)和下凹座(2)形成的空腔为水腔(4)；检漏系统包括流量计(17)；上夹钳(8)与上凸座(1)上端连接，下夹钳(9)与下凹座(2)下端连接；在上凸座(1)内开有注气孔(24)、注水孔(25)和出水孔(26)，注气孔(24)一端与注气系统连通，另一端与气腔(5)连通；注水孔(25)一端与注水系统连通，另一端与水腔(4)连通；出水孔(26)一端与水腔(4)连通，另一端与流量计(17)连通。2.根据权利要求1所述的一种油套管模拟密封试验装置，其特征在于，在凸圆的外圆面上安装有定位环(28)，用于限制上凸座(1)的凸圆部分伸入下凹座(2)的凹槽中的距离。3.根据权利要求2所述的一种油套管模拟密封试验装置，其特征在于，定位环(28)一侧开有豁口。4.根据权利要求1所述的一种油套管模拟密封试验装置，其特征在于，注水系统包括供水源、注水阀(22)与注水管路(23)，注水阀(22)设置在注水管路(23)上，注水管路(23)一端与供水源连接，另一端与注水孔(25)连接。5.根据权利要求1所述的一种油套管模拟密封试验装置，其特征在于，注气系统包括储气瓶(13)、注气管路(14)和增压设备(15)，储气瓶(13)通过注气管路(14)与增压设备(15)连接，增压设备(15)通过管路与注气孔(24)连通。6.根据权利要求1所述的一种油套管模拟密封...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉楠，王鹏，谢俊峰，赵密锋，胡芳婷，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：
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