一种井下工具用高温高压模拟试验井的制作方法

本实用新型涉及试验井技术领域，尤其是涉及一种井下工具用高温高压模拟试验井。

背景技术：

随着国内钻井装备和工艺技术水平的提高，油气井深度逐步加深，井下施工时温度、压力均进一步增高，因而对井下工具耐高温高压的性能指标要求也不断提高。要研制和改进耐高温高压井下工具产品，需要具备可靠的中间试验手段，尽可能避免因井下工具使用问题而造成的经济损失。

模拟试验井是进行各种井下钻采工具研究、设计必不可少的试验装置，一般由加压设备、加热设备及试验井组成，由加压设备为试验井内部提供高压环境，加热设备为试验井内部提供高温环境，从而对井下工具的耐高温高压性能进行测定；其中为了方便控制温度，加热设备一般采用电加热装置，并以导热油或者煤油为导热介质对试验井进行升温。

而随着油气油田开发难度的加大，对井下工具的耐高温、耐高压能力要求也越来越高，目前国内已有的模拟试验井耐温耐压指标一般在180℃、100MPa，使得其难以适应油田开发对井下工具的要求。而造成模拟试验井难以承受高温高压的原因主要在于现有模拟试验井所使用的密封件无法承受高温高压的侵袭，现有的密封件一般为密封圈，密封圈在高温条件下会变软，而在承受高温时还会承受高压，便会使得密封圈产生流变，从装置间隙中被挤出，密封圈便会损坏，失去密封作用，从而导致模拟试验井无法对井下工具的耐高温、高压性能进行有效测定。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种井下工具用高温高压模拟试验井，以解决现有模拟试验井无法对井下工具的耐高温高压性能进行有效测定的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案概述如下：

一种井下工具用高温高压模拟试验井，包括加热套管，所述加热套管包括导热油腔及外套管，所述外套管内由上至下依次设置有位于同一中轴线上的吊装杆、萝卜头、短接及内套管,所述萝卜头与吊装杆之间、萝卜头与短接之间、萝卜头与外套管之间、外套管与内套管之间均设置有密封组件，所述密封组件包括若干密封圈及挡圈，所述密封圈两侧均卡合有挡圈，所述挡圈上制有斜切口，以使挡圈自斜切口出断开，所述斜切口所在平面与挡圈的底面之间所夹锐角为10～20°。

在使用时，先将一个挡圈套设在相应部件的轴上，再将密封圈套在轴上，而后再套上一个挡圈，使密封圈卡在挡圈之间，若密封圈有多个，便按照此步骤循环，即使密封圈与挡圈间隔设置，且每个密封圈两侧均设置有挡圈，这一操作使得密封圈被挡圈保护在中间，避免密封圈发生流变现象。

进一步地，所述密封圈不少于2个；将密封圈设置为2个，其与挡圈配合后能起到较好的密封效果，且相对于单个的密封圈而言，能进一步提升密封组件的承压能力，即提高密封组件的承受压力上限，使密封组件的承压能力达到105MPa以上，同时，设置2个密封圈也可在试验井对井下工具进行测试时，起到一定的保障作用，即即使一个密封圈损坏，也还有一个密封圈能达到密封效果，使得测试能继续进行，若只有一个，则测试只能中断来进行密封圈更换，极为浪费资源。

进一步地，所述挡圈与密封圈相接一侧设置有与密封圈相卡合的弧形卡槽；弧形卡槽与密封圈的形状相适应，使得密封圈与挡圈能进行更好的贴合，既能提升挡圈对密封圈的保护作用，又能提升密封组件的密封性能，使得测试效果更好。

进一步地，所述弧形卡槽的弦长小于密封圈的直径；在不影响挡圈对密封圈提供保护作用的同时，还能使密封圈能与需要密封的部件进行更为紧密的接触，提升密封效果。

进一步地，所述密封圈的材料为全氟醚橡胶；全氟醚橡胶的耐温性可达300℃，并且其柔性较好，密封效果好，同时抗腐蚀能力也较强，使用寿命较长。

进一步地，所述挡圈的材料为聚酰亚胺；聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，在-200℃-300℃温度范围内长期使用，无明显熔点，具有良好的耐高温性能；其与密封圈配合使用，能对密封圈起到较好的保护作用，防止密封圈在高温下因变软而产生流变现象。

进一步地，，所述萝卜头卡接于外套管内，萝卜头下端与内套管上端相接，萝卜头外侧设置有至少一个第一环形槽，萝卜头中央开设有贯穿萝卜头的安装孔，所述吊装杆下端与安装孔上端螺纹连接，且吊装杆上设置有位于螺纹下方的第一环形槽；所述短接上端与安装孔下端螺纹连接，且短接上设置有位于螺纹下方的第三环形槽，所述内套管两端呈开口设置，所述短接下端延伸至内套管内；所述内套管上端设置有与外套管卡接的连接件，所述连接件外侧设置有第四环形槽，所述第一环形槽、第二环形卡槽、第三环形槽及第四环形槽内均设置有密封组件；将密封组件设置在相应位置，使得各个组件之间能实现良好的密封效果，避免在测试时产生泄露，影响试验结果。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的井下工具用高温高压模拟试验井将密封圈和挡圈结合起来，使密封圈两侧始终有挡圈，在使用过程中挡圈能对密封圈起到保护作用，避免密封圈在高温高压下因变软而产生流变现象，使得试验井能提供耐温300℃、耐压105MPa的试验条件，从而有效对井下工具进行耐高温高压测试。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是密封组件结构示意图；

图3是本实用新型圈A结构放大示意图；

图4是本实用新型中挡圈斜切方式的示意图。

图中标记为：1-加热套管，2-导热油腔，3-外套管，4-加热泵，5-内套管，6-智能加压设备，7-吊装杆，8-萝卜头，9-短接，10-连接件，11-井下工具，12-压帽，13-第一引流孔，14-第一环形槽，15-第三环形槽，16-第四环形槽，17-第二环形卡槽，18-密封圈，19-挡圈，190-斜切口，20-地坑。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“横向”、“纵向”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参见图1、图2、图3以及图4所示，一种井下工具用高温高压模拟试验井，主要安装于挖出的地坑20内进行工作，包括智能加压设备6、加热泵4及加热套管1，智能加压设备6用于提供加压介质进行高压环境模拟，加热泵4用于提供热量进行高温环境模拟；加热套管1包括导热油腔2及设置在导热油腔2内部的外套管3，在导热油腔2中填充有导热油作为导热介质，加热泵4与导热油腔2之间设置有循环管路，用于将加热泵4内加热后的导热油送入导热油腔2中，并将导热油腔2中进行热量交换后的导热油送入加热泵4中进行加热，对导热油实现循环利用，其中加热泵4可采用电能进行加热；外套管3上设置有用于将外套管3固定在地面上的连接段，其中由于地下温度及压力都较高，均是将智能加压设备6及加热泵4设置在地面上，只将测试部分设置在地面下，外套管3内由上至下依次设置有吊装杆7、萝卜头8、短接9及内套管5，其中，萝卜头8与吊装杆7之间、萝卜头8与短接9之间、萝卜头8与外套管3之间、外套管3与内套管5之间均设置有密封组件，密封组件包括若干密封圈18及挡圈19，所述密封圈18两侧均设置有挡圈19。挡圈19上制有斜切口190，以使挡圈19自斜切口190出断开。具体地，斜切口190所在平面与挡圈19的底面之间所夹锐角为10～20°。

传统的井下工具11模拟试验井一般是对温度或者压力进行单独测试，无法进行同时测试，而实际井下工作环境中，高温高压是同时存在的，这就导致测试条件与实际条件相差甚远，无法对工具的使用性能进行准确评估；随后便开始研究高温高压试验井，对井下工具11同时进行高温高压测试，现有的一般高温高压模拟试验井中，在进行密封时，上述组件之间仅采用单独的密封圈18进行密封，在对井下工具11进行高温高压测试时，密封圈18会由于温度较高而变软，而测试时需要同时承受压力，其在这种状态下便会产生流变，从组件之间的缝隙中被挤出，甚至损坏，失去密封作用，从而使井下工具11的耐高温高压性能测试无法进行，导致井下工具11的测试受到极大限制。而本实用新型的密封圈18与挡圈19相互配合，挡圈19能为密封圈18提供较好的保护作用，避免密封圈18在测试的高温高压条件下因变软而产生流变现象，从组件之间的缝隙中流出，使得其密封性能更好，避免增压介质泄露，从而保证井下工具11的高温高压测试效果。

与此同时，由于挡圈19的材质相对于密封圈18的抗流变性能好，相反的，其可弹性形变性能会有所减弱，所以挡圈19在安装的过程中存在难以套设装配的问题。挡圈19采用10～20°斜切口190的形式切开，装配时挡圈19可适当向外扩张或向内收缩完成在密封槽内安装，又由于斜切口190与挡圈19的底面之间所夹锐角为10～20°，角度较小，挡圈19斜切开后所形成的切面面积较大，这使得被切开的两边在密封槽内相互重叠，没有明显间隙，形状基本能够保持与未切开前一样，所以依旧可以同挡圈19的其他未被切开的部位一样起到对密封圈18的保护作用。此外，经过反复的试验发现，斜切口190与挡圈19的底面之间所夹锐角为15°时，对挡圈19的性能影响最小，与原有未切开时的性能几乎一致。

较佳地，密封圈18不少于2个；将密封圈18设置为2个，其与挡圈19配合后能起到较好的密封效果，且相对于单个的密封圈18而言，能进一步提升密封组件的承压能力，即提高密封组件的承受压力上限，使密封组件的承压能力达到105MPa以上，同时，设置2个密封圈18也可在试验井对井下工具11进行测试时，起到一定的保障作用，即即使一个密封圈18损坏，也还有一个密封圈18能达到密封效果，使得测试能继续进行，若只有一个，则测试只能中断来进行密封圈18更换，极为浪费资源。

较佳地，挡圈19与密封圈18相接一侧设置有与密封圈18相卡合的弧形卡槽；由于在密封圈18两侧均需设置挡圈19，因而在挡圈19设置有多个时，位于最边上的挡圈19只有一面设置有弧形卡槽，而位于中间的挡圈19则两面都设置弧形卡槽，弧形卡槽与密封圈18的形状相适应，使得密封圈18与挡圈19能进行更好的贴合，既能提升挡圈19对密封圈18的保护作用，又能提升密封组件的密封性能，使得测试效果更好。

较佳地，弧形卡槽的弦长小于密封圈18的直径；在不影响挡圈19对密封圈18提供保护作用的同时，还能使密封圈18能与需要密封的部件进行更为紧密的接触，提升密封效果。

另外，挡圈19也可以设置为一环形圈，并在挡圈19上开设供密封圈18卡入的限位槽，卡槽的数量与密封圈18的数量相匹配，限位槽的深度小于密封圈18的直径，同时，密封圈18及挡圈19均由耐高温的柔性材料制成；在使用时，将挡圈19套在在用于放置密封组件的位置，并将密封圈18卡在限位槽内，使密封圈18与挡圈19紧密贴合，对密封圈18起到较好的保护作用，同时密封圈18的直径大于限位槽的深度，使密封圈18另一侧能与一需密封的部件紧密贴合，而挡圈19受到压力时也能与另一需密封的组件紧密贴合，从而对部件进行较好的密封。

较佳地，密封圈18的材料为全氟醚橡胶；全氟醚橡胶具有均质性，表面没有渗透、开裂和针孔的困扰，能起到很好的密封作用，且其耐化学性好，不易被腐蚀，并且耐温性可达300℃，在使用时本身不会发生老化和软化，能适应长期高温环境下工作，为试验井提供极好的密封性能。

较佳地，挡圈19的材料为聚酰亚胺；聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，在-200℃-300℃温度范围内长期使用，无明显熔点，具有良好的耐高温性能；其与密封圈18配合使用，能对密封圈18起到较好的保护作用，防止密封圈18在高温下因变软而产生流变现象。

具体地，外套管3顶部开口设置，萝卜头8卡接于外套管3内，萝卜头8下端与内套管5上端相接，萝卜头8外侧设置有至少一个第一环形槽14，萝卜头8中央开设有贯穿萝卜头8的安装孔，吊装杆7下端与安装孔上端螺纹连接，且吊装杆7上设置有位于螺纹下方的第一环形槽14；短接9上端与安装孔下端螺纹连接，短接9上设置有位于螺纹下方的第三环形槽15，内套管5两端呈开口设置，短接9下端延伸至内套管5内，短接9下端设置有用于连接需测试的井下工具11的外螺纹，即可将需测试的工具通过螺纹连接在短接9上，利用短接9对其提供支撑，且吊装杆7及短接9中心位置均设置有相互连通的第一引流孔13，第一引流孔13与智能加压设备6相连通，用于将增压介质送入需测试的井下工具11内部，对其内部进行加压；内套管5上端设置有与外套管3卡接的连接件10，连接件10外侧设置有第四环形槽16，所述第一环形槽14、第二环形卡槽17、第三环形槽15及第四环形槽16内均设置有密封组件，对密封组件的在各个部件上的设置位置进行进一步限定，减少装置工作时增压介质可能产生的损耗，使得加压更为容易，同时也使得各个组件之间能实现良好的密封效果，避免在测试时产生泄露，影响试验结果；并且在萝卜头8上方设置有用于防止萝卜头8被压力冲出外套管3的压帽12，压帽12外部设置有与外套管3相接的外螺纹，且压帽12上设置有供吊装杆7穿过的通孔；在外套管3及外套管3上设置有相互连通的第二引流孔，第二引流孔与智能加压设备6相连通，且第二引流管设置在连接件10上，用于将增压介质引入内套管5中对井下工具11的上端进行加压；同时，智能增压设备上还设置有将增压介质送至外套管3下端的管线，即管线的进口端与智能加压设备6相连通，且管线的出口延伸至外套管3内，用以对井下工具11下端进行加压，整个装置从井下工具11的内部、外部上端、外部下端分别加压，使得井下工具11的各个部位均能受到良好的高温高压测试，使得井下工具11的测试效果更好。

此处以设置2个密封圈18的装置为例，整个装置在工作时，先将最下方的挡圈19放置在第一环形槽14、第二环形卡槽17、第三环形槽15、第四环形槽16内，而后放入密封圈18，再放入中间的挡圈19，而后放入第二个密封圈18，最后放入放上的挡圈19，并检查是卡接到位，而后将短接9及吊装杆7利用螺纹与萝卜头8连接好，并将需要进行测试的井下工具11与短接9旋好，而后将其作为一个整体放入外套管3之内，萝卜头8与外套管3卡接到位后，将压帽12套在吊装杆7外，并将压帽12与外套管3拧紧，使压帽12将萝卜头8压紧，而后开启加热泵4及智能加压设备6对装置进行升温加压，从而对工具进行测试，且本装置在使用时，可以模拟300℃的高温及105MPa的高压，对井下工具11的耐高温高压性能进行有效检测；待检测完成后，先待装置冷却，再将压帽12旋出，而后从吊装杆7处将吊装杆7、萝卜头8、短接9及井下工具11取出，取出后即可将井下工具11旋出，再按照上述步骤进行下一次测试，操作简单便捷。

如上所述即为本实用新型的实施例。本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。