一种火驱层间封隔器试验装置及试验方法与流程

1.本发明是关于稠油开采技术领域，尤其涉及一种火驱层间封隔器试验装置及试验方法。


背景技术：

2.火驱也称为火烧油层，是指一种用电、化学等方法使油层温度达到原油燃点，并向油层内注入空气或氧气使油层原油持续燃烧的采油方法。火烧油层成功的关键是耐高温封隔器长期密封可靠性。然而，不同注入压力系统下的火驱分层注入问题，主要是火驱层间封隔器、插入密封等配套工具，在高、常温交替条件下长效密封以及性能稳定性问题，严重影响了火驱效果。
3.针对此问题，在使用火驱层间封隔器等配套工具之前一般需要先对其在高温下密封是否可靠进行试验。目前对气驱封隔器常规的试验方式是利用一试验筒，筒内填充有导热油，将气驱封隔器插入试验筒内，然后将试验筒内的导热油加热到200℃左右使气驱封隔器的胶筒坐封；然后将加热到350℃的导热油向气驱封隔器的中心管内打压，观察气驱封隔器在此高温下是否还能一直可靠密封，来检验气驱封隔器的密封效果。
4.然而，对于火驱层间封隔器来说，目前火驱作业时点火器的点火温度大概在450℃，因此需要对火驱层间封隔器在500℃高温下的密封性进行试验。但是，目前导热油最多只能加热到350℃，无法利用导热油来检验气驱封隔器的方式来检验火驱层间封隔器。因此，如何检验火驱层间封隔器在500℃高温温度下的密封效果成为目前亟需解决的问题。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种火驱层间封隔器试验装置及试验方法，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种火驱层间封隔器试验装置及试验方法，能够检验火驱层间封隔器在500℃高温下的密封效果，且结构简单，操作简便。
7.本发明的目的可采用下列技术方案来实现：
8.本发明提供了一种火驱层间封隔器试验装置，包括：外管，其内部形成上端封闭下端开口的腔室，在外管上对应腔室的位置设有第一温压传感器和泄压阀，并在外管的侧壁上设有第一热源；以及火驱层间封隔器，包括上端开口下端封闭的中心管，中心管的上端插设在腔室内并与外管顶部密封固定，在中心管外侧从上至下依次套设有限位挡环、胶筒以及液缸组件，液缸组件与中心管外壁之间形成存储有膨胀剂的灌药密封腔；限位挡环、胶筒以及液缸组件的上端均位于腔室内，在液缸组件的侧壁且对应灌药密封腔的位置设有第二热源；在外管的管壁上且位于胶筒的上方设有能够与腔室连通的注液孔，第一温压传感器和泄压阀均位于胶筒的上方。
9.在本发明的一较佳实施方式中，第一热源和第二热源均为电热丝。
10.在本发明的一较佳实施方式中，在液缸组件上对应灌药密封腔的位置设有第二温
压传感器。
11.在本发明的一较佳实施方式中，在外管上且对应液缸组件上端的位置还设有位移传感器。
12.在本发明的一较佳实施方式中，在外管顶部且位于腔室内固定一连接管，中心管的上端与连接管的下端固定连接。
13.在本发明的一较佳实施方式中，外管包括上下密封固定的上丝堵和下套管，连接管的上端与上丝堵固定，第一温压传感器、泄压阀、位移传感器和注液孔均设在下套管上，第一热源设在下套管侧壁上。
14.在本发明的一较佳实施方式中，液缸组件包括液缸、护套和中间管，液缸的上端顶靠在胶筒的下端面，液缸的下端通过坐封销钉与护套的上端连接，液缸的下部和护套均间隔套设在中心管外侧，该间隔构成环形空间；中间管套设在中心管外侧且位于环形空间内，并通过解封销钉与中心管连接，中间管的下端与护套下端固定，位于中间管上端的环形空间部分构成上述的灌药密封腔。
15.在本发明的一较佳实施方式中，液缸包括套设在中心管外侧并上下固定的缸套和锁紧套，缸套的上端顶靠在胶筒下端面，且缸套的上端内壁与中心管外壁密封接触，缸套的下部呈管状并间隔地环绕中心管外壁设置；锁紧套下端通过上述的坐封销钉与护套连接，缸套的下部内壁、锁紧套内壁和护套内壁与中心管外壁之间构成上述的环形空间。
16.在本发明的一较佳实施方式中，在锁紧套的下端内壁与中间管的下部外壁之间设有一止退环，止退环与锁紧套固定，止退环能轴向呈向上单向移动地套设在中间管上。
17.在本发明的一较佳实施方式中，中心管包括上下固定的内管和下丝堵，限位挡环、胶筒以及液缸组件均套设在内管外壁上。
18.本发明还提供一种火驱层间封隔器试验方法，采用上述的试验装置进行试验，包括如下步骤：
19.s1、利用第二热源对灌药密封腔加热，使得胶筒坐封，坐封后的胶筒将上述的腔室分隔成上腔室和下腔室；
20.s2、坐封完毕后，待试验装置自然冷却到常温后，通过注液孔向上腔室内注水，然后将注液孔封堵，上腔室形成密闭空间；
21.s3、利用第一热源对密封空间加热，使得密闭空间内的水变成水蒸气，通过第一温压传感器观察密闭空间内的温度并控制密闭空间内水蒸气的温度达到500℃，根据试验过程中外管下端是否出现窜气现象来检验火驱层间封隔器在500℃下的密封效果。
22.在本发明的一较佳实施方式中，在步骤s1中，在胶筒坐封后，同时检测灌药密封腔的压力和温度以及坐封时液缸组件上移的距离。
23.由上所述，本发明利用第二热源对灌药密封腔加热便可使得火驱层间封隔器坐封，坐封完毕并待试验装置自然冷却后向胶筒上方的上腔室内注入水，并将注液孔封堵使上腔室变成密闭空间，再利用第一热源对密闭空间加热使水变成水蒸气，由于水蒸气的温度是可以达到500℃的，因此，能够使得密闭空间的温度达到500℃，进而可以检验出在500℃高温下火驱层间封隔器的密封效果。且整个试验装置结构简单，针对不同火驱层间封隔器的尺寸可以按照试验要求更换不同尺寸的外管，并进行火驱层间封隔器的高温室内耐压试验，操作更加简便，为改善火驱开发效果以及下步注气井的调控提供更好的基础条件。
附图说明
24.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
25.其中：
26.图1：为本发明提供的火驱层间封隔器试验装置的结构示意图。
27.附图标号说明：
28.1、外管；11、上丝堵；12、下套管；121、注液孔；
29.2、连接管；
30.3、第一温压传感器；4、泄压阀；5、第一热源；6、位移传感器；
31.7、火驱层间封隔器；
32.71、中心管；711、内管；712、下丝堵；
33.72、限位挡环；73、胶筒；
34.74、液缸组件；
35.741、缸套；7411、灌药密封腔；742、锁紧套；743、护套；744、中间管；745、坐封销钉；746、解封销钉；747、止退环；
36.8、第二温压传感器；9、第二热源。
具体实施方式
37.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
38.如图1所示，本实施例提供一种火驱层间封隔器试验装置，包括外管1以及火驱层间封隔器7。
39.其中，外管1内部形成上端封闭下端开口的腔室，在外管1上对应腔室的位置设有第一温压传感器3和泄压阀4，并在外管1的侧壁上设有第一热源5。火驱层间封隔器7包括上端开口下端封闭的中心管71，中心管71的上端插设在腔室内并与外管1顶部密封固定，在中心管71外侧从上至下依次套设有限位挡环72、胶筒73以及液缸组件74，液缸组件74与中心管71外壁之间形成存储有膨胀剂的灌药密封腔7411，限位挡环72、胶筒73以及液缸组件74的上端均位于腔室内。在液缸组件74的侧壁且对应灌药密封腔7411的位置设有第二热源9，在外管1的管壁上且位于胶筒73的上方设有能够与腔室连通的注液孔121，第一温压传感器3和泄压阀4均位于胶筒73的上方。
40.具体地，在外管1管壁上开设有第一通孔和第二通孔，第一温压传感器3和泄压阀4分别插设在第一通孔和第二通孔中并焊接固定，且第一温压传感器3的探头伸入腔室内，用于检测腔室内的压力和温度。第一温压传感器3和泄压阀4的结构为现有技术，在此不再赘述。一般第二热源9位于腔室的外部，上述的膨胀剂优选采用正辛烷，也可以根据需要采用其他类型的膨胀剂，本实施例仅为举例说明。
41.在试验时，整个试验装置既可以按照图1中示出的竖直放置，也可以将其水平放置。将试验装置连接完成后，首先利用第二热源9对灌药密封腔7411加热，灌药密封腔7411内的膨胀剂受热膨胀，产生膨胀力后压缩胶筒73，实现坐封，坐封后的胶筒73便将腔室分隔成上腔室和下腔室。坐封完毕后，待整个试验装置自然冷却到常温后，通过注液孔121向上述的上腔室内注入水，然后将注液孔121封堵(一般采用电焊机将注液孔121焊死封闭)，使
得上腔室形成密闭空间。
42.接下来利用第一热源5对密封空间加热，随着温度的升高密闭空间内的水变成水蒸气后密闭空间内的温度和压力升高，通过第一温压传感器3可以实时监测密闭空间的温度，可作为调控第一热源5加热功率的依据。将泄压阀4设置到10mpa时开启，便可以模拟加热到500℃、压力为10mpa时胶筒73的密封情况，进而完成高温耐压试验。在此过程中外管1下端若有窜气现象，则说明密封效果出现问题；若并无窜气现象，则说明密封效果可靠。
43.由此，本实施例中的试验装置利用第二热源9对灌药密封腔7411加热便可使得火驱层间封隔器7坐封，坐封完毕并待试验装置自然冷却后向胶筒73上方的上腔室内注入水，并将注液孔121封堵使上腔室变成密闭空间，再利用第一热源5对密闭空间加热使水变成水蒸气，由于水蒸气的温度是可以达到500℃的，因此，能够使得密闭空间的温度达到500℃，进而可以检验出在500℃高温下火驱层间封隔器7的密封效果。且整个试验装置结构简单，针对不同火驱层间封隔器7的尺寸可以按照试验要求更换不同尺寸的外管1，并进行火驱层间封隔器7的高温室内耐压试验，操作更加简便，为改善火驱开发效果以及下步注气井的调控提供更好的基础条件。
44.在具体实现方式中，上述的第一热源5和第二热源9均为电热丝，通过对其通电便可进行加热，一般采用捆绑的方式固定在对应的管壁上。当然，也可以根据实际需要采用其他的热源，只要能起到加热作用均可，本实施例仅为举例说明。
45.在实际应用中，为了便于在试验过程中同时检测出火驱层间封隔器7的一些重要参数，如图1所示，在液缸组件74上对应灌药密封腔7411的位置设有第二温压传感器8。在外管1上且对应液缸组件74上端的位置还设有位移传感器6。
46.其中，一般在外管1管壁上和液缸组件74对应灌药密封腔7411位置的管壁上分别开设有第三通孔和第四通孔，位移传感器6和第二温压传感器8分别插设在第三通孔和第四通孔中并焊接固定，且第二温压传感器8的探头伸入灌药密封腔7411内，用于检测灌药密封腔7411内的压力和温度；位移传感器6的探头与液缸组件74对应灌药密封腔7411位置的侧壁接触(具体是与下述的缸套741外壁接触)，用于检测坐封时液缸组件74上移的距离(具体是下述的缸套741上移的距离)，即坐封距。
47.这样，在胶筒73坐封后，通过第二温压传感器8可以读出灌药密封腔7411内的压力和温度，通过位移传感器6可以读出坐封距。这两个参数对后续设计和优化火驱层间封隔器7有很大帮助。
48.进一步地，为了便于加工和安装，在外管1顶部且位于腔室内固定一连接管2，中心管71的上端与连接管2的下端固定连接。
49.进一步地，如图1所示，外管1包括上下密封固定的上丝堵11和下套管12，连接管2的上端与上丝堵11固定，上述的第一温压传感器3、泄压阀4、位移传感器6和注液孔121均设在下套管12上，第一热源5设在下套管12侧壁上。
50.其中，一般在上丝堵11的下端面中心设有内螺纹孔，连接管2的上端插设在内螺纹孔内并螺纹固定。上丝堵11的下端内壁与下套管12的上端外壁螺纹固定，并在螺纹连接处通过密封圈密封。密封圈优选采用紫铜密封圈，也可以根据需要采用其他的耐高温密封圈。
51.在具体实现过程中，如图1所示，上述的液缸组件74包括液缸、护套743和中间管744，液缸的上端顶靠在胶筒73的下端面，液缸的下端通过坐封销钉745与护套743的上端连
接，液缸的下部和护套743均间隔套设在中心管71外侧，该间隔构成环形空间。中间管744套设在中心管71外侧且位于环形空间内，并通过解封销钉746与中心管71连接，中间管744的下端与护套743下端固定，位于中间管744上端的环形空间部分构成上述的灌药密封腔7411。
52.详细来说，液缸包括套设在中心管71外侧并上下固定的缸套741和锁紧套742，缸套741的上端顶靠在胶筒73下端面，且缸套741的上端内壁与中心管71外壁密封接触，缸套741的下部呈管状并间隔地环绕中心管71外壁设置。锁紧套742下端通过上述的坐封销钉745与护套743连接，缸套741的下部内壁、锁紧套742内壁和护套743内壁与中心管71外壁之间构成上述的环形空间。
53.一般缸套741的下端外壁与锁紧套742的上端内壁螺纹连接，护套743的下端内壁与中间管744外壁螺纹连接。为了保证中间管744在解封之前结构的稳定性，一般在中心管71的外壁且对应中间管744上端的位置向上形成一直径扩大的限位台阶，中间管744的上端面顶靠在限位台阶上。另外，为了保证灌药密封腔7411的密封性，在缸套741的上端内壁与中心管71外壁之间、中间管744外壁与缸套741的下端内壁之间以及中间管744内壁与中心管71外壁之间均设有一密封圈。
54.这样，利用第二热源9对灌药密封腔7411加热时，膨胀剂受热膨胀产生膨胀力后，向上推动缸套741，直至坐封销钉745被剪断，缸套741带着锁紧套742一起上移，然后压缩胶筒73实现坐封。在试验结束后，一般直接将整个试验装置敲碎即可，不再重复利用。
55.整个火驱层间封隔器7在实际使用时，在下入井中并作业结束后，需要解封时，只需要上提中心管71，解封销钉746被剪断，便可实现解封。
56.在实际应用中，为了保证坐封后胶筒73始终处于压缩状态，在锁紧套742的下端内壁与中间管744的下部外壁之间设有一止退环747，止退环747与锁紧套742固定，止退环747能轴向呈向上单向移动地套设在中间管744上。其中，止退环747的内侧和中心管71的下端外壁上设有对应的止退齿环，对于止退环747的结构为现有技术，在此不再赘述。
57.进一步地，为了便于加工和安装，上述的中心管71包括上下固定的内管711和下丝堵712，上述的限位挡环72、胶筒73以及液缸组件74均套设在内管711外壁上。
58.其中，一般中心管71的上端内壁与连接管2的下端外壁螺纹连接，中心管71的下端外壁与下丝堵712的上端内壁螺纹连接，限位挡环72的内壁与中心管71的上部外壁螺纹连接。下丝堵712的外径大于内管711外径，以便于在解封时，利用下丝堵712的顶部且位于内管711的外侧构成的阶梯部，将液缸组件74一起带出。
59.进一步地，本实施例提供一种火驱层间封隔器7试验方法，该试验方法采用上述的试验装置进行试验，包括如下步骤：
60.s1、利用第二热源9对灌药密封腔7411加热，使得胶筒73坐封，坐封后的胶筒73将上述的腔室分隔成上腔室和下腔室；
61.其中，为了在试验过程中同时检测更多火驱层间封隔器7的参数，在胶筒73坐封后，同时检测灌药密封腔7411的压力和温度以及坐封时液缸组件74上移的距离。具体是通过上述的第二温压传感器8读出灌药密封腔7411的压力和温度，通过上述的位移传感器6输出坐封距。
62.s2、坐封完毕后，待试验装置自然冷却到常温后，通过注液孔121向上述的上腔室
内注水，然后将注液孔121封堵，上述的上腔室形成密闭空间；
63.s3、利用第一热源5对密封空间加热，使得密闭空间内的水变成水蒸气，通过第一温压传感器3观察密闭空间内的温度并控制密闭空间内水蒸气的温度达到500℃，根据试验过程中外管1下端是否出现窜气现象来检验火驱层间封隔器7在500℃下的密封效果。
64.由于密闭空间内形成水蒸气后压力较大，通过将泄压阀4设置到一定压力值(例如本实施例中控制到10mpa)时开启，便可模拟加热到500℃、压力为10mpa时胶筒73的密封情况，并保证试验过程中的安全。
65.需要说明的是，本实施例中的试验装置和试验方法不仅可以用来检测图1中示出的火驱层间封隔器7的密封效果，对于其他结构类似的火驱层间封隔器也同样适用，本实施例仅为举例说明。
66.以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。