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1、10申请公布号CN101967968A43申请公布日20110209CN101967968ACN101967968A21申请号201010284926X22申请日20100917E21B47/00200601E21B49/0020060171申请人武汉海王机电工程技术公司地址430064湖北省武汉市武昌区中山路450号72发明人罗友高刘刚曾嵘范卫卫胡火焰齐军唐顺杰彭明民戴青李辉王小勇陈渝谢寅兵74专利代理机构武汉开元知识产权代理有限公司42104代理人胡镇西54发明名称高温高压容器中的三腔压力分隔装置57摘要一种高温高压容器中的三腔压力分隔装置，包括依次连接的中间隔离环、钢套、连接法兰和连接座。
2、。中间隔离环内设有密封内环，中间隔离环外壁与高温高压容器内壁之间设有第一密封圈组件，中间隔离环内壁与密封内环外壁之间设有第二密封圈组件；钢套套壁上设有通气孔，钢套内衬有橡胶套，橡胶套内依次设有水泥靶、砂岩靶和过滤器；连接法兰与连接座之间设有第三密封圈组件，连接座的下端与高温高压容器的底部密封头之间设有第四密封圈组件。由此在高温高压容器中形成有相对独立的三个压力空间。该装置不仅能逼真模拟地层结构建立起稳定的井筒压力、井筒围压和孔隙压力，而且能实现井筒围压和孔隙压力之间的有效传递，适于地面模拟油田射孔试验。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图5。
3、页CN101967968A1/2页21一种高温高压容器中的三腔压力分隔装置，用于在地面上模拟油田射孔试验，它具有设置在高温高压容器2内的压力分隔体4，其特征在于所述压力分隔体4自上而下依次包括中间隔离环11、钢套18、连接法兰20和连接座5，所述中间隔离环11的下端通过第一螺栓组件10与钢套18的上端相连，所述钢套18的下端通过第二螺栓组件7与连接法兰20的上端相连，所述连接法兰20的下端通过螺纹与连接座5的上端相连；所述中间隔离环11内设有与其螺纹连接的密封内环13，所述中间隔离环11的外壁与高温高压容器2的内壁之间设置有第一密封圈组件12，所述中间隔离环11的内壁与密封内环13的外壁之间设。
4、置有第二密封圈组件14，从而在中间隔离环11和密封内环13与高温高压容器2的顶部密封头3之间形成模拟的井筒压力空间A；所述钢套18的套壁上分布有通气孔181，所述钢套18内衬有橡胶套8，所述橡胶套8的内部紧邻碗形密封内环13的下端面依次设置有水泥靶15、砂岩靶9和过滤器19，所述橡胶套8的上端翻边被压紧在中间隔离环11的下端与钢套18的上端之间，所述橡胶套8的下端翻边被压紧在钢套18的下端与连接法兰20的上端之间；所述连接法兰20的下端与连接座5的上端螺纹连接处设置有第三密封圈组件6，所述连接座5的下端轴部与高温高压容器2的底部密封头1插入孔之间设置有第四密封圈组件22，从而在橡胶套8、连接法。
5、兰20和连接座5与高温超高压容器2的筒壁之间形成模拟的井筒围压空间B，在橡胶套8内部、连接法兰20的中孔和连接座5的中空区域形成模拟的孔隙压力空间C。2根据权利要求1所述的高温超高压容器中的三腔压力分隔装置，其特征在于所述橡胶套8的外壁与钢套18之间留有缝隙10308MM，所述橡胶套8的内壁与砂岩靶9之间留有缝隙20520MM。3根据权利要求1或2所述的高温超高压容器中的三腔压力分隔装置，其特征在于所述钢套18及其内衬的橡胶套8至少分为两段，相邻两段钢套18及其内衬的橡胶套8之间通过中间环形垫片17和第三螺栓组件16连为一体，且相邻两段橡胶套8的端部翻边被压紧在对应的钢套18端部与中间环形垫片。
6、17之间。4根据权利要求1或2所述的高温超高压容器中的三腔压力分隔装置，其特征在于所述橡胶套8的端部翻边过渡圆弧81的半径小于与其接触的钢套18的端部内侧过渡圆弧182的半径。5根据权利要求1或2所述的高温高压容器中的三腔压力分隔装置，其特征在于所述通气孔181在钢套18的筒壁上沿圆周方向形成有多圈，每圈通气孔181均布有6个，相邻两圈通气孔181的车轴向间距为2550MM。6根据权利要求1或2所述的高温高压容器中的三腔压力分隔装置，其特征在于所述第一密封圈组件12、第二密封圈组件14、第三密封圈组件6和第四密封圈组件22采用O型氟橡胶密封圈。7根据权利要求1或2所述的高温高压容器中的三腔压力。
7、分隔装置，其特征在于所述密封内环13为碗型。8根据权利要求1或2所述的高温高压容器中的三腔压力分隔装置，其特征在于所权利要求书CN101967968A2/2页3述过滤器19包括其上开设有通孔的下压板191和与其相匹配的上压板193，所述上压板193和下压板191之间设置有滤网194，所述上压板193、滤网194和下压板191通过螺钉192连为一体。9根据权利要求1或2所述的高温高压容器中的三腔压力分隔装置，其特征在于所述连接法兰20的中间设置有螺纹连接的顶紧螺栓21，所述顶紧螺栓21的上端伸出连接法兰20并紧抵在过滤器19的下端。10根据权利要求1或2所述的高温高压容器中的三腔压力分隔装置，其。
8、特征在于所述连接座5的下端轴部长度小于高温高压容器2的底部密封头1插入孔的长度。权利要求书CN101967968A1/4页4高温高压容器中的三腔压力分隔装置技术领域0001本发明涉及油田模拟井射孔试验中在密封体内建立三腔压力井筒压力、井筒围压和孔隙压力的装置，具体地指一种高温高压容器中的三腔压力分隔装置。背景技术0002在石油开采行业中，射孔器材的改进和射孔工艺的改善对提高油田采收率、稳定油田产能具有重要意义。为了能够在地面对射孔器材和射孔工艺的射孔效能进行评价，科研人员需要建立一套油田模拟井射孔的试验装置。0003目前，国内外大多数石油公司及其研究机构在地面进行模拟井射孔效能试验时，其试验装。
9、置基本上是按照美国石油行业协会标准APIRP19B中推荐的做法构建，能够完成以下四种试验中的一种或几种1多发弹、常温和大气压力测试条件下，用混凝土靶评价射孔系统。2单发弹、室温和井筒压力P21MPA测试条件下，用贝雷砂岩靶评价射孔系统。3多发弹、高温和大气压力测试条件下，用钢靶评价射孔系统。4单发弹、室温和三腔压力井筒压力约315MPA、井筒围压约105MPA、孔隙压力约7MPA测试条件下，评价贝雷砂岩靶射孔孔眼的流动特性。0004上述试验评价射孔系统都是近似模拟，试验装置也都比较容易构建。但它们各自存在如下不足之处试验13仅能从穿透深度、孔眼直径和毛刺高度等方面对射孔系统的射孔效能进行简单评。
10、价，与地层结构的真实状态相差太远。试验4除了可以评价穿透深度、孔眼直径和毛刺高度外，还可以对射孔前后贝雷砂岩靶的流动性进行测试和计量，这样能够更加直观地对射孔效能进行评价，但因其是在单发弹、室温、三腔压力值又不高的情况下试验，所以也很难真实模拟地层结构。0005能否逼真模拟地层结构状况的关键在于试验密封容器内三腔压力井筒压力、井筒围压和孔隙压力的建立。在实际油井的地层结构中，随着钻井深度的不断增加，井下的温度和压力也不断升高。在井深89KM甚至10KM时，压力可能高达120MPA，温度可能高达200。在这样的高温高压条件下，要建立试验密封容器中的三腔压力不仅十分困难，而且孔隙压力和井筒围压之间。
11、也难以传递。即使建立了三腔压力，其中起腔室分隔作用的橡胶套密封组件也非常容易在高温高压的恶劣环境下损坏，导致试验无法继续进行，从而无法满足石油开采行业对改善射孔效能的要求。发明内容0006本发明的目的就是要克服现有模拟井射孔效能试验装置所存在的缺陷，提供一种高温高压容器中的三腔压力分隔装置。该装置结构简单实用、耐高温高压性能好、工作寿命长，不仅能够模拟真实地层结构建立起稳定的井筒压力、井筒围压和孔隙压力，而且能够实现井筒围压和孔隙压力之间的有效传递。0007为实现上述目的，本发明所设计的用于在地面上模拟油田射孔试验的高温高压容器中的三腔压力分隔装置，具有设置在高温高压容器内的压力分隔体，所述压。
12、力分隔体自说明书CN101967968A2/4页5上而下依次包括中间隔离环、钢套、连接法兰和连接座，所述中间隔离环的下端通过第一螺栓组件与钢套的上端相连，所述钢套的下端通过第二螺栓组件与连接法兰的上端相连，所述连接法兰的下端通过螺纹与连接座的上端相连。0008所述中间隔离环内设有与其螺纹连接的密封内环，所述中间隔离环的外壁与高温高压容器的内壁之间设置有第一密封圈组件，所述中间隔离环的内壁与密封内环的外壁之间设置有第二密封圈组件，从而在中间隔离环和密封内环与高温高压容器的顶部密封头之间形成模拟的井筒压力空间。0009所述钢套的套壁上分布有通气孔，所述钢套内衬有橡胶套，所述橡胶套的内部紧邻密封内环。
13、的下端面依次设置有水泥靶、砂岩靶和过滤器，所述橡胶套的上端翻边被压紧在中间隔离环的下端与钢套的上端之间，所述橡胶套的下端翻边被压紧在钢套的下端与连接法兰的上端之间。0010所述连接法兰的下端与连接座的上端螺纹连接处设置有第三密封圈组件，所述连接座的下端轴部与高温高压容器的底部密封头插入孔之间设置有第四密封圈组件，从而在橡胶套、连接法兰和连接座与高温高压容器的筒壁之间形成模拟的井筒围压空间，在橡胶套内部、连接法兰的中孔和连接座的中空区域形成模拟的孔隙压力空间。0011进一步地，所述橡胶套的外壁与钢套之间留有缝隙10308MM，所述橡胶套的内壁与砂岩靶之间留有缝隙20520MM。这样，橡胶套内外均。
14、留有一定的退让余地，便于实现井筒围压和孔隙压力之间的有效传递，提高模拟地层结构的真实性。0012再进一步地，所述钢套及其内衬的橡胶套至少分为两段，相邻两段钢套及其内衬的橡胶套之间通过中间环形垫片和第三螺栓组件连为一体，且相邻两段橡胶套的端部翻边被压紧在对应的钢套端部与中间环形垫片之间。这样，将钢套和橡胶套分为较小的连接单元，不仅可增加钢套的强度和刚度，而且可改善橡胶套的韧性、减小其损坏几率，其延长其工作寿命。同时，橡胶套的密封效果更好，特别是在橡胶套的端部翻边与中间隔离环、连接法兰和中间环形垫片的压接处，由于橡胶套的弹性变形性能，可按需调整橡胶套的压缩量，使之更好地密封。0013更进一步地，所。
15、述连接法兰的中间设置有螺纹连接的顶紧螺栓，所述顶紧螺栓的上端伸出连接法兰并紧抵在过滤器的下端。这样，过滤器可有效防止射孔后砂岩颗粒进入到容器及管路中，顶紧螺栓则可有效固定过滤器上方的砂岩靶，既能防止射孔试验时射偏孔，又能防止砂岩靶随射孔冲击方向移动。0014本发明的优点在于所设计的压力分隔体通过简易的机械联接结构将中间隔离环、钢套、连接法兰和连接座可靠地组合为支撑体系，通过衬于钢套内的橡胶套将模拟地层结构的主体水泥靶、砂岩靶和过滤器密封于其内，并结合多组耐温耐压密封圈组件将高温超高压容器分隔为井筒压力、井筒围压和孔隙压力三个独立的腔室，其结构简单可靠、腔室分隔稳定，从而有效克服了现有技术中在高。
16、温高压条件下不易建立三腔压力的不足，可以在石油行业射孔效能试验中基本实现对较深地层结构状态的真实全模拟，适于用13发弹、在温度T200、压力P120MPA的条件下建立三腔压力来评价贝雷砂岩靶射孔孔眼的流动特性。说明书CN101967968A3/4页6附图说明0015图1为本发明的三腔压力分隔装置在高温高压容器内的安装位置示意图。0016图2为图1中的三腔压力分隔装置的放大结构示意图。0017图3为图2中的AA剖视结构示意图。0018图4为图2中的I处局部放大结构示意图。0019图5为图2中的钢套放大结构示意图。0020图6为图5的BB剖视结构示意图。0021图7为图2中的过滤器放大结构示意图。。
17、0022图8为图7的俯视结构示意图。0023图9为图2中的连接法兰结构示意图。0024图10为图9的俯视结构示意图。0025图中底部密封头1，高温高压容器2，顶部密封头3，压力分隔体4，连接座5，第三密封圈组件6，第二螺栓组件7，橡胶套8其中端部翻边过渡圆弧81，砂岩靶9，第一螺栓组件10，中间隔离环11，第一密封圈组件12，密封内环13，第二密封圈组件14，水泥靶15，第三螺栓组件16，中间环形垫片17，钢套18其中通气孔181、端部内侧过渡圆弧182，过滤器19其中下压板191、螺钉192、上压板193、滤网194，连接法兰20，顶紧螺栓21，第四密封圈组件22，井筒压力空间A，井筒围压空。
18、间B，孔隙压力空间C，井筒压力空间进口A，井筒围压空间进口B，孔隙压力空间进口C。具体实施方式0026以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述0027图中所示高温高压容器中的三腔压力分隔装置，是设置在高温高压容器2内、位于顶部密封头3与底部密封头1之间的压力分隔体4。该压力分隔体4自上而下依次包括中间隔离环11、钢套18、连接法兰20和连接座5。中间隔离环11的下端通过第一螺栓组件10与钢套18的上端固连，钢套18的下端通过第二螺栓组件7与连接法兰20的上端固连，连接法兰20的下端通过外螺纹与连接座5的上端内螺纹相连。0028上述中间隔离环11内侧下端设有与其螺纹连接的密封内环13，。
19、密封内环13为碗型，其碗型结构既有利于保证射孔枪的外炸高距离，又有利于与中间隔离环11内侧下端的密封连接。中间隔离环11的外壁与高温高压容器2的内壁之间设置有第一密封圈组件12，中间隔离环11的内壁与密封内环13的外壁之间设置有第二密封圈组件14，第一密封圈组件12和第二密封圈组件14采用耐高温高压的O型氟橡胶密封圈，可以在温度T200、压力P120MPA的条件下保持良好的密封性能，从而在中间隔离环11和密封内环13与高温高压容器2的顶部密封头3之间形成模拟的井筒压力空间A。0029上述钢套18内衬有橡胶套8，橡胶套8的内部紧邻密封内环13的下端面依次安装有水泥靶15、砂岩靶9和过滤器19。橡。
20、胶套8的上端翻边被压紧在中间隔离环11的下端与钢套18的上端之间，橡胶套8的下端翻边被压紧在钢套18的下端与连接法兰20的上端之间，从而将水泥靶15、砂岩靶9和过滤器19密封在橡胶套8内侧。由于橡胶套8的上下端翻边具有一定的弹性变形性能，可以通过调节第一螺栓组件10和第二螺栓组件7松紧程度来控制橡胶套8上下端翻边处的压缩量。上述密封内环13和水泥靶15作为射孔试验过说明书CN101967968A4/4页7程中的破坏件，每次射孔完毕后都要更换掉。上述过滤器19包括其上开设有通孔的下压板191和与其相匹配的上压板193，上压板193和下压板191之间设置有滤网194，上压板193、滤网194和下压。
21、板191通过螺钉192连为一体，可有效防止射孔后砂岩颗粒进入到高温高压容器2及其管路中。0030上述钢套18的套壁上还分布有若干通气孔181，通气孔181在钢套18的筒壁上沿圆周方向形成有多圈，每圈通气孔181均布有6个，相邻两圈通气孔181的轴向间距为2550MM。上述通气孔181的均匀分布状态有利于橡胶套8内外两侧的压力传递和平衡。为了确保橡胶套8内外两侧的压力传递更加均衡稳定、以提高地层模拟状态的真实度，设计中让橡胶套8具有一定的形变空间，即在橡胶套8的外壁与钢套18之间留有缝隙10506MM，在橡胶套8的内壁与砂岩靶9之间留有缝隙21012MM。0031上述连接法兰20的下端与连接座5。
22、的上端螺纹连接处设置有第三密封圈组件6。上述连接座5的下端轴部与高温高压容器2的底部密封头1插入孔之间设置有第四密封圈组件22，且上述连接座5下端轴部的长度小于上述底部密封头1插入孔的长度，以便调节压力分隔体4在高温高压容器2内部的位置。第三密封圈组件6和第四密封圈组件22也采用耐高温高压的O型氟橡胶密封圈。这样，可以在橡胶套8、连接法兰20和连接座5与高温高压容器2的筒壁之间形成模拟的井筒围压空间B，在橡胶套8内部、连接法兰20的中孔和连接座5的中空区域形成模拟的孔隙压力空间C。0032作为优选的方案，上述钢套18及其内衬的橡胶套8可以分为上下两段，上下两段钢套18及其内衬的橡胶套8之间通过。
23、硬质的中间环形垫片17和第三螺栓组件16连为一体，且相邻两段橡胶套8的端部翻边被压紧在对应的钢套18端部与中间环形垫片17之间。这样，在压缩密封连接时，分段结构的橡胶套8的强度更好、韧性更高、不易损坏，密封效果也更好。同时，优选上述橡胶套8的端部翻边过渡圆弧81的半径小于与其接触的钢套18的端部内侧过渡圆弧182的半径。这样，可以最大限度地减少此处的应力集中，避免橡胶套8在形变过程中被钢套18的圆弧区过于挤压损坏。0033作为更加优选的方案，上述连接法兰20的中间设置有螺纹连接的顶紧螺栓21，顶紧螺栓21的上端伸出连接法兰20并紧抵在过滤器19的下端，从而将砂岩靶9牢靠地固定在水泥靶15和过滤。
24、器19之间，可防止射孔轨迹在砂岩靶内偏斜，也可防止砂岩靶9随射孔冲击方向移动。0034本发明的工作原理是这样的将装配好的压力分隔体4安装到高温高压容器2内，在第一密封圈组件12、第二密封圈组件14、第三密封圈组件6和第四密封圈组件22的共同作用下，即可在高温高压容器2内部形成独立的井筒压力空间A、井筒围压空间B和孔隙压力空间C。将高温高压容器2加热到设定的温度，分别开启井筒压力空间进口A、井筒围压空间进口B和孔隙压力空间进口C，根据不同的需要分别打入不同的压力值，三腔压力也就建立起来了。试验表明，本发明能够在高温高压容器内有效地建立三腔压力，其结构简单、密封可靠、操作便利、模拟地层结构逼真、工作寿命长，适于油田上模拟油储层状态和评价射孔效能试验等。说明书CN101967968A1/5页8图1图2说明书附图CN101967968A2/5页9图3图4说明书附图CN101967968A3/5页10图5图6说明书附图CN101967968A4/5页11图7图8说明书附图CN101967968A5/5页12图9图10说明书附图。