本實(shí)用新型涉及石油行業(yè)井下工具模擬實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種機(jī)械加載式封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

隨著油氣藏的不斷開采，如今大多處于開采后期，而新開采的多為低滲透、高含水的油氣藏。水平井分段壓裂工藝已成為繼續(xù)開采老油氣井、低滲透、高含水的重要手段，封隔器膠筒作為分段壓裂工藝中關(guān)鍵井下工具的密封部件，其密封能力直接關(guān)系到壓裂工藝的成敗。封隔器膠筒常常因接觸壓力不足、與套管間的摩擦太大導(dǎo)致的密封失效時(shí)有發(fā)生，所以事先測(cè)得膠筒與套管間的接觸壓力、摩擦力對(duì)后期密封失效的預(yù)測(cè)具有重大意義。

傳統(tǒng)的封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)裝置僅限于測(cè)量固定個(gè)數(shù)膠筒接觸壓力，當(dāng)需要測(cè)得不同膠筒個(gè)數(shù)與套管間的接觸壓力、摩擦力時(shí)，就必須設(shè)計(jì)多套不同規(guī)格的實(shí)驗(yàn)裝置，這樣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本的增加，耗費(fèi)大量時(shí)間在封隔器膠筒實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種機(jī)械加載式封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，旨在解決已有封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)施加載荷不精確，只能測(cè)量接觸壓力的問題，同時(shí)當(dāng)膠筒個(gè)數(shù)改變時(shí)，只需更換上支柱和加裝延伸軸即可實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本大幅度降低。

本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種機(jī)械加載式封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，包括底座、支柱組件、基座、膠筒、套管和加載組件，所述支柱組件設(shè)置于底座的兩側(cè)，支柱組件的下端與底座連接，上端與加載組件鉸接，所述底座的上表面中心位置固定有下壓力傳感器，所述基座固定在下壓力傳感器上，所述膠筒裝在基座上，所述套管套裝于膠筒的外側(cè)，并與膠筒形成間隙，在套管的側(cè)壁上安裝有接觸壓力傳感器，所述加載組件包括加載橫梁、加載頭、推力球軸承、上壓力傳感器和傳載筒，所述加載橫梁的兩側(cè)分別與兩根支柱組件的上端鉸接相連，加載橫梁的中部沿縱向通過螺紋配合安裝有加載頭，加載頭的下方設(shè)有連接頭，連接頭與加載頭之間安裝有推力球軸承，加載頭的下端與上壓力傳感器的上端連接，上壓力傳感器的下端與傳載筒的上端面連接，傳載筒的下端面與膠筒的上端面上下對(duì)齊。

所述支柱組件包括支柱座、下支柱、支柱連接套、上支柱和連接叉，支柱座固定在底座上，下支柱的下端固定在支柱座內(nèi)，上端固定在支柱連接套的下端，上支柱的下端固定在支柱連接套的上端，上端與連接叉的下端固定連接，連接叉的上端通過銷釘鉸接安裝在加載橫梁上。

所述下支柱的下端通過螺紋與支柱座配合連接，上端通過螺紋與支柱連接套的下端連接，所述上支柱的下端通過螺紋與支柱連接套的上端連接，上端通過螺紋與連接叉的下端連接。

所述下壓力傳感器的下端通過下連接螺栓與底座相連，所述基座的下端攻有外螺紋，基座通過外螺紋固定在下壓力傳感器的上端。

所述上壓力傳感器的下端通過上連接螺栓與傳載筒相連，所述連接頭的下端攻有外螺紋，連接頭通過外螺紋固定在上壓力傳感器的上端。

所述連接頭的上端面設(shè)有凹槽，推力球軸承的下環(huán)固定在該凹槽內(nèi)，所述加載頭的下端設(shè)有凸臺(tái)，推力球軸承的上環(huán)固定在該凸臺(tái)上。

所述傳載筒為下部開口圓筒結(jié)構(gòu)，且在傳載筒的上部側(cè)壁上開有通孔。

還包括延伸軸，所述延伸軸的下端攻有外螺紋，所述延伸軸的工作部分的外徑與所述基座的工作部分的外徑相同，所述基座的上端面沿軸向攻有內(nèi)螺紋，延伸軸與基座通過螺紋配合連接。

所述傳載筒的下端面與膠筒的上端面之間設(shè)有隔環(huán)。

所述套管為透明管。

本實(shí)用新型提供的一種機(jī)械加載式封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，能夠用于不同膠筒個(gè)數(shù)的接觸壓力、摩擦力及膠筒變形過程數(shù)字化的測(cè)量。首先，上下安裝壓力傳感器的設(shè)計(jì)能夠測(cè)得封隔器膠筒與套管間的摩擦力，套接于基座外面的套管能夠測(cè)得膠筒與套管間的接觸壓力，把套管換成透明管除了能夠測(cè)得與膠筒間的摩擦力、接觸壓力外，還能相機(jī)拍攝并數(shù)字化膠筒的變形規(guī)律。當(dāng)增加膠筒數(shù)量時(shí)，通過快速增加延伸軸的方式來測(cè)量膠筒受力和變形情況。此裝置在傳統(tǒng)的封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上增加了可測(cè)數(shù)據(jù)的種類，降低了膠筒個(gè)數(shù)改變引起的實(shí)驗(yàn)裝置重新設(shè)計(jì)、制造、裝配的成本，減少了不同個(gè)數(shù)膠筒間轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程所消耗的時(shí)間。因此本實(shí)用新型不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本、準(zhǔn)備時(shí)間，而且增加了可測(cè)數(shù)據(jù)的種類。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的機(jī)械加載式封隔器單個(gè)膠筒實(shí)驗(yàn)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的兩個(gè)膠筒實(shí)驗(yàn)示意圖；

圖中：1-底座；2-支柱座；3-下支柱；4-基座；5-接觸壓力傳感器；6-支柱連接套；7-上支柱A；8-連接叉；9-銷釘；10-加載橫梁；11-加載頭；12-推力球軸承；13-連接頭；14-上壓力傳感器；15-上連接螺栓；16-傳載筒；17-隔環(huán)；18-膠筒；19-套管；20-下壓力傳感器；21-下連接螺栓；22-上支柱B；23-延伸軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1所示，一種機(jī)械加載式封隔器膠筒單元實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，包括底座1、支柱組件、基座4、膠筒18、套管19和加載組件，所述支柱組件設(shè)置于底座1的兩側(cè)，支柱組件的下端與底座1連接，上端與加載組件鉸接，所述底座1的上表面中心位置固定有下壓力傳感器20，所述基座4固定在下壓力傳感器20上，所述膠筒18裝在基座4上，所述套管19套裝于膠筒18的外側(cè)，并與膠筒18形成間隙，在套管19的側(cè)壁上安裝有接觸壓力傳感器5，所述加載組件包括加載橫梁10、加載頭11、推力球軸承12、上壓力傳感器14和傳載筒16，所述加載橫梁10的兩側(cè)分別與兩根支柱組件的上端鉸接相連，加載橫梁10的中部沿縱向通過螺紋配合安裝有加載頭11，加載頭11的下方設(shè)有連接頭13，連接頭13與加載頭11之間安裝有推力球軸承12，加載頭11的下端與上壓力傳感器14的上端連接，上壓力傳感器14的下端與傳載筒16的上端面連接，傳載筒16的下端面與膠筒18的上端面上下對(duì)齊。

所述支柱組件包括支柱座2、下支柱3、支柱連接套6、上支柱和連接叉8，支柱座2固定在底座1上，下支柱3的下端固定在支柱座2內(nèi)，上端固定在支柱連接套6的下端，上支柱的下端固定在支柱連接套6的上端，上端與連接叉8的下端固定連接，連接叉8的上端通過銷釘9鉸接安裝在加載橫梁10上。

所述下支柱3的下端通過螺紋與支柱座2配合連接，上端通過螺紋與支柱連接套6的下端連接，所述上支柱的下端通過螺紋與支柱連接套6的上端連接，上端通過螺紋與連接叉8的下端連接。

所述下壓力傳感器20的下端通過下連接螺栓21與底座1相連，所述基座4的下端攻有外螺紋，基座1通過外螺紋固定在下壓力傳感器20的上端。

所述上壓力傳感器14的下端通過上連接螺栓15與傳載筒16相連，所述連接頭13的下端攻有外螺紋，連接頭13通過外螺紋固定在上壓力傳感器14的上端。

所述連接頭13的上端面設(shè)有凹槽，推力球軸承12的下環(huán)固定在該凹槽內(nèi)，所述加載頭11的下端設(shè)有凸臺(tái)，推力球軸承12的上環(huán)固定在該凸臺(tái)上。

所述傳載筒16為下部開口圓筒結(jié)構(gòu)，且在傳載筒16的上部側(cè)壁上開有通孔。

如圖2所示，本裝置還包括延伸軸23，所述延伸軸23的下端攻有外螺紋，所述延伸軸23的工作部分的外徑與所述基座4的工作部分的外徑相同，所述基座4的上端面沿軸向攻有內(nèi)螺紋，延伸軸23與基座4通過螺紋配合連接。

所述傳載筒16的下端面與膠筒18的上端面之間設(shè)有隔環(huán)17。

所述套管19為透明管。

下面結(jié)合具體的實(shí)施步驟對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行描述：

實(shí)施例1：

進(jìn)行封隔器單膠筒與套管間的接觸壓力、摩擦力實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的裝配，支柱座2焊接于底座1上，保證支柱座2的中心線與底座1孔中心線同一平面，通過下連接螺栓21把下壓力傳感器20固定在底座1上，基座4的外螺紋與下壓力傳感器20內(nèi)外螺紋連接，膠筒18、隔環(huán)17套接在基座4的中徑軸上，膠筒18與隔環(huán)17端面接觸，上下排布，把安裝有接觸壓力傳感器5的套管19套接在膠筒18外面，并保持同軸線。上連接螺栓15把上壓力傳感器14固定在傳載筒16端面上，連接頭13的外螺紋與上壓力傳感器14的另一端內(nèi)螺紋連接，把裝配好的傳載筒16、上壓力傳感器14、連接頭13通過傳載筒16的內(nèi)腔套接在基座4中徑軸上面，并且與隔環(huán)17接觸，把推力球軸承12放置于連接頭13的凹槽內(nèi)。相同長(zhǎng)度的下支柱3螺紋連接在支柱座2上，支柱連接套6分別與上支柱A7和下支柱3通過螺紋配合連接，連接叉8內(nèi)螺紋與上支柱A7的外螺紋連接，形成整個(gè)裝置的支撐結(jié)構(gòu)。加載頭11外螺紋與加載橫梁10內(nèi)螺紋連接，且保證加載頭11凸臺(tái)面與加載橫梁10距離最小。加載橫梁10端部放于連接叉8兩個(gè)瓣體中間并用銷釘9把加載橫梁10固定在連接叉8上面，至此完成整個(gè)裝置的裝配。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先旋轉(zhuǎn)加載頭11使其凸臺(tái)端面與推力球軸承接觸但無壓力作用，此時(shí)調(diào)節(jié)上壓力傳感器14、下壓力傳感器20外接的數(shù)字顯示屏讀數(shù)為零，上壓力傳感器14調(diào)零是為了記錄實(shí)驗(yàn)過程中的每次加載，下壓力傳感器20調(diào)零是為了除去傳感器上端各零件的重力示數(shù)。扳手旋動(dòng)加載頭11向下移動(dòng)，扭矩與軸向載荷傳遞給推力球軸承12，由于推力球軸承12的作用，上面的扭矩消除，正是這樣的設(shè)計(jì)使膠筒只受到軸向載荷不會(huì)受到扭矩載荷，完全符合實(shí)際工況要求，軸向載荷通過連接頭13傳遞到上壓力傳感器14并顯示在數(shù)字顯示屏上，載荷的大小可通過數(shù)字顯示屏準(zhǔn)確顯示，軸向載荷繼續(xù)向下傳遞給傳載筒16、隔環(huán)17、膠筒18，膠筒18受到軸向載荷的作用徑向膨脹，當(dāng)載荷逐漸增加時(shí)，膠筒18與套管19內(nèi)壁發(fā)生接觸，產(chǎn)生接觸壓力，并通過接觸壓力傳感器5傳到外接數(shù)字顯示屏上。膠筒18完成坐封后，能得到三組不同類型的數(shù)據(jù)，分別為加載數(shù)據(jù)（上壓力傳感器14測(cè)得）、接觸壓力數(shù)據(jù)（接觸壓力傳感器5測(cè)得）、余量數(shù)據(jù)（下壓力傳感器20測(cè)得）。由于金屬間的摩擦系數(shù)范圍在0.03-0.08之間，所以金屬之間的摩擦力可以忽略不計(jì)。那么加載數(shù)據(jù)與余量數(shù)據(jù)的差值即為膠筒18與套管19之間的摩擦力。

實(shí)施例2：

如圖2所示，當(dāng)需要測(cè)得兩個(gè)或兩個(gè)以上膠筒18與套管間的接觸壓力、摩擦力時(shí)，只需要拔掉銷釘9，取下加載橫梁10，將上支柱A7從支柱連接套6上擰下，換成事先加工的較長(zhǎng)的上支柱B22，一端擰上連接叉8另一端擰在支柱連接套6上。取下傳載筒16等連接體，在基座4上端面螺紋連接延伸軸23，分別在基座4中徑軸、延伸軸23外面套接隔環(huán)17、膠筒18，再在膠筒18、隔環(huán)17外面套接帶相應(yīng)接觸壓力傳感器5的套管19，接著把傳載筒16等連接體通過傳載筒16內(nèi)腔套接在延伸軸23外壁。通過銷釘9把加載橫梁10固定在支架上，如實(shí)施例1一樣進(jìn)行傳感器調(diào)零步驟，完成所有實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別獲得上、下膠筒與套管間的接觸壓力、兩個(gè)膠筒與套管間的總摩擦力。

需測(cè)得多個(gè)膠筒與套管間的相互作用力時(shí)，只需要增加相應(yīng)的延伸軸23個(gè)數(shù)、上支柱長(zhǎng)度及套管即可。

實(shí)施例3：

根據(jù)實(shí)施例1，在進(jìn)行裝置裝配過程中，套管19選用透明管，其它步驟按照實(shí)施例1進(jìn)行，記錄上壓力傳感器14，下壓力傳感器20，接觸壓力傳感器5外接數(shù)字顯示屏數(shù)值，停止加載，采用高素?cái)z像機(jī)拍攝膠記錄下此載荷下膠筒表面形貌并測(cè)得膠筒的高度，繼續(xù)加載，重復(fù)上述方法，繼續(xù)加載、記錄數(shù)據(jù)和拍攝圖片，直到完成膠筒的坐封。通過這樣的方法可獲得膠筒與透明管之間的接觸壓力、摩擦力，膠筒軸向載荷與軸向變形量之間的關(guān)系，還能獲得坐封過程中，膠筒表面變形規(guī)律。

同理，增加膠筒個(gè)數(shù)時(shí)，除了把套管換成透明管外，其它操作步驟均按照實(shí)施例2，測(cè)得的數(shù)據(jù)類型和實(shí)施例2相同。