一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法技术

本发明专利技术公开了一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法，用于CO2驱油藏试井领域电子压力计所用橡胶O型圈针对高压CO2密封能力的检验。通过橡胶O型圈夹具和压力容器模拟电子压力计所用密封圈的单侧承压的实际工作状态，通过恒温空气实验箱和CO2气液增压泵等模拟上述密封圈的温度、压力、介质等极限工作环境条件，经过模拟电子压力计入井、逐渐下深、压力波动、出井四个阶段的试验流程，同时测量被测橡胶O型圈的泄漏压力，根据上述泄漏情况和被测橡胶O型圈试验后的物理外观，综合判断橡胶O型圈的耐高压CO2密封性能。

【技术实现步骤摘要】
一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法
本专利技术涉及油田井下仪器密封技术，具体地说是一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法。
技术介绍
电子压力计是油(气)田试井测试的主要井下仪器，普遍采用橡胶O型圈密封方式，结构简单，操作方便，性能满足一般油气井高温高压和腐蚀性流体的井下环境密封要求。在二氧化碳驱油藏试井测试中，常规的橡胶O型圈难以承受高浓度二氧化碳腐蚀，高压液态或临界态二氧化碳容易沁入橡胶材料内部，导致O圈变软挤出、胀大起泡、变脆破裂，进而造成密封失效，需要选择使用对高压二氧化碳耐受性足够好的密封圈。国内标准至今没有具体规定或近似方法，GB/T5720-2008《O形橡胶密封圈试验方法》只规定了橡胶圈的硬度、拉伸性能、热空气老化、恒定形变压缩永久变形、腐蚀性、收缩率、耐液体、耐低温等常规试验项目；国际标准中有关于石油天然气行业橡胶材料抗气爆RED(Anti-explosionDecompression)或RGD(RapidGasDecompression)的概念以及O型圈试验方法，例如ISO23936-2《Petroleum,petrochemicalandnaturalgasindustries—Non-metallicmaterialsincontactwithmediarelatedtooilandgasproduction-Part2:Elastomers》、NACETM0297《EffectsofHigh-Temperature,High-PressureCarbonDioxideDecompressiononElastomericMaterialsItem》、NORSOKM-710《Qualificationofnon-metallicsealingmaterialsandmanufacturers》、TOTALGSPVV142《GENERALSPECIFICATIONPIPINGVALVESVESSELS》，主要是用二氧化碳和CH4比例混合气体对橡胶O型圈加温加压和反复充放压，然后凭视觉参数判定其抗气爆性能。通过抗气爆认证的橡胶O型圈显然具有较好的耐受高压二氧化碳性能，但是在实际应用中特别是二氧化碳注入井试井或井下压力温度长期监测，经常出现橡胶O型圈密封失效的问题，导致电子压力计损坏报废，造成试井工作中途失败。究其原因主要有两点：一是抗气爆认证的试验条件与橡胶O型圈实际应用环境差异较大，试验压力一般只有十几兆帕，试验介质的二氧化碳浓度普遍较低；二是抗气爆认证试验中橡胶O型圈整体承压或者单向承受径向内压，与橡胶O型圈实际应用在电子压力计上承受轴向外压不同。经过检索，没有发现类似本申请的公开文献。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法，模拟了二氧化碳驱油藏试井电子压力计橡胶O型圈的工况，检测合格的橡胶O型圈在上述工作实际应用中耐二氧化碳性能稳定，确保电子压力计在高温高压高浓度二氧化碳的井下环境密封可靠，可大幅提高二氧化碳驱油藏试井的成功率。为了达成上述目的，本专利技术采用了如下技术方案，一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法，第一，利用橡胶O型圈夹具和压力容器构成的试验工装，模拟电子压力计所用密封圈的单侧承压的实际工作状态；第二，模拟上述密封圈实际应用中的温度、压力、介质的上限工作环境条件，包括电子压力计入井、逐渐下深、压力波动、出井四个阶段的试验流程；第三，测量被测橡胶O型圈的泄漏压力，观测被测橡胶O型圈试验后的物理外观，根据上述泄漏压力情况和物理外观特征综合判断橡胶O型圈的耐高压CO2密封性能。所述试压工装包括橡胶O型圈夹具和压力容器两部分；所述橡胶O型圈夹具采用单级橡胶O型圈密封方式，采用与适配电子压力计相同型号的钢材加工，橡胶O型圈夹具本身以及自身所有构造完全按照适配电子压力计密封部位的尺寸和技术参数进行加工；所述橡胶O型圈夹具包括槽体、筒体、槽筒组合体，三者顺序通过螺纹顺序连接，槽筒组合体在数量上至少设置相串接的两个；底端为筒体，筒体的下端封闭、上端为O型圈外筒；中间连接两个槽筒组合体，槽筒组合体轴向通孔，下端为O型圈密封沟槽，上端为O型圈外筒；顶端为槽体，槽体轴向通孔，下端为O型圈密封沟槽，上端有连接螺纹和密封锥面；所述O型圈密封沟槽均安装被测橡胶O型圈；所述压力容器包括压力腔壳体、密封堵头、压帽，所述密封堵头封堵在压力腔壳体上端口，所述密封堵头外壁与压力腔壳体内壁为丝扣式连接，并且所述密封堵头外壁与压力腔壳体内壁之间设置双级弹簧蓄能圈密封，所述压力腔壳体上端外壁还安装用来压住密封堵头的压帽，所述压力容器充填二氧化碳密封压力不小于120MPa、耐温260℃以上、耐二氧化碳腐蚀，所述密封堵头开设竖向中心通道，竖向中心通道上端口连接电子压力计测量端，竖向中心通道下端口通过螺纹和密封锥面密封连接槽体上端口；所述被测橡胶O型圈单侧接触压力容器内的高压CO2介质，另一侧与所述橡胶O型圈夹具的内腔的常压空气连通。所述试验流程分为4个阶段，第一阶段模拟电子压力计进入井口，压力从常压升高到井口压力10-30MPa，温度保持室温，时间持续1小时；第二阶段模拟电子压力计逐渐下入井的深部，温度逐渐升至油藏温度100-150℃，压力逐渐上升并保持在油藏压力50-70MPa，整个升温过程持续4小时；第三阶段模拟油藏压力波动，首先保持压力50-70MPa、温度100-150℃基本稳定48小时，然后快速降压至10MPa以下，1小时后再次升压至50-70MPa，以后每隔24小时重复上述降压升压过程，共重复3次；第四阶段模拟电子压力计出井，停止恒温空气实验箱加温并打开箱门，试压工装自然冷却1小时并保持压力10-30MPa，快速泄放压力至大气压。所述试验流程结束后，快速拆卸分解试压工装，从橡胶O型圈夹具取下全部被测橡胶O型圈，在30分钟内完成对上述被测橡胶O型圈的观测拍照和外观尺寸测量。综合判定橡胶O型圈耐高压二氧化碳密封性能的步骤如下：1)、在上述试验过程中当试压工装高温稳定后，上述电子压力计监测的夹具内腔压力应保持稳定，如果持续上升或突然跃升到较高压力值，则判断被测橡胶O型圈密封失效、其耐二氧化碳性能不合格；2)、试验结束从夹具上取下的被测橡胶O型圈，3个样品中任1个出现起泡、裂口、断裂或胀大超过25％，则判断该型号全部橡胶O型圈耐二氧化碳性能不合格。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术模拟了二氧化碳驱油藏试井电子压力计橡胶O型圈的工况，检测合格的橡胶O型圈在上述工作实际应用中耐二氧化碳性能稳定，确保电子压力计在高温高压高浓度二氧化碳的井下环境密封可靠，可大幅提高二氧化碳驱油藏试井的成功率。试验的流程采用近似模拟二氧化碳驱油藏试井一般过程的方案，最大限度提高试验结果的实效性。附图说明图1为本专利技术的一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验的系统连接示意图。图2为本专利技术的一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验的试压工装结构示意图。图中：1—压力腔壳体；2—密封堵头；3—护帽；4—压力入口；5—压力出口；6—双级弹簧蓄能圈；7—槽体；8—筒体；9、10—槽筒组合体；11、12、13—被测橡胶O型圈；14—电子压力计测量端。100—试压工装；102—电子压力计；103—恒温空气实验箱；10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法，其特征在于，第一，利用橡胶O型圈夹具和压力容器构成的试验工装，模拟电子压力计所用密封圈的单侧承压的实际工作状态；第二，模拟上述密封圈实际应用中的温度、压力、介质的上限工作环境条件，包括电子压力计入井、逐渐下深、压力波动、出井四个阶段的试验流程；第三，测量被测橡胶O型圈的泄漏压力，观测被测橡胶O型圈试验后的物理外观，根据上述泄漏压力情况和物理外观特征综合判断橡胶O型圈的耐高压CO2密封性能。

【技术特征摘要】
1.一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法，其特征在于，第一，利用橡胶O型圈夹具和压力容器构成的试验工装，模拟电子压力计所用密封圈的单侧承压的实际工作状态；第二，模拟上述密封圈实际应用中的温度、压力、介质的上限工作环境条件，包括电子压力计入井、逐渐下深、压力波动、出井四个阶段的试验流程；第三，测量被测橡胶O型圈的泄漏压力，观测被测橡胶O型圈试验后的物理外观，根据上述泄漏压力情况和物理外观特征综合判断橡胶O型圈的耐高压CO2密封性能。2.根据权利要求1所述的一种橡胶密封圈耐二氧化碳性能试验方法，其特征在于，所述试压工装包括橡胶O型圈夹具和压力容器两部分；所述橡胶O型圈夹具采用单级橡胶O型圈密封方式，采用与适配电子压力计相同型号的钢材加工，橡胶O型圈夹具本身以及自身所有构造完全按照适配电子压力计密封部位的尺寸和技术参数进行加工；所述橡胶O型圈夹具包括槽体、筒体、槽筒组合体，三者顺序通过螺纹顺序连接，槽筒组合体在数量上至少设置相串接的两个；底端为筒体，筒体的下端封闭、上端为O型圈外筒；中间连接两个槽筒组合体，槽筒组合体轴向通孔，下端为O型圈密封沟槽，上端为O型圈外筒；顶端为槽体，槽体轴向通孔，下端为O型圈密封沟槽，上端有连接螺纹和密封锥面；所述O型圈密封沟槽均安装被测橡胶O型圈；所述压力容器包括压力腔壳体、密封堵头、压帽，所述密封堵头封堵在压力腔壳体上端口，所述密封堵头外壁与压力腔壳体内壁为丝扣式连接，并且所述密封堵头外壁与压力腔壳体内壁之间设置双级弹簧蓄能圈密封，所述压力腔壳体上端外壁还安装用来压住密封堵头的压帽，所述压力容器充填二氧化碳密封压力不小于120MPa、耐温260℃以上、耐二氧化碳腐蚀，所述密封堵头开设竖向中心通道，竖向中心通道上端口连接电子压力计测量端，竖向中心通道下端口通...

【专利技术属性】
技术研发人员：高安邦，李友全，岳小华，薛元真，杨伟华，陈清举，阎燕，徐乐，于伟杰，王明，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37