专利名称：热采井专用套管补偿器的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油工业稠油热采井的井下工具，特别是热采井专用套管补 偿器，连接在稠油热采井的套管管柱中，对热采井的套管管柱因注蒸汽工艺 引起的伸长，或注二氧化碳等措施引起的管柱收縮提供有效补偿，防止套管 因伸长或收縮而变形损坏。
背景技术：
现有热采井套管补偿器主要由上、下段套管补偿器，隔热管，内管，密 封元件，上、下压紧堵头等组成，其原理基本相似，大都是通过机械剪钉来 控制套管补偿器何时开始工作。此类套管补偿器在原理上主要有两种无法克 服的缺陷， 一种是装少量剪钉，这样可以在套管损坏前套管补偿器就开始工 作，提高套管在井下的安全系数，但是这种情况增加了实际施工的难度，在 下入过程中稍不注意，剪钉就容易被提前剪断，造成补偿距离被提前占用，失去其补偿作用；另一种情况是多装剪钉，提高套管补偿器在施工过程中的 安全性，但这种情况又易造成套管补偿器工作前套管就已损坏。两种情况互 相矛盾，很难选择出合理的剪钉数目。另外，目前常用的套管补偿器的内部 结构比较复杂，零件多的几十个少的十几个，在现场实际应用时易产生问 题。同时，现有套管补偿器只能单方向对套管膨胀伸长进行补偿，不能对套 管收縮实现补偿，无法实现双向补偿。因此，可以得出现有热采井套管补偿 器具有以下几点缺陷1、工作原理存在矛盾，致使套管补偿器能正常工作 的机率很小；2、只能实现对套管受热膨胀引起的伸长进行补偿，不能对如 注二氧化碳工艺引起的套管柱收縮进行补偿；3、单个工具长度较长，如需 下入多个则占有油层段太长，增加投入成本；4、结构复杂，在井下使用时易出现故障；5、适用于常规热采井，不适用于热采水平井等复杂完井工艺。套管补偿器在热采井工艺过程中至关重要，如果热采井在施工过程中套 管柱损坏，少则耗费几十万元、多则耗费几百万元乃至几千万元。因此急需 可靠的工具来提高整个管柱的安全系数。发明内容本发明的目的是提供一种结构简单、工作可靠的热采井专用套管补偿 器，适合热采井各种完井工艺的设计，有效地克服或避免上述现有技术存在的缺点或不足。本发明的目的是这样实现的热采井专用套管补偿器包括外筒和中心 管，外筒与底帽连接，中心管和外筒通过花键连接，在外筒与中心管之间还 设有锁定机构。锁定机构保证了下井施工的工作可靠性、内外花键保证了套 管扭矩的传递及补偿距离。本发明与现有同类工具相比具有如下显著的进步和效果1、 本发明可以进行双向补偿，既能够对套管因受热膨胀引起的伸长进 行补偿，又可以对因注二氧化碳等工艺措施引起的套管收縮进行补偿，使井 下套管更加安全。2、 本发明使用热熔材料与锁块联合锁定中心管，保证中心管在下井过 程中不滑动，补偿距离不被提前占用，施工安全方便。3、 工作可靠，结构简单，工具长度短，成本低，补偿距离长。在占有 同等油层长度的条件下，可以下入多个本工具，放在多处危险井段，有效地 降低了管柱因温度变化引起应力变化而导致套管损坏的危险。4、 本发明适用于各种热采井完井工艺的设计，可以放置在任何所需的 位置，不受井斜角度的影响，保证稠油热采井注汽作业时完井管柱完好、不 因温度变化而受损。55、 施工后不需要任何后续作业措施，简化工序，縮短工期，降低生产 成本，完井后井眼内通径保持一致，为后续作业施工提供良好的条件。
6、 使用本发明能够保证完井管柱的安全，显著降低了材料费用和作业 施工费用，经济效益显著。
附图为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合实施例和附图对本发明做进一步的详述参见附图，热采井专
用套管补偿器，包括外筒1和中心管2，外筒1与底帽3连接，中心管2和 外筒1通过花键连接，在外筒1与中心管2之间还设有锁定机构。外筒1内 腔上部是限位台阶、中部设有内花键和环形锁定槽、内腔下部与底帽3连 接，将锁定机构填装在环形锁定槽里，该环形锁定槽的槽深大于内花键的齿 根。锁定机构包括锁块4和热熔材料，锁块4和热熔材料间隔填装在外筒1 的环形锁定槽内。热瑢材料是金属热熔材料，本热熔材料选用可以根据实际 应用井深设置熔点温度的低熔点合金热熔材料，其熔点温度可以根据实际应 用井深情况来确定。可以通过调整合金中不同成分的含量，来调节合金的熔 点，以此来适应不同井深情况，而且与其它热熔材料相比具有加工简单，熔 点可调且熔化窗口窄，熔化前硬度较高等优点。中心管2的内径与套管内径 等同，在其上部外圆设计外花键。中心管2外花键下段的齿宽大于上段的齿 宽，从一个侧面弧形縮窄成为同齿不同宽的外花键，该弧形縮窄处的结构与 锁块4的内边结构相符。通过中心管2下段外花键来锁定中心管2的轴向压 縮方向运动，但不限位中心管2的拉伸方向运动，轴向压縮方向运动与拉伸 方向运动是两个方向相反的运动。中心管2上段外花键的长度，即窄齿段的 长度是本工具在套管收縮时的可补偿距离，下段外花键的长度，即宽齿段的 长度是本工具在水平井中套管膨胀伸长时的可补偿距离，整段外花键的长度 是直井中的补偿距离，其上段外花键与下段外花键的弧形縮窄处是锁定机构
6对伸长补偿距离的伸长限位处，每条外花键的弧形縮窄处都配合一个锁块
4。底帽3的上端是本工具收縮补偿距离的收縮限位处。中心管2的外花键 与外筒1的内花键配合，限制中心管2与外筒1之间的扭动，并以此来传递扭矩。
具体使用时，将本发明连接在热采井入井的套管管柱中，下入过程中在 直井段时，处于本工具中部的锁定机构是锁定状态，即热熔材料是固态，中 心管2不会占用套管伸长时的补偿距离，但由于重力原因中心管2被下部管 柱拉伸到底帽3的上端，初期会占用收縮补偿距离。当下入到水平段直至管 柱到位期间，由于底部管柱所受摩擦力的作用，使本工具的中心管2处于正 常工作状态，即中心管2处于可双向补偿状态，也就是中心管2外花键的弧 形縮窄处与锁定机构对应。此时如工艺需要采取先注二氧化碳后注汽工艺措 施，本工具即可实现先对由注二氧化碳而引起的套管收縮进行补偿，等注蒸 汽时热熔材料熔化，锁定机构解锁，释放了锁块4，再对因注汽引起的套管 伸长进行补偿；如直接注蒸汽则本工具的锁定机构在高温下直接解锁，对套 管伸长进行补偿。
权利要求
1、热采井专用套管补偿器，包括外筒(1)和中心管(2)，其特征是外筒(1)与底帽(3)连接，中心管(2)和外筒(1)通过花键连接，在外筒(1)与中心管(2)之间还设有锁定机构。
2、 根据权利要求1所述的热采井专用套管补偿器，其特征是外筒(1) 内腔上部是限位台阶、中部设有内花键和环形锁定槽、内腔下部与底帽'(3)连接，将锁定机构填装在环形锁定槽里。
3、 根据权利要求1或2所述的热采井专用套管补偿器，其特征是外筒 (1)环形锁定槽的槽深大于内花键的齿根。
4、 根据权利要求1或2所述的热采井专用套管补偿器，其特征是锁定 机构包括锁块(4)和热熔材料，锁块(4)和热熔材料间隔填装在外筒(1) 的环形锁定槽内。
5、 根据权利要求4所述的热采井专用套管补偿器，其特征是热熔材料是金属热熔材料。
6、 根据权利要求4所述的热采井专用套管补偿器，其特征是热熔材料 为低熔点合金热熔材料，其熔点温度可以根据实际应用井深情况来确定。
7、 根据权利要求1所述的热采井专用套管补偿器，其特征是中心管(2) 的内径与套管内径等同，其上部外圆设计外花键。
8、 根据权利要求7所述的热采井专用套管补偿器，其特征是中心管 (2)外花键下段的齿宽大于上段的齿宽，从一个侧面弧形縮窄成为同齿不同宽的外花键，该弧形縮窄处的结构与锁块(4)的内边结构相符。
9、 根据权利要求1或7或8所述的热采井专用套管补偿器，其特征是 中心管(2)上段外花键的长度是本工具在套管收縮时的可补偿距离，下段 外花键的长度是本工具在水平井中套管膨胀伸长时的可补偿距离，整段外花键的长度是直井中的补偿距离，其上段外花键与下段外花键的弧形縮窄处是 锁定机构对伸长补偿距离的伸长限位处，每条外花键的弧形縮窄处都配合一个锁块(4)。
10、根据权利要求1所述的热采井专用套管补偿器，其特征是底帽 (3)的上端是本工具收縮补偿距离的收縮限位处。
全文摘要
本发明公开的是石油工业使用的热采井专用套管补偿器，连接在稠油热采井的套管管柱中，对热采井的套管管柱因注蒸汽工艺引起的伸长，或注二氧化碳等措施引起的管柱收缩提供有效补偿，防止套管因伸长或收缩而变形损坏。本发明包括外筒和中心管，外筒与底帽连接，中心管和外筒通过花键连接，在外筒与中心管之间还设有锁定机构。本发明工作可靠，结构简单，工具长度短，成本低，补偿距离长，适用于各种热采井完井工艺的设计，可以放置在任何所需的位置，不受井斜角度的影响。保证稠油热采井注汽作业时完井管柱完好、不因温度变化而受损，施工后不需要任何后续作业措施，完井后井眼内通径保持一致，为后续作业施工提供良好的条件。
文档编号E21B17/08GK101655004SQ20091001779
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者伊西锋, 骞 孙, 朱瑛辉, 李玉宝, 董建国, 陈新浩 申请人:中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司采油工艺研究院