热采井套管热应力补偿器的制作方法

本实用新型涉及热采井套管辅助装置，尤其涉及一种热采井套管热应力补偿器，属于油气田开发技术领域。

背景技术：

在稠油热采井的生产过程中，套管损坏的最大原因就是套管在注蒸汽受热时承受拉伸应力，冷却后又承受压缩应力，导致丝扣破坏或者套管变形，影响后期生产作业。

套管补偿器称管式伸缩节，是热流体管道的补偿装置，主要用于直线管道辅设后出现的轴向热膨胀位移吸收补偿。适用于热水、蒸气、油脂类介质，通过滑动套管补偿器的滑移运动，达到热膨胀的补偿。所以，在套管上连接热应力补偿器可以有效地解决套管变形的问题。

目前常规热采井专用套管补偿器原理基本大同小异，中心管和外管由机械剪钉连接，在注蒸汽时，当热应力大于剪钉剪切力时，剪钉剪断，中心管和外管可相对滑动，补偿器开始工作，实现套管的伸缩补偿。

现有常规热采井专用套管补偿器存在的最大缺点是剪钉剪切力较小，套管在下入过程中可能因井下情况不明，致使剪钉受磨阻原因极易被提前剪断。剪钉被提前剪断，一方面，造成补偿距离被提前占用，注蒸汽时无法起到补偿作用；另一方面，在套管继续下入过程中，套管热力补偿器无法向下传递扭矩，影响套管继续下入和后期生产作业。所以，急需改进新型套管热应力补偿器来满足稠油热采井的生产。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种热采井套管热应力补偿器，通过在补偿器的中心管与外管之间设置用于固定中心管与外管的安全销钉，并在外管内侧设置用于限定中心管与外管相对位置的热熔性锁定装置，可以实现在套管下入过程中通过锁定装置保护安全销钉，有效防止安全剪钉受磨阻原因被提前剪断。

本实用新型实施例提供的热采井套管热应力补偿器，包括：中心管、外管、短套管和上接头，所述短套管一端连接所述上接头，所述短套管另一端与所述外管一端同轴连接，所述外管另一端与所述中心管滑动密封配合，所述中心管与所述外管之间设置有用于固定所述中心管与所述外管的安全销钉，所述外管内侧还设置有用于限定所述中心管与所述外管相对位置的锁定装置，其中，所述锁定装置采用热熔性材料制成。

在本实用新型一实施例中，上述锁定装置为采用PVC塑料制成的衬套。

在本实用新型一实施例中，上述短套管通过配合接头与所述外管同轴连接，所述外管通过紧固套与所述中心管滑动密封配合。

在本实用新型一实施例中，上述中心管与所述外管相配合的一端设置有小接头。

在本实用新型一实施例中，上述锁定装置位于所述外管内侧的所述小接头与所述配合接头之间。

在本实用新型一实施例中，上述中心管和外管之间安装有与所述紧固套连接的高温密封件。

在本实用新型一实施例中，上述高温密封件包括依次连接的大垫环、石墨环和小垫环。

在本实用新型一实施例中，上述补偿器采用耐腐蚀材料加工。

在本实用新型一实施例中，上述补偿器表面采用耐高温铬材料涂层。

基于上述，本实用新型实施例提供的热采井套管热应力补偿器，通过在补偿器的中心管与外管之间设置用于固定中心管与外管的安全销钉，并在外管内侧设置用于限定中心管与外管相对位置的热熔性锁定装置，可以实现在套管下入过程中通过锁定装置保护安全销钉，有效防止安全剪钉受磨阻原因被提前剪断。

在套管下入过程中，可以通过正转向井下工具传递扭矩。当完井后进行热采时，热熔性锁定装置因油井温度升高，受热熔化，锁定作用消失。在注蒸汽时，当热应力大于安全销钉剪切力时，安全销钉被剪断，中心管和外管可相对滑动，补偿器开始工作，实现套管的伸缩补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的热采井套管热应力补偿器结构示意图；

图2为本实用新型又一实施例提供的热采井套管热应力补偿器结构示意图；

图3为本实用新型再一实施例提供的热采井套管热应力补偿器结构示意图；

图4为本实用新型再一实施例提供的套管热应力补偿器结构示意图。

附图标记说明：

1：中心管；

2：外管；

3：短套管；

4：上接头；

5：安全销钉；

6：锁定装置；

7：配合接头；

8：紧固套；

91：大垫环；

92：石墨环；

93：小垫环；

10：小接头；

6’：衬套；

8’：压帽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型一实施例提供的套管热应力补偿器结构示意图。如图1所示，本实施例提供的热采井套管热应力补偿器包括：中心管1、外管2、短套管3和上接头4。

其中，所述短套管3一端连接所述上接头4，所述短套管3另一端与所述外管2一端同轴连接，所述外管2另一端与所述中心管1滑动密封配合。所述中心管1与所述外管2之间设置有用于固定所述中心管1与所述外管2的安全销钉5，所述外管2内侧还设置有用于限定所述中心管1与所述外管2相对位置的锁定装置6，且所述锁定装置6采用热熔性材料制成。

可以理解的是，在实际应用中，上接头4作为补偿器与套管之间的连接件，即上接头4的另一端连接套管或筛管。

示例性的，上接头4与短套管3之间可以通过螺纹连接，短套管3与外管2之间也可以通过螺纹同轴连接。

本实施例提供的套管热应力补偿器，在套管下入至采油井设计深度过程中，采用热熔性材料制成的锁定装置呈现固体状态，起到锁定作用，限制中心管和外管的相对位置，有效防止安全剪钉受磨阻原因被提前剪断。在套管下入过程中，通过安全销钉将中心管与外管固定在一起，进而可以通过正转向井下工具传递扭矩。

当完井后进行热采时，热熔性锁定装置因油井温度升高，受热熔化，锁定作用消失。在注蒸汽时，当热应力大于安全销钉剪切力时，安全销钉被剪断，中心管和外管可相对滑动，补偿器开始工作，实现套管的伸缩补偿。

图2为本实用新型又一实施例提供的套管热应力补偿器结构示意图。如图2所示，本实施例提供的热采井套管热应力补偿器包括：中心管1、外管2、短套管3和上接头4。

其中，所述短套管3一端连接所述上接头4，所述短套管3另一端与所述外管2一端同轴连接，所述外管2另一端与所述中心管1滑动密封配合。所述中心管1与所述外管2之间设置有用于固定所述中心管1与所述外管2的安全销钉5，所述外管2内侧还设置有用于限定所述中心管1与所述外管2相对位置的锁定装置6，且所述锁定装置6采用热熔性材料制成。

进一步的，本实施例在图1所示实施例的基础上，所述短套管3与所述外管2之间通过配合接头7同轴连接，所述外管2通过紧固套8与所述中心管1滑动密封配合。

进一步的，作为一种较佳的实施方式，所述中心管1和外管2之间安装有与所述紧固套8连接的高温密封件。

作为一种可选的实施方式，上述高温密封件包括依次连接的大垫环91、石墨环92和小垫环93。

本实施例提供的套管热应力补偿器，在套管下入至采油井设计深度过程中，采用热熔性材料制成的锁定装置呈现固体状态，起到锁定作用，限制中心管和外管的相对位置，有效防止安全剪钉受磨阻原因被提前剪断。在套管下入过程中，通过安全销钉将中心管与外管固定在一起，进而可以通过正转向井下工具传递扭矩。

在实际应用时，本实施例提供的套管热应力补偿器通过上接头连接套管或筛管，热采井注入高温蒸汽后，补偿器能够吸收热应力，热熔性锁定装置被熔化掉，热应力产生的轴向分力剪断安全销钉，中心管和外管可相对滑动，抵消套管在注汽吞吐过程中产生的过载轴向应力，使得热应力缓解至套管屈服极限以内，达到防止热采井套管损坏的目的。

进一步的，中心管和外管之间安装有高温密封件，且连接密封部位无焊接，密封材料选用柔性石墨环，其具有强度大，摩擦系数小(0.04～0.10)，不老化，效果好，维修方便等特点，能够保证该工具耐高温高压的性能，以及工具的反复补偿性能。

值得一提的是，上述实施例还可以进一步简化，例如：短套管与外筒直接连接，中心管与外管之间直接滑动密封配合；再例如：紧固套与中心管之间无需安装密封件，但前提是滑动密封面有足够的加工精度。

图3为本实用新型再一实施例提供的套管热应力补偿器结构示意图。如图3所示，本实施例提供的热采井套管热应力补偿器包括：中心管1、外管2、短套管3和上接头4。

其中，所述短套管3一端连接所述上接头4，所述短套管3另一端与所述外管2一端同轴连接，所述外管2另一端与所述中心管1滑动密封配合。所述中心管1与所述外管2之间设置有用于固定所述中心管1与所述外管2的安全销钉5，所述外管2内侧还设置有用于限定所述中心管1与所述外管2相对位置的锁定装置6，且所述锁定装置6采用热熔性材料制成。

进一步的，所述短套管3与所述外管2之间通过配合接头7同轴连接，所述外管2通过紧固套8与所述中心管1滑动密封配合。

进一步的，本实施例在图2所示实施例的基础上，紧固套8具体可以采用压帽8’，锁定装置6具体可以为采用PVC塑料制成的衬套6’。

本实施例提供的套管热应力补偿器，在套管下入至采油井设计深度过程中，采用PVC塑料制成的衬套呈现固体状态，起到锁定作用，限制中心管和外管的相对位置，有效防止安全剪钉受磨阻原因被提前剪断。在套管下入过程中，通过安全销钉将中心管与外管固定在一起，进而可以通过正转向井下工具传递扭矩。

当完井后进行热采时，热熔性锁定装置因油井温度升高，受热熔化，锁定作用消失。在注蒸汽时，当热应力大于安全销钉剪切力时，安全销钉被剪断，中心管和外管可相对滑动，补偿器开始工作，实现套管的伸缩补偿。

进一步的，由于压帽8’和衬套6’结构简单，容易生产制作。在实际应用中，既可以满足施工要求，又可以节省工具制造成本。

图4为本实用新型再一实施例提供的套管热应力补偿器结构示意图。如图4所示，本实施例提供的热采井套管热应力补偿器包括：中心管1、外管2、短套管3和上接头4。

其中，所述短套管3一端连接所述上接头4，所述短套管3另一端与所述外管2一端同轴连接，所述外管2另一端与所述中心管1滑动密封配合。所述中心管1与所述外管2之间设置有用于固定所述中心管1与所述外管2的安全销钉5，所述外管2内侧还设置有用于限定所述中心管1与所述外管2相对位置的锁定装置6，且所述锁定装置6采用热熔性材料制成。

进一步的，所述短套管3与所述外管2之间通过配合接头7同轴连接，所述外管2通过紧固套8与所述中心管1滑动密封配合。

进一步的，作为一种较佳的实施方式，所述中心管1和外管2之间安装有与所述紧固套8连接的高温密封件。其中，该高温密封件包括依次连接的大垫环91、石墨环92和小垫环93。

进一步的，本实施例在上述实施例的基础上，为了方便中心管、外管以及高密封件的连接组装，作为一种较佳的实施方式，还可以在中心管1与外管2相配合的一端设置有小接头10。

示例性的，小接头10可以呈锥管状。

进一步的，锁定装置6位于所述外管2内侧的小接头10与所述配合接头7之间。

本实施例提供的套管热应力补偿器，在套管下入至采油井设计深度过程中，采用PVC塑料制成的衬套呈现固体状态，起到锁定作用，限制中心管和外管的相对位置，有效防止安全剪钉受磨阻原因被提前剪断。在套管下入过程中，通过安全销钉将中心管与外管固定在一起，进而可以通过正转向井下工具传递扭矩。

当完井后进行热采时，热熔性锁定装置因油井温度升高，受热熔化，锁定作用消失。在注蒸汽时，当热应力大于安全销钉剪切力时，安全销钉被剪断，中心管和外管可相对滑动，补偿器开始工作，实现套管的伸缩补偿。

值得一提的是，作为上述各实施例中较佳的实施方式，补偿器采用耐腐蚀材料加工，提升套管辅助工具的使用寿命，进而保证整个热采井的持续顺顺利生产。

进一步的，由于热采井油井温度较高，为了提升套管辅助工具的耐高温性能，还可以在补偿器表面采用耐高温铬材料涂层。

本实用新型作为完井管柱的一部分，具有与所选套管一致的强度性能，其内径与配合使用的套管内径一致，外径与钻井井径相适应，保证有足够的固井所需的环空间隙，以确保固井质量，其具有良好的气密性，保证热注、热采和固井过程中不会发生泄漏，其具有热化学稳定性和耐腐蚀性，以保证油井的使用寿命，本实用新型也可以同时使用如提拉预应力等其他防套管损坏技术，以达到综合防治套管损坏的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。