本发明涉及一种泄压装置，特别是关于一种在深水油气井在生产过程中应用的用于深水环空圈闭压力治理的套管附加腔室泄压装置。
背景技术
海上油气资源是全球石油资源组成的重要部分之一，由于深水钻探开发油气资源相比陆上开采条件更为严苛，技术也更为复杂，其中井底流至井口的高温流体通过井壁多层传热至密闭环空中导致的环空圈闭压力上升问题是深水油气井生产测试过程中面临的主要问题之一。生产管柱与生产套管之间的环空可通过与之相连的水下井口装置上的环空泄压阀释放液体膨胀体积。对于其他环空则不存在压力释放通道。目前针对其他环空的环空圈闭压力治理措施工程上主要采用破裂盘和可压缩泡沫进行泄压，其中，使用破裂盘只能实现一次泄压，且破裂盘打开后还会破坏井筒完整性，可压缩泡沫则存在下入过程易磨损及脱落等工程难题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于深水环空圈闭压力治理的套管附加腔室泄压装置，通过安装于套管上的附加腔室来平衡环空圈闭压力，不仅能保证井筒完整性，还能实现多次泄压的目的。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于深水环空圈闭压力治理的套管附加腔室泄压装置，其特征在于：它包括环形附加腔室、安全保护片、上腔室、下腔室、弹性体、移动卡槽、移动轨道和注气阀；所述环形附加腔室设置在套管上，沿所述套管外部周向设置；位于所述环形附加腔室顶部设置有所述安全保护片，所述环形附加腔室内划分为所述上腔室和下腔室；位于所述安全保护片下方为所述上腔室，所述上腔室底部设置有所述活动得弹性体，位于所述弹性体下部为所述下腔室；所述环形附加腔室内侧壁、套管外壁上对应设置有所述移动轨道，在所述弹性体内外两侧分别设置有与所述移动轨道配合的所述移动卡槽；位于所述环形附加腔室底部，在所述下腔室内设置有所述注气阀，通过所述注气阀向所述下腔室内注入惰性气体。
进一步，所述注气阀包括注气阀底座、弹簧、注气阀半球体、注气孔和注气孔帽；所述注气阀底座设置在所述环形附加腔室壁面上，所述弹簧一端固定在所述注气阀底座上，另一端与所述注气阀半球体连接；位于所述环形附加腔室壁面上设置有所述注气孔，所述注气孔内设置有所述注气阀半球体；所述注气孔帽与所述注气孔螺纹连接，通过所述注气孔帽封堵所述注气孔15，所述注气孔帽在封堵所述注气孔后焊接固定在所述环形附加腔室外壁面上。
进一步，所述安全保护片在所述环形附加腔室顶部呈180°对称设置。
进一步，位于所述上腔室上部设置有上三角挡锥，位于所述上腔室底部与所述下腔室顶部之间设置有下三角挡锥，所述弹性体在初始位置时位于所述下三角挡锥处，充气后，所述弹性体的位置在所述上三角挡锥处；由所述上三角挡锥和下三角挡锥限定了所述弹性体的滑动范围。
进一步，所述移动卡槽的端部设置有密封圈。
进一步，所述环形附加腔室上下两端均为斜面，所述斜面端部与所述套管焊接固定。
进一步，所述环形附加腔室由两块半圆环柱腔体拼接而成。
进一步，所述两块半圆环柱腔体端部通过卡扣连接成一体，所述卡扣卡紧后通过焊接将所述两块半圆环柱腔体固定。
进一步，所述泄压装置再生产测试阶段，所述套管外的环空圈闭流体受到生产管柱内在生产测试过程产出的高温流体传热致使环空圈闭压力升高，当压力上升至所述安全保护片的额定挤破压力时，环空圈闭流体挤破所述安全保护片进入所述上腔室，环空圈闭流体在膨胀过程中通过作用于所述弹性体压缩所述下腔室内的惰性气体，环空圈闭压力得到缓解；关井恢复过程中，环空圈闭流体温度降低，体积减小，所述下腔室的惰性气体作用于所述弹性体，使所述弹性体上移；继续生产后，环空圈闭流体再次受热膨胀，通过作用于所述弹性体压缩所述下腔室内的惰性气体，环空圈闭压力得到再次缓解；环空圈闭压力在不同工况下不断变化，通过所述下腔室内惰性气体的压缩性将环空圈闭压力始终保持在最大安全许可压力值以内。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过惰性气体的可压缩性，有效缓解深水油气井开发过程存在的环空圈闭压力，通过弹性体可实现环空圈闭的多次泄压。同时，通过环形附加腔室顶部的安全保护片，保证套管附加腔室泄压装置在固井时不被破坏。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的底面视图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种用于深水环空圈闭压力治理的套管附加腔室泄压装置，用于防止深水油气井在生产过程中产生的环空圈闭压力对井筒套管的破坏。本发明包括环形附加腔室1、安全保护片2、上腔室3、下腔室4、弹性体5、移动轨道6、移动卡槽7、上三角挡锥8、下三角挡锥9和注气阀。
环形附加腔室1设置在套管10上，沿套管10外部周向设置。位于环形附加腔室1顶部设置有用于保护环形附加腔室1在固井过程中不被破坏安装的安全保护片2，安全保护片2在环形附加腔室1顶部呈180°对称设置。环形附加腔室1内划分为上腔室3和下腔室4，上腔室3的面积远大于下腔室4；位于安全保护片2下方为上腔室3，上腔室3底部设置有活动得弹性体5，位于弹性体5下部为下腔室4。环形附加腔室1内侧壁、套管10外壁上对应设置有移动轨道6，在弹性体5内外两侧分别设置有与移动轨道6配合的移动卡槽7，以使弹性体5在上腔室3内上下滑动。位于上腔室3上部设置有上三角挡锥8，位于上腔室3底部与下腔室4顶部之间设置有下三角挡锥9，弹性体5在初始位置时位于下三角挡锥9处，充气后，弹性体5的位置在上三角挡锥8处；由上三角挡锥8和下三角挡锥9限定了弹性体5的滑动范围，防止弹性体5触顶或触底导致运动轨迹偏离。位于环形附加腔室1底部，在下腔室4内设置有注气阀，通过注气阀向下腔室4内注入惰性气体。
上述实施例中，位于移动卡槽7的端部设置有密封圈11，以避免惰性气体进入上腔室3内。
上述各实施例中，注气阀包括注气阀底座12、弹簧13、注气阀半球体14、注气孔15和注气孔帽16。注气阀底座12设置在环形附加腔室1壁面上，弹簧13一端固定在注气阀底座12上，另一端与注气阀半球体14连接，弹簧13采用圆柱弹簧。位于环形附加腔室1壁面上设置有注气孔15，注气孔15内设置有注气阀半球体14。注气孔帽16与注气孔15螺纹连接，通过注气孔帽16封堵注气孔15，防止环空圈闭压力上升过程中，环空流体通过挤压与注气阀半球体14相连的弹簧13进入下腔室4；注气孔帽16在封堵注气孔15后焊接固定在环形附加腔室1外壁面上，防止环空圈闭流体进入注气孔15。使用时，下腔室4通过注气孔15注入惰性气体，注气阀半球体14在注气过程压缩弹簧13，注气阀半球体14在注气完成后通过弹簧13封堵注气孔15，防止气体外溢。
密封圈11上述各实施例中，环形附加腔室1上下两端均为斜面，斜面端部与套管10焊接固定。
上述各实施例中，如图2、图3所示，本发明的套管附加腔室泄压装置可以采用多种安装方式，包括在生产套管时直接加工含泄压工具的套管。为更易于操作，环形附加腔室1由两块半圆环柱腔体拼接而成；拼接结构具备多种方式可选，包括三角接触面拼接，楔形接触面拼接等，为保证工具可靠性，环形附加腔室1优选卡扣型拼接，两块半圆环柱腔体端部通过卡扣17连接成一体，卡扣17卡紧后通过焊接将两块半圆环柱腔体固定。
上述各实施例中，下腔室4的注入气体考虑安全性和经济性优选为氮气。注入气体也可以为氦气或氩气等惰性气体。
上述各实施例中，套管附加腔室泄压装置的调力方式可通过调节注气量及注入气体性质调整单个环形附加腔室1的泄压能力，通过优选套管附加腔室泄压装置的下入数量实现环空圈闭压力的有效释放。
本发明的套管附加腔室泄压装置包括以下步骤：
s1、安装过程中，惰性气体通过注气阀注入环形附加腔室1的下腔室4中，弹性体5的初始位置位于环形附加腔室1的下方，紧贴下三角挡锥9；弹性体5在惰性气体的注入过程中通过移动卡槽7沿移动轨道6向上滑动至环形附加腔室1的上方，紧贴上三角挡锥8；完成注气后，注气孔帽16封堵注气孔15，防止环空圈闭流体在环空圈闭压力上升过程中通过注气孔15进入下腔室4。
s2、下入带套管附加腔室泄压装置的套管10，在钻井作业和固井作业过程中，套管附加腔室泄压装置不能被打开，设置于环形附加腔室1顶部的安全保护片2和设置于环形附加腔室1底部的注气孔帽16可保证钻井作业及固井作业套管附加腔室泄压装置的完整性。
s3、生产测试阶段，套管10外的环空圈闭流体受到生产管柱内在生产测试过程产出的高温流体传热致使环空圈闭压力升高，当压力上升至安全保护片2的额定挤破压力时，环空圈闭流体挤破安全保护片2进入上腔室3，环空圈闭流体在膨胀过程中通过作用于弹性体5压缩下腔室4内的惰性气体，环空圈闭压力得到缓解；关井恢复过程中，环空圈闭流体温度降低，体积减小，下腔室4的惰性气体作用于弹性体5，使弹性体5上移；继续生产后，环空圈闭流体再次受热膨胀，通过作用于弹性体5压缩下腔室4内的惰性气体，环空圈闭压力得到再次缓解；环空圈闭压力在不同工况下不断变化，套管附加腔室泄压装置通过下腔室4内惰性气体的压缩性将环空圈闭压力始终保持在最大安全许可压力值以内。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。