热熔式套管热应力自动补偿装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种由温度控制的热熔式套管热应力自动补偿装置，包括接箍、短节、外筒、内筒、密封套、连接套、紧固钉、锁紧套和热熔环；其中，接箍通过短节依次与连接套、外筒连接；密封套下端与内筒连接后置于外筒内，并与外筒构成轴向滑动密封配合；热熔环为一开口环，设在密封套与内筒连接处，热熔环同时与外筒内壁的环形槽构成限位配合；锁紧套与紧固钉配合固定连接在外筒的下端，锁紧套内壁与内筒外壁构成锁紧配合，锁紧套的上端设有凸台，该凸台与内筒外壁上预设的凹槽构成周向限位配合。该装置有效地克服了现有补偿器存在的技术缺点与不足，能够对热应力有效的释放，对套管的膨胀伸长进行有效的补偿，防止套管受热损坏。

Hot-melt Casing Thermal Stress Automatic Compensation Device

The invention provides a temperature-controlled automatic thermal stress compensation device for hot-melt casing, which comprises a coupling, a short joint, an outer cylinder, an inner cylinder, a sealing sleeve, a connecting sleeve, a fastening nail, a locking sleeve and a hot-melt ring, in which the coupling is successively connected with the connecting sleeve and an outer cylinder through a short section, and the lower end of the sealing sleeve is connected with the inner cylinder and then placed in the outer cylinder, and an axial sliding seal is formed with the outer cylinder. The hot-melt ring is an open ring, which is located at the connection between the sealing sleeve and the inner cylinder. The hot-melt ring is fixed at the lower end of the outer cylinder by the locking sleeve and the fastening nail. The inner wall of the locking sleeve and the outer wall of the inner cylinder form a locking coordination. The upper end of the locking sleeve is provided with a convex platform, and the convex platform and the pre-arranged groove on the outer wall of the inner cylinder form a circumferential limiting coordination. The device can effectively overcome the technical shortcomings and shortcomings of the existing compensators, effectively release the thermal stress, effectively compensate the expansion and elongation of the casing, and prevent the casing from being damaged by heat.

【技术实现步骤摘要】
热熔式套管热应力自动补偿装置
本专利技术属油气井完井
的套管热应力保护装置，当套管热应力超过一定值后，锁紧开关开启，释放套管热应力，保护套管，延长油气井寿命。
技术介绍
油气井热应力套损是非常普遍存在的现象，如果套管串中不连入热应力补偿装置，会给套管造成损伤破裂。热采井注蒸汽的平均温度在320℃以上，在持续高温和轴向拉应力作用下，套管产生疲劳裂纹和压缩变形，造成套管损坏。热采水平井现有套管补偿装置基本上都是用剪钉来控制补偿装置的开启，存在缺点是当热应力大于剪钉剪切力时，剪钉剪断，补偿器开始工作，实现套管的伸缩补偿。该补偿器存在的最大缺点是剪钉剪切力的选择即剪钉个数的选择，若选择过小，套管在下入过程中因受磨阻原因极易提前剪断，造成补偿距离被提前占用，注蒸汽时无法起到补偿作用；若选择剪切力过大，却极易造成剪钉在注蒸汽时剪不断剪钉，仍然起不到补偿作用。而且补偿能力有限；内部结构复杂，井下应用易产生问题、甚至不能正常工作；应力释放由剪钉控制，抗冲击能力差，易失效。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的存在的问题，提出了一种由温度控制的热熔式套管热应力自动补偿装置，该装置有效地克服了现有补偿器存在的技术缺点与不足，能够对热应力有效的释放，对套管的膨胀伸长进行有效的补偿，防止套管受热损坏。本专利技术的热熔式套管热应力自动补偿装置，包括接箍、短节、外筒、内筒、密封套、连接套、紧固钉、锁紧套和热熔环；其中，接箍通过短节依次与连接套、外筒连接；密封套下端与内筒连接后置于外筒内，并与外筒构成轴向滑动密封配合；热熔环为一开口环，设在密封套与内筒连接处，热熔环同时与外筒内壁的环形槽构成限位配合；锁紧套与紧固钉配合固定连接在外筒的下端，锁紧套内壁与内筒外壁构成锁紧配合，锁紧套的上端设有凸台，该凸台与内筒外壁上预设的凹槽构成周向限位配合。上述方案进一步包括：在密封套与外筒结合部设置密封槽，密封槽内设置密封圈。在密封套与内筒结合部设置密封圈。所述密封圈为耐高温的的密封元件。热熔式套管热应力自动补偿装置的短节与内筒的内通径与套管内通径相符。本专利技术的热熔式套管热应力自动补偿装置热熔环性能如下：1、在80℃环境下能够安全承担600KN压力，抗冲击能力强，解决下入过程开启问题。2、升温过程中150℃以上就开始进入补偿状态，释放应力，保护套管。补偿量在随温度升高而增大；3、热熔环对温度敏感性强，在180℃以上，补偿器即进入全功能状态，释放内筒自由伸缩和吸收轴向扭矩。4、固井施工技术简单，与常规套管固井没有区别，它也适用于先期完井、筛管完井常用的固井技术，特别适用于稠油热采水平井。并且没有任何特殊技术要求，便于推广应用。附图说明附图1为热熔式套管热应力自动补偿装置结构示意图。图中：接箍1、短节2、连接套3、外筒4、密封套5、密封圈6、密封圈7、热熔环8、内筒9、紧固钉10、锁紧套11。附图2为图1中的密封套5的放大图；附图3为图1中的热熔环8的放大图；附图4为图3中的A向局部俯视放大图；附图5为图1中的锁紧套11的放大图；附图6为图5的锁紧套11俯视放大图；附图7是图1中的内筒9放大图。具体实施方式如图1所示，热熔式套管热应力自动补偿装置，包括接箍1、短节2、连接套3、外筒4、密封套5、密封圈6、密封圈7、热熔环8、内筒9、紧固钉10、锁紧套11。接箍1通过短节2依次与连接套3、外筒4连接。参见图2，密封套5下端与内筒9连接后置于外筒4内，密封套5外不设置密封圈6，与外筒4构成轴向滑动密封配合。参见图3和4，热熔环8为一开口环，设在密封套5与内筒9连接处的凹槽内，热熔环8同时与外筒4内壁的环形槽构成限位配合。参见图5和6，锁紧套11与紧固钉10配合固定连接在外筒4的下端，锁紧套11内壁与内筒9外壁构成锁紧配合，锁紧套11的上端设有凸台，该凸台与内筒9外壁上预设的凹槽构成周向限位配合。在密封套5与内筒9螺纹连接结合部设置密封圈7。其中：热熔环8是本装置的关键部件，感应温度变化和承担应力补偿的作用，其连接内筒9与外筒4的作用，可以根据井上生产实际的需求调整热熔材料，满足现场应用的要求。热熔环8受温度控制，当达到设定温度时受热软化，释放内筒9，降低热应力，保护套管。内筒9作为本装置的动作部件，它与密封套5配合共同现实补偿动作。锁紧套11锁住内筒，保证内筒的轴向运动距离，端部的凸台和内筒配合，装配后起防转作用。紧固钉10锁定锁紧套11，将锁紧套11与外筒4固定在一起，紧固钉10与锁紧套11锁住热熔环8。密封套5实现内、外筒密封的部件，与内筒9、外筒4配合实现内外密封。外筒4保证内筒9、密封套5、锁紧套11配合关系，保护部件及动作的空间。密封圈6、7耐高温的的密封元件。短节2与内筒9的内通径与套管内通径相符。采用本装置在套管井内注汽升温，在160℃以下温度下，装置能够吸收轴向的伸长量2-12mm,如不继续升温度，装置还能恢复原样；当温度达到180℃时补偿装置开启工作，进入全功能状态，内筒与热熔环解除锁定，可以自由上下移动，使套管受热产生的轴向变形量和周向扭矩得到合理的补偿，从而保护了热采井的套管。实验方式1，80摄氏度下，承压能力测试。将加工好热熔式材料放入试验模型，加热80℃保温15分钟，加压至600KN，保压2分钟，不失效。加热80℃保温15分钟，加压至600KN，保压2分钟，不失效。实验方式2，测试开始补偿的温度，保证温度升后应力增大时，及时补偿。将加工好热熔式材料放入试验模型，加热80℃保温10分钟，加压至100KN，保压2分钟，位移3mm；加热120℃保温10分钟，加压至100KN，保压2分钟，位移4mm；加热140℃保温10分钟，加压至100KN，保压2分钟，位移6mm；加热160℃保温10分钟，加压至100KN，保压2分钟，位移12mm；加热180℃保温10分钟，加压至100KN，保压2分钟，位移12mm；加热200℃保温10分钟，加压至100KN，保压2分钟，位移10mm；加热220℃保温10分钟，加压5KN，失效下行；试验表明：80℃即开始补偿，160-180℃补偿量最大。220℃释放内筒，全面补偿。实验方式3，温度升高，失效压力测定。将加工好热熔材料放入试验模型，加热至80℃保温10分钟，加压；加热至100℃保温10分钟，加压；依次提高温度，加压至失效。加热100℃保温10分钟，加压至600KN，保压2分钟，位移11mm；加热120℃保温10分钟，加压至600KN，保压2分钟，位移5mm；加热140℃保温10分钟，加压至600KN，保压2分钟，位移8mm；加热160℃保温10分钟，加压至600KN，保压2分钟，位移9mm；加热180℃保温10分钟，加压至380KN，失效下行。上述实验进一步证明：本专利技术新型热熔式套管热应力补偿装置与热采井完井管柱套管连接，在高温下对套管热应力进行自动有效释放，降低热应力，保护套管，完全满足油气井井下作业的要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热熔式套管热应力自动补偿装置，包括接箍、短节、外筒、内筒，其特征是还包括：密封套、连接套、紧固钉、锁紧套和热熔环；其中，接箍通过短节依次与连接套、外筒连接；密封套下端与内筒连接后置于外筒内，并与外筒构成轴向滑动密封配合；热熔环为一开口环，设在密封套与内筒连接处，热熔环同时与外筒内壁的环形槽构成限位配合；锁紧套与紧固钉配合固定连接在外筒的下端，锁紧套内壁与内筒外壁构成锁紧配合，锁紧套的上端设有凸台，该凸台与内筒外壁上预设的凹槽构成周向限位配合。

【技术特征摘要】
1.热熔式套管热应力自动补偿装置，包括接箍、短节、外筒、内筒，其特征是还包括：密封套、连接套、紧固钉、锁紧套和热熔环；其中，接箍通过短节依次与连接套、外筒连接；密封套下端与内筒连接后置于外筒内，并与外筒构成轴向滑动密封配合；热熔环为一开口环，设在密封套与内筒连接处，热熔环同时与外筒内壁的环形槽构成限位配合；锁紧套与紧固钉配合固定连接在外筒的下端，锁紧套内壁与内筒外壁构成锁紧配合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，杨海波，张建国，齐志刚，陈阳，赵传伟，马明新，李国锋，董恩博，邹晓敏，赵勇，邵茹，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化胜利石油工程有限公司，中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11