该弃置井套管的电加热装置，工作时在井筒中心通过电缆下放提供电源，产生高温传递至套管及水泥环，利用套管及水泥环材料热膨胀性差异，套管膨胀会受到水泥环的阻碍，产生极大的热应力，从而使套管与固井水泥层之间脱离粘结，以此使套管的拔出过程变得更加容易，进而缩短套管回收的作业周期、降低回收成本，提高回收作业成功率，解决了现有弃置井套管回收处理过程中，存有很难将套管拔出井眼的问题，特别适合弃井套管回收作业使用的需要。别适合弃井套管回收作业使用的需要。别适合弃井套管回收作业使用的需要。
【技术实现步骤摘要】
一种弃置井套管的电加热装置及回收方法
[0001]本专利技术涉及一种弃置井套管的电加热装置及回收方法，属弃井套管回收
技术介绍
[0002]随着油田的不断开采，国内外许多地方油气资源枯竭，大量老旧的油气井被永久弃置。为避免弃置的油气井对当地生态环境造成严重污染以及阻碍当地发展，需要对弃置井进行弃置作业处理。目前对弃置井的处理大多是将表层套管进行回收，然后用水泥进行永久封堵，以实现油气的封隔，防止残余油气泄露造成污染。在表层套管回收过程中，首先将切割工具放入井下，利用切割工具将套管需要回收的截面切断，然后利用起升工具将切断的套管拔出，从而完成回收过程。但是由于前序钻井、固井过程中，套管外侧注入了水泥浆，随着水泥浆的凝固，套管、水泥浆以及周围的岩石地层（井眼）粘结形成一个整体，在对弃置井进行套管回收处理过程中，很难将套管拔出井眼，甚至无法拔出，使得作业的周期长，成本大，且成功率较低，因此有必要研发一种套管的回收装置，使其能够顺利完成套管的回收工作。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于：提供一种结构紧凑、设计巧妙，使其能够将弃置井中的套管与固井水泥层之间脱离粘结，进而解决现有弃置井套管回收处理过程中，存有很难将套管拔出井眼问题的电加热装置。
[0004]本专利技术的技术方案是：该弃置井套管的电加热装置，包括装配套筒、底板、上挡环、下挡环和扶正滑块；其特征在于：所述的装配套筒的上端呈上下间隔状安装有上挡环和下挡环；上挡环和下挡环之间通过径向滑槽滑动装有多个扶正滑块；扶正滑块的一端延伸至上挡环和下挡环的外端；扶正滑块内侧与装配套筒之间安装有扶正弹簧；所述的装配套筒下端内部通过电机装有控制丝杆；控制丝杆上连接有丝杆套；丝杆套外侧的装配套筒的圆周面上通过导向滑孔装有伸缩加热板；伸缩加热板内侧通过滑槽滑动装有控制滑块；控制滑块通过上连杆与丝杆套铰接连接，通过下连杆与配套筒下端连接。
[0005]所述的伸缩加热板的表面装有电阻发热圈；电阻发热圈内侧的伸缩加热板上设置有隔热层。
[0006]本专利技术的优点在于：该弃置井套管的电加热装置，工作时在井筒中心通过电缆下放提供电源，产生高温传递至套管及水泥环，利用套管及水泥环材料热膨胀性差异，套管膨胀会受到水泥环的阻碍，产生极大的热应力，从而使套管与固井水泥层之间脱离粘结，以此使套管的拔出过程变得更加容易，进而缩短套管回收的作业周期、降低回收成本，提高回收作业成功率，解决了现有弃置井套管回收处理过程中，存有很难将套管拔出井眼的问题，特别适合弃井套管
回收作业使用的需要。
附图说明
[0007]图1为本专利技术的结构半剖示意图；图2为本专利技术的结构全剖示意图；图3为本专利技术的装配套筒示意图；图4为本专利技术的伸缩加热板的结构示意图；图5本申请进行有限元分析时套管
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水泥环
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地层简化模型图；图6本专利技术进行有限元模拟时不同时间下套管温度变化图；图7为本专利技术进行有限元模拟时不同时间下套管
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水泥环界面损伤图；图8为本专利技术进行有限元模拟时套管
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水泥环界面损伤随加热时间变化图。
[0008]图中：1、装配套筒；2、上挡环；3、扶正弹簧；4、扶正滑块；5、电机；6、电阻发热圈；7、隔热层； 8、控制滑块；9、上连杆；10、伸缩加热板；11、导向滑孔；13、下连杆；14、下挡环；15、径向滑槽；16、控制丝杆；17、丝杆套；18、衔接内螺纹。
具体实施方式
[0009]该弃置井套管的电加热装置，包括装配套筒1、底板11、上挡环2、下挡环14和扶正滑块4（参见说明书附图1和2）。
[0010]装配套筒1的上端内表面设置有衔接内螺纹18（参见说明书附图2）。工作时该电加热装置可通过衔接内螺纹18与外界的钻杆连接，并能够利用井上工具带动其在弃置井套管内部上下移动。
[0011]装配套筒1的上端呈上下间隔状安装有上挡环2和下挡环14；上挡环2和下挡环14之间通过径向滑槽15滑动装有多个扶正滑块4；扶正滑块4的一端延伸至上挡环2和下挡环14的外端；扶正滑块4内侧与装配套筒1之间安装有扶正弹簧3（参见说明书附图1和2）。如此设置扶正滑块4的目的在于：以使扶正滑块4在扶正弹簧3弹力的作用下始终具有向外移动的趋势；当该电加热装置下落到弃置井套管内部时，套管将通过内部同步挤压各个扶正滑块4；各个扶正滑块4受力后将同步收缩，如此即可使该电加热装置在弃置井套管内部时，在扶正滑块4的作用下，该电加热装置始终处于弃置井的轴线位置。
[0012]装配套筒1下端内部通过电机5装有控制丝杆16；控制丝杆16上连接有丝杆套17；丝杆套17外侧的装配套筒1的圆周面上通过导向滑孔11装有伸缩加热板10；伸缩加热板10内侧通过滑槽滑动装有控制滑块8；控制滑块8通过上连杆9与丝杆套17铰接连接，通过下连杆13与配套筒1下端连接（参见说明书附图1和2）。如此当电机5带动控制丝杆16正转时，控制丝杆16即可驱动丝杆套17下移；丝杆套17下移时将通过上连杆9、下连杆13和控制滑块8推动伸缩加热板10沿着导向滑孔11向外伸出；当电机5带动控制丝杆16反转时，控制丝杆16即可驱动丝杆套17上移；丝杆套17上移时将通过上连杆9、下连杆13和控制滑块8推动伸缩加热板10沿着导向滑孔11向内回缩。
[0013]伸缩加热板10的表面装有电阻发热圈6；电阻发热圈6内侧的伸缩加热板10上设置有隔热层7。工作时电阻发热圈6通电时即可以额定温度发热。
[0014]利用所述的弃置井套管的电加热装置，对弃置井套管进行回收的方法，包括如下
步骤：1、确定已知的工作条件：设弃置井中待回收的套管内半径为,套管外半径（即水泥环内半径）为，水泥环外半径为，电加热装置半径，额定加热温度，井筒初始温度，环空与套管壁对流换热系数、辐射换热系数，套管导热系数，水泥环导热系数，地层导热系数，套管弹性模量，水泥环弹性模量，地层弹性模量，套管泊松比，水泥环泊松比，地层泊松比。
[0015]2、通过已知条件计算出套管与水泥环脱离的加热温度以及加热时间的步骤如下：2.1套管、水泥环温度分布计算由傅里叶热传导基本方程可知，在井筒内的导热速率为：式中：为单位时间内物体的导热量，；为与导热方向相垂直的表面积，；为温度梯度，；为热导率，。
[0016]引入如下边界条件，半径处的温度为,半径处的温度为：可得温度分布函数：可解得导热速率为：式中：为热阻，。
[0017]对于多层圆柱的复合系统，总热组为各部分热阻之和：式中：为第层热阻，。
[0018]在电加热装置作用下，单位时间内，井筒长度上传递的热量为，由电加热装置到水泥环外缘的传热为：
式中：为电加热装置的温度，；为水泥环外边界温度， 。
[0019]从电加热装置到水泥环外缘的总热阻为：式中：为电加热装置半径，；为套管内外半径，；为水泥环外半径，；为环空与套管壁对流换热系数和辐射换热系数，；分别为套管及水泥环导热系数，。
[0020]水泥环本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种弃置井套管的电加热装置，包括装配套筒（1）、底板（11）、上挡环（2）、下挡环（14）和扶正滑块（4）；其特征在于：所述的装配套筒（1）的上端呈上下间隔状安装有上挡环（2）和下挡环（14）；上挡环（2）和下挡环（14）之间通过径向滑槽（15）滑动装有多个扶正滑块（4）；扶正滑块（4）的一端延伸至上挡环（2）和下挡环（14）的外端；扶正滑块（4）内侧与装配套筒（1）之间安装有扶正弹簧（3）；所述的装配套筒（1）下端内部通过电机（5）装有控制丝杆（16）；控制丝杆（16）上连接有丝杆套（17）；丝杆套（17）外侧的装配套筒（1）的圆周面上通过导向滑孔（11）装有伸缩加热板（10）；伸缩加热板（10）内侧通过滑槽滑动装有控制滑块（8）；控制滑块（8）通过上连杆（9）与丝杆套（17）铰接连接，通过下连杆（13）与配套筒（1）下端连接。2.根据权利要求1所述的一种弃置井套管的电加热装置，其特征在于：所述的伸缩加热板（10）的表面装有电阻发热圈（6）；电阻发热圈（6）内侧的伸缩加热板（10）上设置有隔热层（7）。3.根据权利要求1所述的一种弃置井套管的电加热装置，其特征在于：所述的装配套筒（1）的上端内表面设置有衔接内螺纹（18）。4.根据权利要求1所述的一种弃置井套管的电加热装置，其特征在于：利用所述的弃置井套管的电加热装置，对弃置井套管进行回收的方法，包括如下步骤：1、确定已知的工作条件：设弃置井中待回收的套管内半径为,套管外半径（即水泥环内半径）为，水泥环外半径为，电加热装置半径，额定加热温度，井筒初始温度，环空与套管壁对流换热系数、辐射换热系数，套管导热系数，水泥环导热系数，地层导热系数，套管弹性模量，水泥环弹性模量，地层弹性模量，套管泊松比，水泥环泊松比，地层泊松比；2、通过已知条件计算出套管与水泥环脱离的加热温度以及加热时间的步骤如下：2.1套管、水泥环温度分布计算由傅里叶热传导基本方程可知，在井筒内的导热速率为：式中：为单位时间内物体的导热量，；为与导热方向相垂直的表面积，；为温度梯度，；为热导率，；引入如下边界条件，半径处的温度为,半径处的温度为：
可得温度分布函数：可解得导热速率为：式中：为热阻，；对于多层圆柱的复合系统，总热组为各部分热阻之和：式中：为第层热阻，；在电加热装置作用下，单位时间内，井筒长度上传递的热量为，由电加热装置到水泥环外缘的传热为：式中：为电加热装置的温度，；为水泥环外边界温度， ；从电加热装置到水泥环外缘的总热阻为：式中：为电加热装置半径，；为套管内外半径，；为水泥环外半径，；为环空与套管壁对流换热系数和辐射换热系数，；分别为套管及水泥环导热系数，；水泥环外缘到地层是非稳态热传导过程，热量随时间变化，根据Ra...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘航铭，易先中，葛先驰，周元华，贺育贤，张震，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：
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