CN104747150A - 热敏式热力补偿器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采用装置领域中的一种应用在稠油热采井中的井下热敏式热力补偿器。包括上短节、外筒、锁止机构和内筒，外筒上端与上短节同轴固连，外筒下端与内筒轴向滑动密封配合，锁止机构设在外筒与内筒之间的环形空腔内；所述的锁紧机构包括活塞、限位环和销钉，其中，活塞内壁与内筒固连，活塞外壁与外筒轴向滑动密封配合；销钉固定在活塞与外筒结合部的周边；限位环的上部带有内环形凸台，限位环的下部与内筒外壁、活塞之间组成封闭腔，密闭墙内充满热敏材料，限位环与内、外筒的结合部构成轴向滑动密封配合和限位配合。本发明设计合理，可靠性高；适用于多种井型；工序简单且不影响后续施工作业；采用热敏材料降低了施工风险。
Description
技术领域
本发明涉及采用装置领域中的一种应用在稠油热采井中的井下热敏式热力补偿器。
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。所以连接热应力补偿器可以有效地解决套管变形的问题。
目前热采井应用的补偿器原理基本大同小异，内筒外筒由机械剪钉连接，在注蒸汽时，当热应力大于剪钉剪切力时，剪钉剪断，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。所以，急需改进新型热力补偿器来满足稠油热采井的生产。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种温度控制的热敏式热力补偿器，以克服上述现有热力补偿器存在的缺点，防止套管或筛管在注蒸汽热采时受热造成损坏。
本发明是这样实现的：
热敏式热力补偿器，包括上短节、外筒、锁止机构和内筒，外筒上端与上短节同轴固连，外筒下端与内筒轴向滑动密封配合，锁止机构设在外筒与内筒之间的环形空腔内；所述的锁紧机构包括活塞、限位环和销钉，其中，活塞内壁与内筒固连，活塞外壁与外筒轴向滑动密封配合；销钉固定在活塞与外筒结合部的周边；限位环的上部带有内环形凸台，限位环的下部与内筒外壁、活塞之间组成封闭腔，密闭墙内充满热敏材料，限位环与内、外筒的结合部构成轴向滑动密封配合和限位配合。
上述方案中，限位环与内、外筒的限位配合方式包括：内筒或外筒内壁径向向外凸出后，与限位环顶部阻挡配合；或者是限位环下端部设有外凸起，外凸起部分内外分别与活塞、外筒的凹槽阻挡配合；或者是以上二者的结合。
上述方案进一步包括：限位环与内、外筒的限位配合为过盈配合。
所述的热敏材料为酒精。
上短节通过连接套与外筒连接，内筒与外筒之间通过紧固套滑动密封配合。
紧固套与内筒之间安装有密封件，活塞和限位环与内筒和外筒之间均安装密封件。
本发明专利与现有技术相比具有如下特点：
1、本发明设计合理，具有可靠的工作性能，能够保证工具对套管增长后的有效补偿。
2、本发明可以放置在热采井完井管柱任何所需的位置，不仅适用于直井，也适用于斜井和水平井；
3、施工后不需要任何后续作业措施，简化工序，缩短工期，完井后该补偿器的内通径与井眼内通径保持一致，不影响后续施工作业；
4、本发明采用热敏材料（如酒精），克服了剪切销钉式热力补偿器的缺陷，达到一定温度后，热敏材料受热膨胀实现补偿功能，行程不会被提前占用，也不会出现剪不断销钉，无法实现补偿作用的情况。
总之本发明能够满足稠油热采井注蒸汽的工艺要求，当套管受热膨胀时，有效补偿套管的变形量，防止套管受损破坏。
附图说明
附图1为该热敏热力补偿器的结构示意图
图中，套管接箍1，上短节2，连接套3，外筒4，限位环5，密闭腔6，销钉7，活塞8，紧固套9，内筒10。
具体实施方式
现结合说明书附图和实施例对本发明专利作进一步的描述。
该热敏式热力补偿器由套管接箍1、上短节2、连接套3、外筒4、锁止机构5、销钉7、活塞8、紧固套9、内筒10组成。
实施例1
如图1所示，套管接箍1上端连接套管或筛管，下端通过螺纹连接上短节2。连接套3上端与上短节2固定联接，下端与外筒4固定联接。外筒4下端固定连接紧固套9。紧固套9内同轴安装内筒10，内筒10与紧固套9密封式滑动接触。优选的，在紧固套9与内筒10之间安装有密封件。内筒10上端从紧固套9中延伸出来，下端连接套管或筛管等。在紧固套9、内筒10与外筒4围成的空腔内安装有活塞8，活塞8通过销钉7（销钉的数量为3-8个均匀排布）与外筒4连接，初始状态时与紧固套9之间形成一段空腔。活塞8内壁与内筒10密封式滑动接触，外壁与外筒4密封式滑动接触。优选的，活塞8与内筒10和外筒4之间均安装密封件。内筒10外壁上设置有限位环5，销钉7被剪断前，通过活塞8保持限位环5相对外筒4固定。固定方法可以有多种，例如活塞8顶端外壁向内缩小形成第一环形凸台（也称凹槽）；限位环5顶部的内筒10径向外凸出形成的限位凸起，限位环5外缘与外筒4内壁密封式滑动接触，限位环5下部沿内侧加工出与活塞8顶端台阶相配合的环形凹槽。补偿器在初始状态时，活塞8第一环形凸台卡在所述的限位环5的下端，与限位环5和内筒10形成一个封闭空腔6，空腔6内填满受热膨胀的热敏材料。这里热敏材料是指加热达到一定温度后会发生体积膨胀的化学材料，例如酒精、水银等。
实施例2
优选的，为便于加工拆装，也可以按照图1所示实施例，活塞8顶端外壁向内缩小形成第一环形凸台，限位环5是一个与内筒10上端同轴固定连接的独立限位圆环，其内壁与内筒10密封固定连接，外壁与外筒4密封式滑动接触，下端径向向外突出为第二环形凸台，与内筒10围出与第一环形凸台相配合的环空。补偿器在初始状态时，活塞8顶端的第一环形凸台卡在第二环形凸台与内筒10之间的环空里，与限位环5、内筒10共同围成填放热敏材料的密闭空腔6。
该补偿器实现补偿功能的方式如下：补偿器在初始状态时，活塞8由销钉7固定在外筒4上，活塞8与紧固套9之间有一段空腔。限位环5与内筒10作为一个整体由活塞8固定。当井下开始注蒸汽热采作业使井底温度达到一定值时，热敏材料受热膨胀，密闭腔6内压力升高。由于内管10底端连接有套管及许多井下装置，因此密闭腔6内压力升高只能推动活塞8移动。当密闭腔6内压力升至销钉7设定压力后，销钉7剪断，活塞8下行至与紧固套9接触，从而解除了对限位环5的限位束缚。内筒10在外筒4内具有了一定自由活动空间，从而实现对套管因受热应力产生伸缩的长度补偿。
上述实施例还可以进一步简化，如：上短节与外筒直接连接，内筒与外筒之间直接滑动密封配合；再如紧固套与内筒之间无需安装密封件，活塞和限位环与内筒和外筒之间也不必安装密封件，前提是滑动密封面有足够的加工精度。
在本申请中，初始状态是指补偿器装配好后下井前及下井后热敏材料受热膨胀前的状态。上端是指工具下入井下后接近地面井口端，下端是指与上端相反的一端。
Claims (6)
1.热敏式热力补偿器，包括上短节、外筒、锁止机构和内筒，外筒上端与上短节同轴固连，外筒下端与内筒轴向滑动密封配合，锁止机构设在外筒与内筒之间的环形空腔内；其特征是：所述的锁紧机构包括活塞、限位环和销钉，其中，活塞内壁与内筒固连，活塞外壁与外筒轴向滑动密封配合；销钉固定在活塞与外筒结合部的周边；限位环的上部带有内环形凸台，限位环的下部与内筒外壁、活塞之间组成封闭腔，密闭墙内充满热敏材料，限位环与内、外筒的结合部构成轴向滑动密封配合和限位配合。
2.根据权利要求1所述的热敏式热力补偿器，其特征是限位环与内、外筒的限位配合方式包括：内筒或外筒内壁径向向外凸出后，与限位环顶部阻挡配合；或者是限位环下端部设有外凸起，外凸起部分内外分别与活塞、外筒的凹槽阻挡配合；或者是以上二者的结合。
3.根据权利要求2所述的热敏式热力补偿器，其特征是：限位环与内、外筒的限位配合为过盈配合。
4.根据权利要求1、2或3所述的热敏式热力补偿器，其特征是：所述的热敏材料为酒精。
5.根据权利要求4所述的热敏式热力补偿器，其特征是：上短节通过连接套与外筒连接，内筒与外筒之间通过紧固套滑动密封配合。
6.根据权利要求4所述的热敏式热力补偿器，其特征是：紧固套与内筒之间安装有密封件，活塞和限位环与内筒和外筒之间均安装密封件。
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