CN114109273B - 一种用于稠油热采井的安全装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于稠油热采井的安全装置，包括：彼此相邻的第一接头和第二接头；管体，在所述管体上形成有位于管体两端的第一凸台和第二凸台以及处于二者之间的凹槽；所述管体在第一凸台和第二凸台处可滑动地配合于第一接头和第二接头的径向内侧；还有分别固定连接在管体的轴向两端的限位件，各所述限位件均通过一个位于管体的径向内侧的衬套保持在与第一接头或第二接头相接合的锁定位置。其中，所述衬套由可溶性材料制成，并且所述限位件构造成能够在所述衬套溶解后脱离所述锁定位置，由此允许所述管体沿轴向相对于所述第一接头和第二接头移动。

Description

一种用于稠油热采井的安全装置

技术领域

本发明涉及一种用于稠油热采井的安全装置。

背景技术

蒸汽吞吐是目前最常用的用于稠油的采油方式之一。这种采油方式是通过向油层中注入热蒸汽使稠油加热，降低稠油粘度，改善油的流动性，从而增加原油产量。这一技术具有装置简单，增产效果显著的优点。在稠油热采过程中，为了防止防砂筛管入井时被卡住以及保证后期回收打捞时能够顺利丢手，需要在防砂筛管上安装易打捞安全装置。

在稠油蒸汽吞吐采油过程中，需要向井内注入大量的热蒸汽，注汽压力可达21MPa，注汽温度可达350℃。目前在稀油井上使用的安全装置采用常规的密封件，其不耐高温，因而不适用于稠油热采井。而用在热采井上的采用高温密封元件的安全装置由于结构上的限制，在注汽过程中由于受热变载荷影响而容易出现机械损伤。并且，在后期防砂筛管失效后，目前的安全装置丢手困难，影响打捞成功率。

CN110671061A公开了一种安全接头及管柱，该安全接头包括第一管体、第二管体和滑套，第一管体与第二管体两者螺纹连接；滑套位于第一管体和第二管体连接形成的管体内部，且滑套的一端与第一管体的内壁滑动密封，另一端与第二管体的内壁滑动密封，滑套的中部通过可剪断的连接件与第二管体连接；第一管体上设置有用于阻止滑套沿朝向第二管体的方向从第一管体中抽出的限位件。在连接使用过程中，通过第一管体和第二管体的螺纹连接，能够避免因下方管柱重力较大剪断连接件的情况发生。并且设置在第一管体上的限位件，能够在第一管体与第二管体的螺纹失效时阻止重力过大剪断连接件后第一管体与第二管体脱离，从而提高安全接头的使用效果。该发明能较好地保护剪切销钉，但丢手时需要投球剪断连接件，施工繁琐，受井况影响投球成功率有待提高。

CN210164437U公开了一种液控可打捞式安全接头。该安全接头包括第一接头和第二接头，在第一接头的底部设有弹性卡爪。在第一接头内同心设有中心管，中心管底部伸出弹性卡爪下方。在中心管外壁上靠近底部的位置设有环形的限位凸台，弹性卡爪与中心管之间设有滑套，滑套外壁中间设有环形缩槽。第一接头顶部向滑套处贯穿有液压管，第二接头顶部设有与弹性卡爪配合的卡槽，在第二接头、滑套之间安装有剪钉，第二接头内在卡槽下方依次设有滑套槽和中心管孔，滑套槽底部开设有环形打捞颈，解决了安全脱手装置堵塞密封面，长期暴露腐蚀，导致投球失败问题。但是对于热采井，由于高温蒸汽与原油的共同作用，在高温环境下，该安全接头销钉剪切功能不可靠，另外其多个部件也容易在防砂管柱热变载荷作用下产生机械损伤。

CN209637701U公开了另外一种高温安全接头，包括第一接头、连接套、定位滑套、第二接头、第一密封部和第二密封部。其中，第一接头下部与连接套上部连接，连接套下部与第二接头上部连接，定位滑套固定在连接套内部。在连接套上部与定位滑套上部的接触面上设有第一密封部，连接套下部与定位滑套下部的接触面上设有第二密封部。第一密封部包括上密封圈和第一组合密封环，第二密封部包括下密封圈和第二组合密封环。该专利提供的高温安全接头，将密封部设置为包括密封圈和组合密封环，组合密封环起主密封作用，密封圈起辅助密封作用，更好的保证密封部在高温环境中也能稳定工作，从而使高温安全接头可在高低温工况条件下均具有良好的密封作用，解决了高温使用条件的问题。但是其不具备高温补偿功能，容易因热交变载荷的作用而损坏。

文章《可多级使用的滑套式井下安全接头》(王志敏,王民轩,张雷-《石油机械》)研制出一种滑套式井下安全接头。这种安全接头主要由弹力爪、锁套、滑套和剪钉组成。由于滑套的阻挡作用,弹力爪承受下井过程中下部管柱的重力，用专用开关打开滑套，上提管柱拉断剪钉才能将安全接头本体分开。克服了剪钉式和反扣式两种安全接头的不足，这种安全接头把下井过程中承受的管柱拉力和脱开接头本体的力分开。但是，当进行打捞时，需要下入专用开关，使滑套从原来的位置脱开，弹力爪失去了阻挡，与锁套自由分离，施工麻烦、要求高，且无法实现热采井补偿功能。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于稠油热采井的安全装置。本发明的用于稠油热采井的安全装置适用于高温环境，容易丢手打捞。同时，本装置可以防止下井过程中剪切销钉被提前剪断。并且，本装置能够实现热采补偿功能，可以防止防砂管柱在热变载荷条件下出现机械损伤。

根据本发明，提供了一种用用于稠油热采井的安全装置，包括：沿轴向彼此相邻的第一接头和第二接头；限定了流体通道的中空的管体，在所述管体的外壁上形成有位于管体两端的第一凸台和第二凸台，以及处于所述第一凸台和第二凸台之间的凹槽，所述管体在所述第一凸台和第二凸台处可滑动地配合于所述第一接头和第二接头的径向内侧；以及分别固定连接在所述管体的轴向两端的限位件，各所述限位件均通过一个位于所述管体的径向内侧的衬套而保持在与所述第一接头或第二接头相接合的锁定位置。

其中，所述衬套由可溶性材料制成，并且所述限位件构造成能够在所述衬套溶解后脱离所述锁定位置，由此允许所述管体沿轴向相对于所述第一接头和第二接头移动。

在一个优选的实施例中，在所述第一接头的内表面上设有止位锁环，所述止位锁环处于所述凹槽内。

在一个优选的实施例中，所述第二接头包括贯穿其外壁的剪切销钉，所述剪切销钉径向向内地伸入到所述凹槽内。

在一个优选的实施例中，在所述束爪的第一端设置有与所述小孔形状相适配的环状凸台。

在一个优选的实施例中，所述止位锁环构造成能够在上提所述第一接头后与所述第一凸台接合，由此，所述剪切销钉被所述第二凸台剪断，从而导致所述第一接头和所述第二接头脱开。

在一个优选的实施例中所述限位件构造为限位束爪，所述限位束爪包括与所述管体固定连接的弹性臂，以及处于所述弹性臂的自由端处的用于与所述第一接头或第二接头形成接合的卡合部。

在一个优选的实施例中其特征在于，在所述第一接头和第二接头的内表面中均设有卡槽，所述卡合部构造成能够被所述衬套压入到所述卡槽中，从而使所述限位束爪处于锁定位置。

在一个优选的实施例中，所述卡合部构造成能够在所述衬套溶解后脱离所述锁定位置。

在一个优选的实施例中，所述第一凸台和第二凸台通过密封圈而分别与所述第一接头和所述第二接头形成密封式配合。

在一个优选的实施例中，所述第一接头、第二接头、限位件、管体以及止位锁环均采用35CrMo材质。

根据本发明所提出的用于稠油热采井的安全装置，在热采的高温环境下，其第一接头和第二接头能够在一定范围内相对于管体在轴向上自由移动，由此实现热采补偿功能，防止防砂筛管在热变载荷条件下出现机械损伤。同时，在本装置下井的常温环境中，在管柱入井时本装置由所述限位件承受管柱的冲击力和悬重，剪切销钉不承受重量，由此能够防止销钉被提前剪断。并且，本装置的结构简单，在剪切销钉剪断之后，后期的打捞工作也能顺利地进行。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的用于稠油热采井的安全装置的示意图，其中该安全装置处于管柱入井的状态下。

图2为图1所示的用于稠油热采井的安全装置在稠油热采状态下的示意图。

图3为图1所示的用于稠油热采井的安全装置在回收打捞状态下的示意图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于稠油热采井的安全装置100。如图1所示，用于稠油热采井的安全装置100包括管体10，该管体10用于下放至油井之内。在所述管体10内限定有流体流通的第一通道15。

如图1所示，在所述管体10的第一端12(即图1的左端)的外部套设有第一接头20。所述第一接头20用于与油管(未示出)相连接。在管体10的第二端14(即图1的右端)的外部套设有第二接头30，所述第二接头30用于与防砂筛管(未示出)相连接。通过这种连接方式，可将整个用于稠油热采井的安全装置100安装在油管和防砂筛管之间。并且，所述第一接头20和第二接头30内分别具有第二通道25和第三通道35，所述第二通道25和第三通道35与第一通道15相连通，保证第一接头20和第二接头30不会阻碍热蒸汽或石油在油井内流通。

在一个优选的实施例中，在所述管体10的第一端12的外壁上形成有第一凸台16，在所述管体10的第二端14的外壁上形成有第二凸台18，并且在第一凸台16和第二凸台18之间形成有凹槽40。第一凸台16和第二凸台18分别与第一接头20的内壁和第二接头30的内壁可滑动地配合，使得管体10能够沿轴向相对于第一接头20和第二接头30滑动。在图示实施例中，在第一凸台16和第一接头20的内壁以及在第二凸台18和第二接头30的内壁的之间均设置有耐高温密封圈42，以进行密封。

如图1所示，在所述第一接头20的内表面上设有止位锁环45。当管体10伸入所述第二通道25内时，所述止位锁环45位于凹槽40内。所述止位锁环45能够起到单向限位作用，即，在第一接头20相对于管体10向远离所述第二接头30的方向滑动的过程中，所述第一凸台16会逐渐靠近止位锁环45，直至其与止位锁环45相抵接，从而限制第一接头20继续移动。在一个优选的实施例中，所述止位锁环45设置在第一接头20的靠近管体10的一端的端部内表面上，以保证所述第一接头20在此方向具有最大的移动范围。

根据本发明，在所述第二接头30上设有剪切销钉55，所述剪切销钉55贯穿第二接头30的外壁。当管体10伸入所述第三通道35内时，所述剪切销钉55伸入到凹槽40内。在第二接头30相对于管体10沿轴向朝向远离所述第一接头20的方向滑动的过程中，所述第二凸台18会逐渐靠近剪切销钉55，直至其与剪切销钉55相抵接，导致剪切销钉55被剪断为止。这一过程将在下文中详细描述。

如图1所示，在所述管体10的第一端12和第二端16处均固定有限位件。在一个具体的实施例中，该限位件构造成限位束爪60。在下文中以处于管体10的第一端12处的限位束爪60为例来进行说明。

上限位束爪60包括空心的圆柱形基体61，其内径与管体10的内径相同，并且在管体10的第一端12的轴向外侧处固定在管体10的第一端12上。从基体61中轴向向外地延伸出若干弹性臂62，在图1中显示为两个径向对称的弹性臂62。在各弹性臂62的自由端处设有卡合部66。同时，在第一接头20的内壁上还设置有卡槽22。卡槽22的形状与所述卡合部66相适配，使得卡合部66能与卡槽22相接合。如图1所示，在所述限位束爪60的内壁上还固定有衬套65。所述衬套65的外径设置成略大于管体10和限位束爪60的基体61的内径，由此，衬套65在径向内侧与管体10和上限位束爪60形成过盈配合。这样，衬套65便从径向内侧压紧管体10和限位束爪60，从而将限位束爪60的弹性臂62压在第一接头20的内壁上，并使得卡合部66与卡槽22相接合。在这种情况下，限位束爪60处于与第一接头20相接合的锁定位置。

类似地，在管体10的第二端16处也设置有同样结构和功能的限位束爪60和衬套65。这里不再详述。

如图1所示，两个限位束爪60分别处于与第二接头30和第二接头30相接合的锁定位置。在这种情况下，第一接头20和第二接头30通过两个限位束爪60和管体10彼此固定地相连。因此，在整个管柱下入的过程中，两个限位束爪60会承受管柱的冲击力和悬重，而剪切销钉55并不承受重量。由此，能够防止剪切销钉55被意外地提前剪断。

根据本发明，衬套65由可溶性材料制成。在本发明的上下文中，用语“可溶性材料”指的是热溶解材料，其能够在高温蒸汽(例如，300℃-350℃)的作用下溶解。

在一个优选的实施例中，所述第一接头20、第二接头30、限位束爪60、管体10以及止位锁环45均采用35CrMo制成。这种材料具有优良的抗拉、抗挤压性能。

以下简述根据本发明的用于稠油热采井的安全装置100的工作过程。

图1显示了根据本发明的用于稠油热采井的安全装置100的示意图，其处于管柱正常入井时的状态。如图1所示，在稠油热采开始前，首先将第一接头20有油管相连接，第二接头30与防砂筛管相连接，然后将用于稠油热采井的安全装置100随着油管一同下入油井之内。此时，卡合部66被衬套65压入到卡槽22内，与卡槽22相接合。在这种状态下，限位束爪60均处于锁定位置，使得第一接头20和第二接头30均被锁定，无法沿着凹槽40相对于管体10滑动。因此，在整个管柱下放的过程中，由限位束爪60承受管柱的冲击力和悬重，剪切销钉55不承受重量，由此能够防止销钉55被提前剪断。

图2为图1所示的用于稠油热采井的安全装置100在稠油热采状态的示意图。如图2所示，当向油井内注入高温蒸汽进行热采作业时，在热蒸汽的高温作用下，衬套65发生溶解。此时，由于失去了衬套65的约束作用，限位束爪60在弹性臂62的弹力作用下恢复原状。即，卡合部66不再与卡槽22相接合，使得限位束爪60不再处于锁定位置，从而失去固定作用。此时，第一接头20和第二接头30便可以沿着凹槽40相对于管体10沿轴向自由滑动。

由此，当井下的油管或防砂筛管在热变载荷条件下发生形变时，会推动第一接头20和第二接头30沿着凹槽40向形变的反方向移动。这样，可以起到补偿作用，防止油管或防砂筛管在管柱热变载荷条件下出现机械损伤。减少注汽过程中防砂管柱热变载荷条件下机械损伤，延长防砂管柱的整体使用寿命，进而延长油井的生产有效期。

容易理解，本领域的技术人员可通过调节位锁环45和剪切销钉55的位置，以及第一接头20与第二接头30之间的轴向距离来调整本发明的用于稠油热采井的安全装置100的热变形调节范围。

图3为图1所示的用于稠油热采井的安全装置100处于回收打捞状态下的示意图。如图3所示，当采油作业结束后，需要将防砂筛管从油井下打捞上来。在打捞时，首先上提第一接头20，使得第一接头20沿着凹槽40相对于管体10朝向远离第二接头30的方向移动，直至管体10的第一端12的凸台16与止位锁环45相抵接。然后，继续上提第一接头20，此时第二接头30便会沿着凹槽40向第一接头20的方向移动。当管体10的第二端14处的第二凸台18与剪切销钉55相抵接后，管体10会在上提拉力的作用下剪断剪切销钉55，使得第二接头30与管体10脱离。在这种情况下，第一接头20便能够连通油管一起被打捞出井。最后，投入打捞工具打捞第二接头30。在这个过程中，防砂筛管一直保持与第二接头30固定连接，其会随着第二接头30一起被打捞出井。由此，整个打捞作业完成。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于稠油热采井的安全装置（100），包括：

沿轴向彼此相邻的第一接头（20）和第二接头（30），

限定了流体通道（15）的中空的管体（10），在所述管体的外壁上形成有位于管体两端的第一凸台（16）和第二凸台（18），以及处于所述第一凸台（16）和第二凸台（18）之间的凹槽（40），所述管体分别在所述第一凸台（16）和第二凸台（18）处可滑动地配合于所述第一接头（20）和第二接头（30）的径向内侧；以及

分别固定连接在所述管体的轴向两端的限位件（60），各所述限位件（60）均通过一个位于所述管体（10）的径向内侧的衬套（65）而保持在与所述第一接头（20）或第二接头（30）相接合的锁定位置，

其中，所述衬套（65）由可溶性材料制成，并且所述限位件（60）构造成能够在所述衬套（65）溶解后脱离所述锁定位置，由此允许所述管体（10）沿轴向相对于所述第一接头（20）和第二接头（30）移动，在所述第一接头（20）的内表面上设有止位锁环（45），所述止位锁环（45）处于所述凹槽（40）内，所述第二接头（30）包括贯穿其外壁的剪切销钉（55），所述剪切销钉（55）径向向内地伸入到所述凹槽（40）内，所述止位锁环（45）构造成能够在上提所述第一接头（20）后与所述第一凸台（16）接合，由此使所述剪切销钉（55）被所述第二凸台（18）剪断，从而导致所述第一接头（20）和所述第二接头（30）脱开，所述限位件（60）构造为限位束爪，所述限位束爪包括与所述管体（10）固定连接的基体，从所述基体中延伸出去的弹性臂（62），以及处于所述弹性臂的自由端处的用于与所述第一接头（20）或第二接头（30）形成接合的卡合部（66），在所述第一接头（20）和第二接头（30）的内表面中均设有卡槽（22），所述卡合部（66）构造成能够被所述衬套（65）压入到所述卡槽（22）中，从而使所述限位束爪处于锁定位置，在入井时，所述限位件承受冲击力和悬重，剪切销钉不承受重量，从而防止所述剪切销钉（55）被提前剪断。

2.根据权利要求1所述的用于稠油热采井的安全装置（100），其特征在于，所述卡合部（66）构造成能够在所述衬套（65）溶解后脱离所述锁定位置。

3.根据权利要求1或2所述的用于稠油热采井的安全装置（100），其特征在于，所述第一凸台（16）和第二凸台（18）通过密封圈而分别与所述第一接头（20）和所述第二接头（30）形成密封式配合。

4.根据权利要求1或2所述的用于稠油热采井的安全装置（100），其特征在于，所述第一接头（20）和第二接头（30）分别用于与油管和防砂筛管相连接。

5.根据权利要求1或2所述的用于稠油热采井的安全装置（100） ，其特征在于，所述第一接头（20）、第二接头（30）、限位件（60）、管体（10）以及止位锁环（45）均采用35CrMo制成。