CN207315244U - 热应力释放套管短节工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热应力释放套管短节工具，包括：中空的套管本体，所述套管本体的侧壁上设置有过流通孔；固定在所述套管本体外壁的外壳，所述外壳内形成有容纳腔，所述外壳上设置有与所述容纳腔连通的入流孔，所述容纳腔内设置有弹性件和凡尔机构，所述凡尔机构在预设压力下压缩所述弹性件实现开启时，所述入流孔与所述过流通孔相连通。本实用新型提供的热应力释放套管短节工具，能够在井筒温度上升后导致密闭环形空间产生高压热应力时，及时将产生的高压热应力释放进低压套管内部空间，从而保障深水井筒的安全。

Description

热应力释放套管短节工具

技术领域

本实用新型涉及海洋油气钻井与海洋石油开发技术领域，特别涉及一种热应力释放套管短节工具。

背景技术

深水油气井井口完井通常采用水下完井方式，其完井工艺与完井方法完全不同于陆上或浅海油气井。深水完井的工艺施工过程中，多层中间技术套管的水泥返高通常返至泥面以下一定高度，即中间技术套管需要一定长度的自由段。这就致使部分完井液被圈闭在井口密封圈、水泥返高面和中间技术套管所限定的环形空间内。如图1所示，为深水典型井井筒环空示意图，环形空间B内圈闭有完井液。

由于水深的影响，海底及浅部地层温度低，而储层流体的温度相对较高，两者存在温度差。在油气井测试和生产初期几小时内，由于油气在生产套管中的流动会使各层中间技术套管形成的环形空间B内的流体温度显著增加。随着测试或生产时间的持续，可使井筒温度上升近百度，从而导致密闭的环形空间B内的压力剧升，进而会对井筒完整性带来严重的危害。

因此，有必要提供一种新的热应力释放套管短节工具，能够克服现有技术中的上述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对深水井筒的多套管层次结构，提供一种热应力释放套管短节工具，能够在井筒温度上升后导致密闭环形空间产生高压热应力时，及时将产生的高压热应力释放进低压套管内部空间，从而保障深水井筒的安全。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种热应力释放套管短节工具，包括：

中空的套管本体，所述套管本体的侧壁上设置有过流通孔；

固定在所述套管本体外壁的外壳，所述外壳内形成有容纳腔，所述外壳上设置有与所述容纳腔连通的入流孔，所述容纳腔内设置有弹性件和凡尔机构，所述凡尔机构在预设压力下压缩所述弹性件实现开启时，所述入流孔与所述过流通孔相连通。

在一个优选的实施方式中，所述凡尔机构包括：密封座，所述密封座上设置有阀座通孔；与所述阀座通孔配合的凡尔；设置在所述凡尔上方的限位压盖；设置在所述凡尔与所述限位压盖之间的限位垫圈。

在一个优选的实施方式中，所述阀座通孔的个数为3个以上，所述凡尔的个数为3个以上。

在一个优选的实施方式中，所述限位垫圈为网状结构，其上设置有与所述凡尔匹配的开孔，所述开孔的个数与所述凡尔的个数相等，所述开孔沿着所述限位垫圈的表面均匀分布。

在一个优选的实施方式中，所述密封座与所述容纳腔之间还设置有密封圈。

在一个优选的实施方式中，所述弹性件为恒压弹簧。

在一个优选的实施方式中，所述恒压弹簧的下端与所述限位压盖相接触，其上端设置有弹簧压盖，所述弹簧压盖与所述容纳腔之间设置有调整垫圈。

在一个优选的实施方式中，所述限位压盖包括：底座和支撑部，所述底座具有相对的下端面和上端面，其中，所述下端面设置有用于和所述凡尔配合的第一凹槽，所述上端面设置有用于和所述恒压弹簧的下部配合的第二凹槽；所述支撑部用于支撑所述恒压弹簧。

在一个优选的实施方式中，所述支撑部呈管状，在所述凡尔机构关闭时，其背离所述底座的顶端至所述弹簧压盖的距离大于或等于所述恒压弹簧的预定压缩距离。

在一个优选的实施方式中，所述入流孔具有相对的入口端和出口端，所述外壳在所述入流孔的入口端位置设置有测试标定连接孔，所述测试标定连接孔位置设置有压力传感器。

本实用新型的特点和优点是：本申请实施方式中提供的一种热应力释放套管短节工具，通过设置带有过流通孔的套管本体，固定在所述套管本体外壁的外壳，设置在所述外壳上的入流孔，以及设置在所述外壳内的弹性件和凡尔机构。当中间技术套管形成的密闭的环形空间内流体被加热后，产生的高压热应力达到预设压力，所述弹性件被压缩同时所述凡尔机构开启，外壳上的入流孔通过开启的凡尔机构与套管本体上的过流通孔连通，从而将密封环形空间内的高压流体导入中部的低压生产套管中，实现压力释放，避免深水井筒被热膨胀应力挤毁，从而保证了深水井筒的安全。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是一种深水典型井井筒环空示意图；

图2是本申请实施方式中一种热应力释放套管短节工具的结构示意图；

图3是本申请实施方式中一种热应力释放套管短节工具的横向剖视图；

图4是本申请实施方式中一种热应力释放套管短节工具外壳位置的局部放大图。

附图标记说明：

1-套管本体；2-套管接箍；4-外壳；5-弹簧压盖；6-弹性件；7-限位压盖；8-阀座通孔；9-密封圈；10-密封座；11-入流孔；12-测试标定连接孔；13-调整垫圈；14-凡尔；15-过流通孔；16-限位垫圈。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本实用新型的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型针对深水井筒的多套管层次结构，提供一种热应力释放套管短节工具，能够在井筒温度上升后导致密闭环形空间产生高压热应力时，及时将产生的高压热应力释放进低压套管内部空间，从而保障深水井筒的安全。

请参阅图2至图4，本申请实施方式中提供的一种热应力释放套管短节工具可以包括：中空的套管本体1，所述套管本体1的侧壁上设置有过流通孔15；固定在所述套管本体1外壁的外壳4，所述外壳4内形成有容纳腔，所述外壳4上设置有与所述容纳腔连通的入流孔11，所述容纳腔内设置有弹性件6和凡尔机构，所述凡尔机构在预设压力下压缩所述弹性件6实现开启时，所述入流孔11与所述过流通孔15相连通。

在本实施方式中，所述套管本体1可以为具有一定长度的中空管体，具体的其长度只需要满足设置所述外壳4和连接需要即可，例如，可以为1米至2米等。

所述套管本体1可以通过套管接箍2与中间的技术套管进行连接。具体的，在所述套管本体1的两端可以设置有外螺纹。在所述套管接箍2的内侧可以设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，两者通过螺纹连接的方式固定连接。

在所述套管本体1的中部的侧壁上可以设置有过流通孔15，该过流通孔15可以连通密闭的环形空间，从而释放环形空间的高压热应力。具体的，所述过流通孔15的个数可以为多个，例如可以为3个或者4个或者更多等，具体的，本申请在此并不作具体的限定。多个所述过流通孔15可以沿着所述套管本体1的周向均匀布置。

在本实施方式中，所述外壳4的个数可以与所述过流通孔15的个数相等。所述外壳4的位置也与所述过流通孔15的位置相对应。如图3所示，所述外壳4的个数可以为4个，均匀分布在所述套管本体1的周向外侧壁上。所述外壳4可以通过焊接的方式固定在所述套管本体1的侧壁上。当然，所述外壳4还可以通过其他方式固定在所述套管本体1的侧壁上，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

在所述外壳4的内部形成有容纳腔，所述外壳4上设置有与所述容纳腔连通的入流孔11。所述容纳腔内设置有弹性件6和凡尔机构。当所述凡尔机构在预设压力下压缩所述弹性件6实现开启时，所述入流孔11与所述过流通孔15相连通。其中预设压力为所述弹性能够被压缩的压力，该压力由所述密闭的环形空间内的流体升温后产生。该预设压力可以综合根据井筒的安全系数等条件确定，具体数值本申请在此不作具体的限定。

也就是说，当密闭的套管环形空间内由于流体升温产生预设压力时，通过本申请提供的热应力释放套管短节工具可以将密封的套管环形空间与内层的低压生产套管连通，从而及时将产生的高压热应力释放进低压套管内部空间，从而保障深水井筒的安全。

如图4所示，在本实施方式中，所述凡尔机构可以包括：密封座10，所述密封座10上设置有阀座通孔8；与所述阀座通孔8配合的凡尔14；设置在所述凡尔14上方的限位压盖7；设置在所述凡尔14与所述限位压盖7之间的限位垫圈16。

其中，所述密封座10可以整体呈回转体型，在所述壳体内部可以形成有与所述密封座10相匹配的限位部，所述密封座10通过所述限位部设置在所述壳体的容纳腔内。具体的，所述限位部可以为限位台阶的形式。当然，所述密封座10的形状及其与壳体的容纳腔的配合关系，还可以为其他形式，具体的，本申请在此并不作具体的限定。在所述密封座10与所述容纳腔之间还设置有密封圈9，以保证流体不会从两者之间的缝隙返出。

在一个实施方式中，所述密封座10具有密封端面，在所述密封端面上设置有阀座通孔8。所述阀座通孔8用于和凡尔14相配合。当凡尔14位于所述阀座通孔8上时，所述凡尔机构处于关闭状态，当所述凡尔14在高压热应力作用下向上移动时，所述凡尔机构处于开启状态。所述凡尔14可以为球形凡尔14，其直径大于所述阀座通孔8的孔径，以保证可靠密封所述阀座通孔8。其中，所述阀座通孔8的个数可以为一个或多个，优选的，可以为3个以上；相应的，所述凡尔14的个数为3个以上，具体的，可以为3个或4个。整体上，多个所述阀座通孔8可以沿着所述密封端面均匀分布，相应的，多个所述凡尔14也沿着所述密封端面均匀分布。当带压流体通过入流孔11进入所述阀座通孔8，顶起所述凡尔14时，多个均匀分布的凡尔14可以给其上方的限位压盖7较为多点支撑力，使其能够可靠、平稳地向上移动。

所述限位压盖7可以设置在所述凡尔14的上部，在所述限位压盖7与所述凡尔14之间可以设置有限位垫圈16，所述限位压盖7和限位垫圈16可以与所述弹性件6配合控制所述凡尔14的位移距离和路径。

具体的，所述限位垫圈16可以为网状结构，其上设置有与所述凡尔14匹配的开孔，所述开孔的个数与所述凡尔14的个数相等，所述开孔沿着所述限位垫圈16的表面均匀分布。具体的，所述限位垫圈16上的开孔个数也与所述密封座10上的阀座通孔8个数相同，位置相对应。当所述凡尔14向上移动时，从入流孔11流入的流体，通过阀座通孔8沿着所述限位垫圈16的平面展布方向流入过流通孔15中。其中，所述过流通孔15的位置可以靠近所述限位垫圈16所在的位置，从而可以便于带压流体直接快速地从所述过流通孔15流入低压区域。

在本实施方式中，所述弹性件6为恒压弹簧。具体的，该弹簧可以由对温度不敏感的材料制成，其弹力与压缩量完全成正比。也就是说该弹簧的弹力是严格对应胡克定律的，不会在外界因素的干扰下，发生变动。当所述弹性件6为恒压弹簧时，可以预先计算出该弹簧压缩量对应的弹力大小，从而可以确定出在密封的环形空间内压力达到预定压力值时，该弹簧发生动作，使得凡尔机构开启。

具体的，所述恒压弹簧的下端与所述限位压盖7相接触，其上端设置有弹簧压盖5，所述弹簧压盖5与所述容纳腔之间设置有调整垫圈13。在外壳4形状一定、恒压弹簧恒定的前提下，所述调整垫圈13可以根据所述弹簧所需压缩量的大小进行适应性选择，例如当弹簧所需的压缩量大时，即密封的环形空间内的压力较大时，所述调整垫圈13的厚度可以适应性的大一些，当所述弹簧所需的压缩量小时，即所述环形空间的压力较小时，所述调整垫圈13的厚度可以适应性的小一些。整体上通过调整所述调整垫圈13的厚度，可以实现不同区域井筒的高压热应力释放。

此外，所述限位压盖7可以包括：底座和支撑部，所述底座具有相对的下端面和上端面，其中，所述下端面设置有用于和所述凡尔14配合的第一凹槽。具体的，所述第一凹槽的个数和形状可以与所述凡尔14的个数和形状相匹配，所述第一凹槽的位置也需要与所述凡尔14、或者所述阀座通孔8或者限位垫圈16上的开孔相对应。例如，当所述凡尔14为球形时，所述第一凹槽可以为具有预定弧度的弧形槽。所述上端面设置有用于和所述恒压弹簧的下部配合的第二凹槽。具体的，所述第二凹槽可以整体为具有一定深度的环形槽，用于卡设所述恒压弹簧的端部。

其中，所述支撑部用于支撑所述恒压弹簧。具体的，所述支撑部可以呈管状，其背离所述底座的顶端至所述弹簧压盖5的距离大于或等于所述恒压弹簧的预定压缩距离。在所述凡尔机构处于关闭状态下时，所述支撑部的顶端距离所述弹簧压盖5的距离大于或等于所述恒压弹簧的预定压缩距离，从而保证所述恒压弹簧能够顺利实现压缩，所述凡尔机构能够顺利开启。优选的，在所述凡尔机构处于关闭状态下时，所述支撑部的顶端距离所述弹簧压盖5的距离等于所述恒压弹簧的预定压缩距离，一方面可以保证所述凡尔机构的顺利开启，另一方面可以较佳地控制所述限位压盖7、凡尔14的上移距离，保证凡尔机构在使用时的可靠性。

在一个实施方式中，所述入流孔11具有相对的入口端和出口端，所述外壳4在所述入流孔11的入口端位置设置有测试标定连接孔12，所述测试标定连接孔12位置设置有压力传感器。通过在所述入流孔11与密封的环形空间连通的入口端位置设置测试标定连接孔12，相应的在该测试标定连接孔12位置设置压力传感器，可以获取该位置的压力，从而对热应力释放套管短节工具的工作进行校验，看是否在预设的压力下，该凡尔机构顺利实现了开启。

具体使用时，本申请实施方式中提供的一种热应力释放套管短节工具，通告套管接箍2连接在中间技术套管中，当中间技术套管形成的密闭的环形空间内流体被加热后，产生的高压热应力达到预设压力，所述凡尔机构开启，外壳4上的入流孔11通过开启的凡尔机构与套管本体1上的过流通孔15连通，从而将密封环形空间内的高压流体导入中部的低压生产套管中，实现压力释放，从而保证了深水井筒的安全。

综上所述，本申请实施方式中提供的一种热应力释放套管短节工具，通过设置带有过流通孔15的套管本体1，固定在所述套管本体1外壁的外壳4，设置在所述外壳4上的入流孔11，以及设置在所述外壳4内的弹性件6和凡尔机构。当中间技术套管形成的密闭的环形空间内流体被加热后，产生的高压热应力达到预设压力，所述弹性件6被压缩同时所述凡尔机构开启，外壳4上的入流孔11通过开启的凡尔机构与套管本体1上的过流通孔15连通，从而将密封环形空间内的高压流体导入中部的低压生产套管中，实现压力释放，避免深水井筒被热膨胀应力挤毁，从而保证了深水井筒的安全。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

本文披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本实用新型的几个实施方式，虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种热应力释放套管短节工具，其特征在于，包括：

中空的套管本体，所述套管本体的侧壁上设置有过流通孔；

固定在所述套管本体外壁的外壳，所述外壳内形成有容纳腔，所述外壳上设置有与所述容纳腔连通的入流孔，所述容纳腔内设置有弹性件和凡尔机构，所述凡尔机构在预设压力下压缩所述弹性件实现开启时，所述入流孔与所述过流通孔相连通。

2.如权利要求1所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述凡尔机构包括：密封座，所述密封座上设置有阀座通孔；与所述阀座通孔配合的凡尔；设置在所述凡尔上方的限位压盖；设置在所述凡尔与所述限位压盖之间的限位垫圈。

3.如权利要求2所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述阀座通孔的个数为3个以上，所述凡尔的个数为3个以上。

4.如权利要求3所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述限位垫圈为网状结构，其上设置有与所述凡尔匹配的开孔，所述开孔的个数与所述凡尔的个数相等，所述开孔沿着所述限位垫圈的表面均匀分布。

5.如权利要求2所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述密封座与所述容纳腔之间还设置有密封圈。

6.如权利要求2所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述弹性件为恒压弹簧。

7.如权利要求6所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述恒压弹簧的下端与所述限位压盖相接触，其上端设置有弹簧压盖，所述弹簧压盖与所述容纳腔之间设置有调整垫圈。

8.如权利要求7所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述限位压盖包括：底座和支撑部，所述底座具有相对的下端面和上端面，其中，所述下端面设置有用于和所述凡尔配合的第一凹槽，所述上端面设置有用于和所述恒压弹簧的下部配合的第二凹槽；所述支撑部用于支撑所述恒压弹簧。

9.如权利要求8所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述支撑部呈管状，在所述凡尔机构关闭时，其背离所述底座的顶端至所述弹簧压盖的距离大于或等于所述恒压弹簧的预定压缩距离。

10.如权利要求1所述的热应力释放套管短节工具，其特征在于，所述入流孔具有相对的入口端和出口端，所述外壳在所述入流孔的入口端位置设置有测试标定连接孔，所述测试标定连接孔位置设置有压力传感器。