CN208966211U - 套管短节及井口泄压装置 - Google Patents

Abstract

一种套管短节及井口泄压装置，该套管短节包括：短节本体，具有内通道，其上沿其圆周方向间隔设有多个进液通道；多个扶正凸部，间隔设置在短节本体的外壁上，扶正凸部的上部与进液通道相对，其下端设有进液孔，扶正凸部具有中心通道，进液孔通过中心通道与进液通道相连通；多个单向减压机构，各单向减压机构设置在各扶正凸部的中心通道内；单向减压机构具有：单向减压阀，从上至下依次设有弹性件、压帽及阀座，压帽的一端套设在弹性件上，其另一端能与阀座密封配合；阀帽，连接在中心通道内并抵接在阀座上。本实用新型可释放套管间环空压力，通过单向减压机构，使外环空的高压流体进入内环空，同时阻止流体由内环空向外环空回流。

Description

套管短节及井口泄压装置

技术领域

本实用新型涉及油气生产井筒完整性技术领域，尤其是涉及一种可用于释放油气井井口套管环空压力的套管短节及井口泄压装置。

背景技术

在油气井和储气库注采井生产运行中，井筒完整性问题突出，主要表现为井口环空持续带压。由于流体少量泄漏、热膨胀和生产作业，油气井一个或多个环空不可避免的会出现聚积一定压力的现象。该压力值必须控制在合理范围内，如果压力过大则会对井筒的完整性造成严重破坏，例如管柱损毁、流体大量泄漏至地面，甚至井喷等，严重威胁人员、环境和设备的安全。

目前常用的环空压力控制方法可分为五类：1、增加套管强度，如提高钢级、壁厚；2、消除环空容积，如全井段固井；3、释放环空压力，如安装破裂盘、减压环等装置；4、平衡热膨胀体积，如采用复合泡沫包层、收缩环空保护液等；5、隔绝传热渠道，如采用绝热油管、绝热环空保护液等。其中，释放环空压力的控制方法成本较低，能直接降低环空压力，因此被广泛应用。

现有的常规井口一般设置有环空套压释放管线，可释放油管、套管之间的内层环空的压力，但无法释放其它环空的井口压力。事实上，对于高温高压气井，外层环空带压现象常见，甚至存在外层环空的压力高于内层环空的压力的现象。

解决该问题的方法之一是改进井口装置，在每个环空均安装泄压管线，用于分别释放各环空压力，该方法的不足在于改进后的井口装置更为复杂，制造维护花费较高。

解决该问题的另一方法是在相邻环空之间增加破裂盘，该破裂盘是一种用于在一定压差条件下发生破裂的装置，从而使环空内外联通，消除压差，但是破裂盘无法重复使用，破裂后内外环空始终保持联通状态，不利于后续井筒生产作业。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种套管短节及井口泄压装置，可释放套管间环空压力，通过单向减压机构，使外环空的高压流体进入内环空，同时阻止流体由内环空向外环空回流。本实用新型可重复使用，结构相对简单，造价较低。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种套管短节，包括：

短节本体，具有内通道，所述短节本体上沿其圆周方向间隔设有多个进液通道，所述多个进液通道与所述内通道相连通；

多个扶正凸部，沿所述短节本体的圆周方向间隔设置在所述短节本体的外壁上，所述扶正凸部的上部与所述进液通道径向相对，所述扶正凸部的下端开设有进液孔，所述扶正凸部具有中心通道，所述进液孔通过所述中心通道与所述进液通道相连通；

多个单向减压机构，各所述单向减压机构设置在各所述扶正凸部的中心通道内；所述单向减压机构具有：

单向减压阀，沿所述中心通道从上至下依次设有弹性件、压帽及阀座，所述压帽的一端套设在所述弹性件上，其另一端能与所述阀座密封配合；

阀帽，连接在所述中心通道内并抵接在所述阀座上，所述阀帽具有与所述进液孔相连通的进液穿孔；

其中，在所述进液孔内流入压力液的状态下，所述压帽能自所述阀座上分离，所述压力液经所述中心通道、所述进液通道流入所述内通道内。

在本实用新型的实施方式中，所述扶正凸部的上部设有密封腔体，所述中心通道通过所述密封腔体与所述进液通道相连通。

在本实用新型的实施方式中，所述密封腔体内设有出口滤网，所述出口滤网与所述进液通道相对设置。

在本实用新型的实施方式中，所述短节本体的内壁上设有衬套，所述衬套围设在所述多个进液通道处。

在本实用新型的实施方式中，所述阀帽的外侧设有端盖，所述端盖具有与所述进液穿孔相连通的液流孔，所述端盖位于所述中心通道内，且在所述端盖与所述阀帽之间夹设有第一密封圈和入口滤网。

在本实用新型的实施方式中，所述阀帽与所述阀座之间夹设有第二密封圈和不锈钢垫片。

在本实用新型的实施方式中，所述阀座为球座，所述球座具有球形凹面，所述压帽与所述阀座相配合的一端设有球形凸部，所述球形凸部与所述球形凹面相配合。

在本实用新型的实施方式中，所述弹性件为弹簧，所述单向减压阀开启的临界压力由下述公式计算：

F＝A·(P_c+ρ_mgL_m)＝k·△x

其中，F为所述单向减压阀开启的临界压力，A为所述阀座的球形凹面确定的圆的面积，P_c为井口环空压力，ρ_m为所述扶正凸部所在的环空的保护液密度，L_m为所述扶正凸部与其所在的环空的保护液液面的高度距离，k为所述弹簧的弹性刚度，△x为所述弹簧的压缩量。

在本实用新型的实施方式中，所述中心通道内设有内螺纹段，所述阀帽螺纹连接在所述内螺纹段上。

本实用新型还提供一种井口泄压装置，包括：

中心管，所述中心管的外部套设有内层套管，所述内层套管与所述中心管之间形成有第一环空；所述第一环空与井口设置的压力释放管线相连通；

至少一个外层套管，套设在所述内层套管的外部，各所述外层套管上连接有如上所述的套管短节。

本实用新型的套管短节及井口泄压装置的特点及优点是：

一、本实用新型的套管短节，采用布置在扶正凸部内的单向减压机构控制井筒内的内外环空流体的连通。该套管短节的设计原理、制造工艺相对简单，价格较为低廉，且与现场工程实际结合较为紧密，增加了实用性。另外，该套管短节的扶正凸部可起到扶正套管的作用，相当于扶正器，有利于改善套管柱的居中条件。

二、本实用新型的井口泄压装置，当环空压力达到套管短节预先设定值时，各套管短节的各扶正凸部内的单向减压阀开启，外环空的高压液体可进入相邻内环空，同时阻止内环空流体回流进入外环空。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的套管短节的立体图。

图2为本实用新型的套管短节的俯视图。

图3为图2中的A-A向剖视图。

图4为图3中的M部放大图。

图5为图2中的B-B向剖视图。

图6为图5中的N部放大图。

图7为本实用新型的套管短节的压帽的立体图。

图8为本实用新型的套管短节的压帽的侧视图。

图9为本实用新型的套管短节的阀座的立体图。

图10为本实用新型的套管短节的阀座的半剖视图。

图11为本实用新型的套管短节应用在井口泄压装置上的结构示意图。

附图标号说明：1、短节本体；11、内通道；12、进液通道；121、进液孔；13、内螺纹段；14、外螺纹段；15、衬套；2、扶正凸部；21、进液孔；22、中心通道；221、内螺纹段；23、倾斜面；24、密封腔体；241、凹槽；242、顶盖；243、出口滤网；244、过流孔；3、单向减压机构；31、单向减压阀；311、弹性件；312、压帽；3121、球形凸部；3122、开口槽；3123、套筒；313、阀座；3131、球形凹面；32、阀帽；321、第二密封圈；322、不锈钢垫片；323、进液穿孔；3231、六边形孔；3232、圆形通孔；33、端盖；331、液流孔；332、第一密封圈；333、入口滤网；4、中心管；41、第一环空；42、压力释放管线；5、内层套管；51、第二环空；6、外层套管；61、环空；10、套管短节。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施方式一

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种套管短节10，包括短节本体1、多个扶正凸部2和多个单向减压机构3，其中：短节本体1具有内通道11，所述短节本体1上沿其圆周方向间隔设有多个进液通道12，所述多个进液通道12与所述内通道11相连通；多个扶正凸部2沿所述短节本体1的圆周方向间隔设置在所述短节本体1的外壁上，所述扶正凸部2的上部与所述进液通道12径向相对，所述扶正凸部2的下端开设有进液孔21，所述扶正凸部2具有中心通道22，所述进液孔21通过所述中心通道22与所述进液通道12相连通；各所述单向减压机构3设置在各所述扶正凸部2的中心通道22内；所述单向减压机构3具有单向减压阀31和阀帽32，该单向减压阀31沿所述中心通道22从上至下依次设有弹性件311、压帽312及阀座313，所述压帽312的一端套设在所述弹性件311上，其另一端能与所述阀座313密封配合；阀帽32连接在所述中心通道22内并抵接在所述阀座313上，所述阀帽32具有与所述进液孔21相连通的进液穿孔323；其中，在所述进液孔21内流入压力液的状态下，所述压帽312能自所述阀座313上分离，所述压力液经所述中心通道22、所述进液通道12流入所述内通道11内。

具体是，请配合参阅图3至图6，短节本体1大体呈圆柱筒形，其具有内通道11，在短节本体1的两端分别设有内螺纹段13和外螺纹段14，以便与相连的套管接头相匹配。短节本体1的上部沿其圆周方向间隔设有多个进液通道12，该些进液通道12与内通道11相连通，在本实施例中，在短节本体1的上部沿其圆周方向等间隔设有六个进液通道12，当然，在其他的实施例中，进液通道12的数量可为一个、两个、三个、四个、五个或更多个，在此不做限制。在本实用新型中，每个进液通道12均由多个进液孔121组成，该些进液孔121与内通道11相连通。

多个扶正凸部2沿短节本体1的圆周方向间隔连接在短节本体1的外壁上，在本实施例中，在短节本体1的外壁上等间隔连接有六个扶正凸部2，该些扶正凸部2的数量与短节本体1上开设的多个进液通道12的数量相同。在本实用新型中，该扶正凸部2大体呈梯形体状，其上下两端分别形成有倾斜面23，该扶正凸部2的两个侧壁相互平行，该扶正凸部2具有中心通道22，该中心通道22的长度约占扶正凸部2总长度的一半，该扶正凸部2的上部与短节本体1上的进液通道12径向相对，该扶正凸部2的下端开设有进液孔21，该进液孔21通过中心通道22与进液通道12相连通，从而使得短节本体1的外部能与短节本体1的内通道11相连通。

在本实施例中，在扶正凸部2的上部形成有密封腔体24，该中心通道22通过密封腔体24与进液通道12相连通。如图3和图4所示，该密封腔体24由开设在扶正凸部2上部的凹槽241以及密封连接在凹槽241开口端的顶盖242组成，该凹槽241大体为矩形槽，该矩形槽的开口端位于扶正凸部2的外侧壁处，顶盖242焊接连接在扶正凸部2的外侧壁上并封堵该凹槽241，在凹槽241的底面开设有过流孔244，该密封腔体24通过过流孔244与中心通道22相连通。进一步的，在密封腔体24内还设有出口滤网243，该出口滤网243与进液通道12相对设置，也即该出口滤网243紧贴凹槽241的侧面固定，用于过滤进入短节本体1的内通道11中的环空保护液。

在本实用新型中，在短节本体1的内壁上设有衬套15，该衬套15围设在多个进液通道12处。该衬套15可防止固井中的水泥浆通过短节本体1时，沿短节本体1上的多个进液通道12返至多个扶正凸部2内，而堵塞或损坏扶正凸部2内的单向减压机构3；固井后，该衬套15可通过打磨与短节本体1的内表面剥离。

在每个扶正凸部2的中心通道22内均设有单向减压机构3，该单向减压机构3能够使短节本体1外部的液体流入短节本体1的内通道11中，而防止短节本体1的内通道11中的液体返流至短节本体1的外部。

具体的，该单向减压机构3包括单向减压阀31，该单向减压阀31具有从上至下依次设置在扶正凸部2的中心通道22中的弹性件311、压帽312和阀座313，其中，该弹性件311为弹簧，如图7和图8所示，该压帽312大体呈圆柱筒帽状，其一端形成有套设在弹性件311端部的套筒3123，在套筒3123的侧壁上径向相对设有两个开口槽3122，该压帽312的另一端与阀座313配合，在本实施例中，该阀座313为橡胶球座，该压帽312与阀座相配合的一端形成有球形凸部3121，橡胶球座具有球形凹面3131，该球形凹面3131与球形凸部3121完全吻合。当有流体经过单向减压阀31时，在流体压力的作用下，压帽312离开阀座313并压缩弹性件311，流体经阀座313流入中心通道22内，并经过流孔244、密封腔体24和进液通道12后，流入短节本体1的内通道11中。

该单向减压机构3还包括阀帽32，该阀帽32穿设在扶正凸部2的中心通道22内，在本实施例中，在扶正凸部2的中心通道22内设有内螺纹段221，阀帽32具有外螺纹段，阀帽32通过其外螺纹段能螺纹连接在扶正凸部2的中心通道22内，且该阀帽32能抵接在阀座313上。在本实用新型中，在阀帽32与阀座313之间夹设有第二密封圈321和不锈钢垫片322，该第二密封圈321可起到密封的作用，该阀座313能通过阀帽32和不锈钢垫片322被压紧固定于中心通道22的某一位置；另外，通过调节阀帽32旋入中心通道22内的深度可改变弹性件311的弹力。该阀帽32具有进液穿孔323，该进液穿孔323由相连通的六边形孔3231和圆形通孔3232组成，该六边形孔3231靠近扶正凸部2的进液孔21设置，该六边形孔3231的设计，可方便操作人员使用配套的六角棒旋紧阀帽32，该扶正凸部2的进液孔21通过该进液穿孔323与单向减压阀31相对连通。当进入阀帽32的液体压力达到弹性件311对压帽312的推力时，可推动弹性件311压缩，以使压帽312的球形凸部3121脱离阀座313，此时环空保护液可通过单向减压阀31进入短节本体1的内通道11。

进一步的，该阀帽32的外侧设有端盖33，该端盖33具有与阀帽32的进液穿孔323相连通的液流孔331，该端盖33位于中心通道22内且螺纹连接在中心通道22的内螺纹段221上，在端盖33与阀帽32之间夹设有第一密封圈332和入口滤网333，该第一密封圈332可起到密封的作用，该入口滤网333用于过滤进入扶正凸部2的外环空保护液。该端盖33的液流孔331为六边形通孔，该入口滤网333通过端盖33压紧在阀帽32的端面。

在本实用新型中，该单向减压阀31开启的临界压力可由下述公式计算：

F＝A·(P_c+ρ_mgL_m)＝k·△x

其中，F为单向减压阀31开启的临界压力，A为阀座313的球形凹面3131确定的圆的面积，P_c为井口环空压力，ρ_m为扶正凸部2所在的环空的保护液密度，L_m为扶正凸部2与其所在的环空的保护液的液面高度距离，k为弹簧的弹性刚度，△x为弹簧的压缩量。

该套管短节10的加工制造步骤如下：

1)加工出套管短节10的整体外观，与扶正器类似，包括短节本体1两端的内螺纹段13和外螺纹段14，以及均匀分布在短节本体1的外表面的六个扶正凸部2。

2)自每个扶正凸部2的下端面的进液孔21向扶正凸部2内钻中心通道22，该中心通道22的深度约为扶正凸部2总长度的五分之三。

3)在扶正凸部2的上部，与中心通道22相距一定距离的位置铣出台阶面，台阶面不贯穿至扶正凸部2的下端面。

4)在该台阶面上铣出凹槽241，从凹槽241的侧面打孔(也即进液通道12)与短节本体1的内壁面贯穿。在凹槽241的下端面打孔(也即过流孔244)与中心通道22连通。

5)在凹槽241的侧面焊接固定出口滤网243。在凹槽241的开口端焊接顶盖242，形成密封腔体24。

6)选择单向减压阀31的弹性件311的刚度并计算压缩长度。如许用环空压力为20MPa，环空保护液的液体密度为1.0g/cm³，下入液体中的深度为100m，阀座313的球形凹面3131的圆面积为1.14cm²，则该单向减压阀31的开启临界压力为2391.8N，选用弹性件311的外径为27mm，内径为13.5mm，自由长度为50mm，刚度为286.4N/mm，则压缩后的弹性件311的长度为41.64mm。

7)加工单向减压阀31的各部件并组装。安装时保证各部件与扶正凸部2的中心通道22尽量保持同轴。

7.1)将弹性件311与压帽312组装，放入扶正凸部2的中心通道22内，然后依次组装阀座313、不锈钢垫片322、第二密封圈321和阀帽32。根据计算的压簧长度将阀帽32旋入中心通道22内一定深度。

7.2)将入口滤网333、第一密封圈332依次放入扶正凸部2的中心通道22内，旋紧端盖33。

该套管短节10的工作过程如下：短节本体1外部的高压液体通过各扶正凸部2的进液孔21进入各扶正凸部2内，在流经单向减压机构3后从短节本体1的多个进液通道12进入短节本体1的内通道11。其中，高压液体流经单向减压机构3的过程包括：高压液体经端盖33的液流孔331、入口滤网333、阀帽32的进液穿孔323、单向减压阀31流至密封腔体24内，经出口滤网243、进液通道12进入短节本体1的内通道11。

本实用新型的套管短节10，采用布置在扶正凸部2内的单向减压机构3控制井筒内的内外环空流体的连通。该套管短节10的设计原理、制造工艺相对简单，价格较为低廉，且与现场工程实际结合较为紧密，增加了实用性。另外，该套管短节10的扶正凸部2可起到扶正套管的作用，相当于扶正器，有利于改善套管柱的居中条件。

实施方式二

如图1至图11所示，本实用新型还提供一种井口泄压装置，包括：中心管4，所述中心管4的外部套设有内层套管5，所述内层套管5与所述中心管4之间形成有第一环空41；所述第一环空41与井口设置的压力释放管线42相连通；至少一个外层套管6，套设在所述内层套管5的外部，各所述外层套管6上连接有实施方式一中所述的套管短节10。其中，有关套管短节10的具体结构、工作原理和有益效果，在此不再赘述。

本实用新型在各层套管上(包括内层套管5和各外层套管6)安装该套管短节10，在中心管4与内层套管5之间形成有第一环空41，在内层套管5与外层套管6之间形成有第二环空51，各相邻的外层套管6之间形成有环空61，连接在各层套管上的套管短节10分别浸入到第二环空51、环空61中的保护液内，其可以将各层套管的相邻外环空高压流体引入内环空中，最后引入第一环空41，也即，环空61中的高压流体可依次引入第二环空51和第一环空41中，最终由与第一环空41连通的压力释放管线42排放到地面。本实用新型通过设计套管短节10的各扶正凸部2内的单向减压阀31开启临界压力，可控制井口环空压力不超过许用最大值，为管理环空压力、提高井筒完整性提供有效保证。

本实用新型的井口泄压装置，当环空压力达到套管短节预先设定值时，各扶正凸部2内的单向减压阀31开启，外环空的高压液体可进入相邻内环空，同时阻止内环空流体回流进入外环空。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种套管短节，其特征在于，包括：

短节本体，具有内通道，所述短节本体上沿其圆周方向间隔设有多个进液通道，所述多个进液通道与所述内通道相连通；

多个扶正凸部，沿所述短节本体的圆周方向间隔设置在所述短节本体的外壁上，所述扶正凸部的上部与所述进液通道径向相对，所述扶正凸部的下端开设有进液孔，所述扶正凸部具有中心通道，所述进液孔通过所述中心通道与所述进液通道相连通；

多个单向减压机构，各所述单向减压机构设置在各所述扶正凸部的中心通道内；所述单向减压机构具有：

单向减压阀，沿所述中心通道从上至下依次设有弹性件、压帽及阀座，所述压帽的一端套设在所述弹性件上，其另一端能与所述阀座密封配合；

阀帽，连接在所述中心通道内并抵接在所述阀座上，所述阀帽具有与所述进液孔相连通的进液穿孔；

其中，在所述进液孔内流入压力液的状态下，所述压帽能自所述阀座上分离，所述压力液经所述中心通道、所述进液通道流入所述内通道内。

2.如权利要求1所述的套管短节，其特征在于，所述扶正凸部的上部设有密封腔体，所述中心通道通过所述密封腔体与所述进液通道相连通。

3.如权利要求2所述的套管短节，其特征在于，所述密封腔体内设有出口滤网，所述出口滤网与所述进液通道相对设置。

4.如权利要求1或3所述的套管短节，其特征在于，所述短节本体的内壁上设有衬套，所述衬套围设在所述多个进液通道处。

5.如权利要求1所述的套管短节，其特征在于，所述阀帽的外侧设有端盖，所述端盖具有与所述进液穿孔相连通的液流孔，所述端盖位于所述中心通道内，且在所述端盖与所述阀帽之间夹设有第一密封圈和入口滤网。

6.如权利要求1或5所述的套管短节，其特征在于，所述阀帽与所述阀座之间夹设有第二密封圈和不锈钢垫片。

7.如权利要求1所述的套管短节，其特征在于，所述阀座为球座，所述球座具有球形凹面，所述压帽与所述阀座相配合的一端设有球形凸部，所述球形凸部与所述球形凹面相配合。

8.如权利要求7所述的套管短节，其特征在于，所述弹性件为弹簧，所述单向减压阀开启的临界压力由下述公式计算：

F＝A·(P_c+ρ_mgL_m)＝k·△x

其中，F为所述单向减压阀开启的临界压力，A为所述阀座的球形凹面确定的圆的面积，P_c为井口环空压力，ρ_m为所述扶正凸部所在的环空的保护液密度，L_m为所述扶正凸部与其所在的环空的保护液液面的高度距离，k为所述弹簧的弹性刚度，△x为所述弹簧的压缩量。

9.如权利要求1所述的套管短节，其特征在于，所述中心通道内设有内螺纹段，所述阀帽螺纹连接在所述内螺纹段上。

10.一种井口泄压装置，其特征在于，包括：

中心管，所述中心管的外部套设有内层套管，所述内层套管与所述中心管之间形成有第一环空；所述第一环空与井口设置的压力释放管线相连通；

至少一个外层套管，套设在所述内层套管的外部，各所述外层套管上连接有如权利要求1～9中任一项所述的套管短节。