CN209293765U - 一种筛管热应力补偿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油田作业领域，尤其涉及一种筛管热应力补偿器。筛管热应力补偿器包括对应插接套装在一起的内连接管和外连接管，各连接管的远离另一连接管的一端为连接端，两连接管之间设有在轴向上定位装配两连接管的由热应变材料制成的剪切固定件，所述剪切固定件为剪切销钉，在两连接管上设有对应贯通以安装所述剪切销钉的销钉安装结构。本实用新型中的补偿器改变了现有技术中在补偿器内添加释放剪环来避免剪切销钉被提前剪断的结构设计，简化了补偿器的整体结构，降低了生产成本。

Description

一种筛管热应力补偿器

技术领域

本实用新型涉及油田作业领域，尤其涉及一种筛管热应力补偿器。

背景技术

水平井作为目前油田开采中的一种主要完井方式，其开采过程需要借助防砂筛管来避免地层杂质进入开采管柱同时支撑井壁稳定，当筛管使用在油田稠油区块时，为了提高稠油开采率，还需要向油井注入高温蒸汽，利用高温蒸汽释放的热量将稠油软化，方便油田的开采。但是蒸汽的供给存在周期性，这种周期性会导致管柱产生周期性的热胀冷缩变形，进而容易造成管柱串中防砂筛管及其他工具的损坏，特别是水平井的井身轨迹不规则时，防砂筛管由于弯折会产生局部应力集中，管柱内蒸汽的注入会加剧这种局部应力集中，并且由于油层大量出砂使得防砂筛管被填埋，防砂筛管不能通过自由舒展将局部集中的应力释放，因此就需要在防砂筛管的一端增加补偿器，用于弥补防砂筛管的伸展量和收缩量。

现有技术中的补偿器一般采用能够自由伸缩的套管的形式制成，但是补偿器的内连接管和外连接管在下入至井下相应位置处前，为了防止补偿器提前补偿产生的安装结构的不稳定，内连接管和外连接管之间通过同时穿插在内连接管和外连接管管壁上的剪切销钉进行固定，当补偿器下入至井下相应位置时，剪切销钉通过内连接管和外连接管之间的剪切力进行剪断，进而实现井下管柱自由补偿的目的。由于剪切销钉的强度需要满足被内连接管和外连接管之间的剪切力剪断的要求，因此下至预定位置后的剪切销钉的强度不能太大，但是在向井下安装过程中，为了满足安装固定的要求，剪切销钉又需要具有承受一定的剪切力的能力，因此如何在补偿器下放至井下相应位置之前不被轻易剪断，而在下放至相应位置后又能轻易被剪断成为一个亟需解决的问题。

授权公告号为CN202031493U的中国实用新型公开了一种热变应力双向补偿器，该专利文献中的补偿器主要由外管、内接头、释放剪环、内管、下挡环组成，外管的下端活动连接下挡环，外管内侧的中间部分加工有至少一个凹槽，释放剪环位于凹槽内，内管位于外管和下挡环内，内管的顶端与内接头活动连接，内管的上端分别与释放剪环的内孔和外管的内孔间隙配合，内管的下端与所述下挡环采用间隙配合。上述补偿器的释放剪环采用热应变塑料制成，释放剪环的剪切应力随着温度升高呈现出降低的趋势，补偿器在下放至井下相应位置前，释放剪环由于具有较大的剪切应力不会被轻易剪断，而补偿器下放至井下相应位置后，释放剪环在蒸汽的高温作用下，剪切应力呈现下降的趋势，释放剪环在内管和外管的作用下能够被轻易剪断，从而实现了补偿器在下放至井下位置前不会被轻易剪断的目的。

但是上述补偿器由于需要在其内部添加释放剪环，使得补偿器的整体结构变得复杂，增加了补偿器的制造成本，因此如何提供一种更加简化的方式来解决上述问题成为技术人员思考的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种筛管热应力补偿器，用于解决现有技术中补偿器需要在其内部添加释放剪环导致的补偿器结构复杂，制造成本增加的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型的筛管热应力补偿器采用如下的技术方案：

筛管热应力补偿器包括对应插接套装在一起的内连接管和外连接管，各连接管的远离另一连接管的一端为连接端，两连接管之间设有在轴向上定位装配两连接管的由热应变材料制成的剪切固定件，所述剪切固定件为剪切销钉，在两连接管上设有对应贯通以安装所述剪切销钉的销钉安装结构。

有益效果：剪切销钉采用抗剪强度随着温度变化而变化的热应变材料，使得补偿器在下放至井下相应位置之前，剪切销钉具有抵抗内连接管和外连接管之间较大的剪切力的能力，从而保证了补偿器不会提前产生伸缩补偿作用，使得管柱在下放过程中处于结构稳定的状态，有益于管柱的安装，而当补偿器在下放至井下相应位置后，特别是在向井下注入蒸汽时，在蒸汽高温的作用下，剪切销钉的强度会随着温度的升高而降低，使得内连接管和外连接管之间产生的较小的剪切力就可以将剪切销钉剪断，满足了补偿器自由伸缩补偿的要求，本技术方案中的补偿器改变了现有技术中在补偿器内添加释放剪环来避免剪切销钉被提前剪断的结构设计，简化了补偿器的整体结构，降低了生产成本。

对上述筛管热应力补偿器的进一步改进，所述外连接管的管壁上设有通孔，所述内连接管的管壁上设有盲孔，所述通孔和盲孔共同构成所述销钉安装结构。内连接管上盲孔的设置使得剪切销钉在剪断后，内连接管的管壁依然保持完整，避免了内连接管上遗留通孔的问题。

对上述筛管热应力补偿器的进一步改进，所述外连接管的通孔布置在靠近外连接管朝向内连接管一端的管壁位置。外连接管上用于安装剪切销钉的通孔布置在靠近内连接管一端使得剪切销钉在剪断后遗留的通孔始终处于内连接管轴向长度范围内，避免了外连接管遗留的通孔将补偿器管道内腔与补偿器外侧连通从而导致地层杂质进入补偿器影响正常补偿工作的情况。

对上述筛管热应力补偿器的进一步改进，所述内连接管和外连接管之间在固定剪切销钉后具有轴向的最小重合段，所述最小重合段内的内连接管外周面设有内连接管挡止结构、外连接管内周面设有外连接管挡止结构，所述内连接管挡止结构和外连接管挡止结构在补偿器拉伸至最长时相互挡止配合。挡止结构的设置使得内连接管和外连接管的拉伸具有最大拉伸量，避免了内连接管和外连接管发生分离的情况。

对上述补偿器中挡止结构的进一步改进，所述内连接管挡止结构与外连接管挡止结构均为具有一定锥度的圆锥面。圆锥面的设置使得内连接管和外连接管在拉伸至最大拉伸量时具有缓冲的作用，避免了内连接管和外连接管接口位置处发生剧烈碰撞的情况。

对上述补偿器的进一步改进，所述最小重合段内的内连接管和外连接管之间布置有密封件。密封件的设置保证了内连接管和外连接管在自由拉伸时具有较好的密封效果。

对上述补偿器的进一步改进，所述最小重合段内还布置有调整垫片。调整垫片使得补偿器的整体结构更加稳定，避免了补偿器在反复拉伸和收缩导致的内连接管和外连接管之间产生晃动和不稳定的情况。

对上述补偿器的进一步改进，所述内连接管上与外连接管相对的另一端固定安装有压盖，所述密封件和调整垫片通过压盖固定在内连接管挡止结构和压盖之间。压盖的拧紧作用使得密封件和调整垫片与内外连接管的密封及配合性更好。

优选的，所述外连接管上与内连接管相对的另一端固定安装有接头。接头方便了与油路管柱的固定。

优选的，所述接头上与外连接管相对的另一端固定安装有短节。短节一定程度上延长了油路管柱，方便了油路管柱的整体装配。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的整体结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图中：1-接箍，2-内连接管，3-剪切销钉，4-密封件，5-调整垫片，6-压盖，7-外连接管，8-接头，9-短节。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

本实用新型的筛管热应力补偿器的具体实施例1：

需要说明的是，为方便对本实用新型的描述以及便于读者理解，本实施例的附图中以内连接管一侧为左侧，以外连接管一侧为右侧。

如图1~2所示，本实施例中的筛管热应力补偿器包括内连接管2和外连接管7，内连接管2和外连接管7之间可相对自由滑动。内连接管2的左端连接有接箍1，由于实际生产中的稠油热采井筛管大都采用7寸筛管，本实施例中的接箍1为7寸接箍1。外连接管7的右端依次连接有接头8和短节9。图1中所示的筛管热力补偿器为拉伸至最大长度时的状态，此时内连接管2和外连接管7的对接处包括一段最小重合段。位于最小重合段内的内连接管2外周面为圆锥面，内连接管2上的圆锥面即内连接管挡止结构，位于重合段的外连接管7的内周面布置有与内连接管挡止结构相配的圆锥面，即外连接管挡止结构，内连接管挡止结构和外连接管挡止结构相互插装配合并实现内连接管2和外连接管7的轴向位移的相互挡止，从而限制了内连接管2和外连接管7的最大伸缩量，内连接管挡止结构的直径较大一端朝向右端，并在内连接管2上形成台阶状结构，内连接管2上台阶状结构的右侧套设有密封件4，密封件4可以为单个的长密封件，也可以为多个依次套设的扁状密封件。密封件4的右侧套设有调整垫片5，调整垫片5的数量根据实际情况确定，当采用多个依次套设的扁状密封件时，调整垫片和密封件可间隔交错安装。需要说明的是本实施例中的密封件采用石墨类耐热材料制成，石墨耐热类密封件具有一定的润滑作用，使得内连接管2和外连接管7在拉伸的过程中更加顺畅。内连接管挡止结构限制了密封件4和调整垫片5朝向左侧的位移。密封件4和调整垫片5通过内连接管2右侧的压盖6挤压固定在压盖6和内连接管挡止结构中间，压盖6采用螺纹固定的方式套设在内连接管2的右端。压盖6的右端内侧布置有圆角结构，圆角结构的布置可以起到补偿器伸缩时刮削外连接管内壁附着杂质的作用，并且圆角结构保证了油田生产中后续通过补偿器内的其他工具平稳圆滑顺利通过，圆角结构上还布置有用于拧紧压盖6的拧紧槽。外连接管7的左端安装有剪切销钉3，剪切销钉3沿着外连接管7的径向穿过外连接管7并固定在内连接管2的管壁上，剪切销钉3不穿过内连接管2的管壁，剪切销钉3通过设置在外连接管7上的通孔以及内连接管2上的盲孔将内连接管2和外连接管7进行固定。剪切销钉的材质采用一种热应变材料，该热应变材料具有在常温下能够承受较大的剪切力，在温度达到150℃以上时，剪切销钉的抗剪强度大幅度降低的性能，该热应变材料在高温时的抗剪切强度不足常温时的十分之一。

安装时，先在内连接管挡止结构的右侧穿入相应的密封件4和调整垫片5，然后将压盖6拧在内连接管2的右端，并保证压盖6将密封件4和调整垫片5压在内连接管挡止结构和压盖6中间。然后将内连接管2从外连接管7没有设置外连接管挡止结构的一端穿入，直至内连接管2的左侧穿出外连接管7，此时将内外连接管的销钉孔对齐后安装剪切销钉3，剪切销钉3安装完成后再采用压盖的专用安装工具通过压盖6上的拧紧槽进行拧紧，使得内外连接管之间的密封件4和调整垫片5与内外连接管的密封及配合性更好，最后在内连接管2的左侧固定上接箍1，在外连接管7的右侧依次固定上接头8和短节9。

使用时，将筛管热应力补偿器固定有接箍1的一侧与筛管进行固定连接，将短节9一端与油路管柱固定连接，或将筛管热应力补偿器连接在两根筛管之间，然后将安装完毕的整体管串结构深入井下，直至井下开采位置。当油路管柱中注入蒸汽时，由于剪切销钉3不断受热其抗剪强度不断降低，直至剪切销钉3不能承受内连接管2和外连接管7之间的剪切力使得剪切销钉3被剪断，此时筛管热应力补偿器的内连接管2和外连接管7之间能够实现自由伸缩，从而弥补了筛管的伸长量和收缩量，避免了筛管由于不能伸缩导致的损坏。并且由于内连接管2和外连接管7对接处的密封件4和调整垫片5的设置保障了补偿器在补偿过程中的滑动密封。

在其他实施例中：销钉可以在筛管热应力补偿器收缩一定量时，穿过外连接管靠近左侧端部的位置并固定在内连接管的管壁上；内连接管挡止结构为台阶式结构，外连接管挡止结构为与内连接管挡止结构相配套的台阶式结构；剪切销钉也可以采用其他在常温下具有高抗剪强度，在温度升高后抗剪强度降低的热应变材料。

Claims (10)

1.筛管热应力补偿器，包括对应插接套装在一起的内连接管和外连接管，各连接管的远离另一连接管的一端为连接端，两连接管之间设有在轴向上定位装配两连接管的由热应变材料制成的剪切固定件，其特征在于：所述剪切固定件为剪切销钉，在两连接管上设有对应贯通以安装所述剪切销钉的销钉安装结构。

2.根据权利要求1所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述外连接管的管壁上设有通孔，所述内连接管的管壁上设有盲孔，所述通孔和盲孔共同构成所述销钉安装结构。

3.根据权利要求2所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述外连接管上的通孔布置在靠近外连接管朝向内连接管一端的管壁位置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述内连接管和外连接管之间在固定剪切销钉后具有轴向的最小重合段，所述最小重合段内的内连接管外周面设有内连接管挡止结构、外连接管内周面设有外连接管挡止结构，所述内连接管挡止结构和外连接管挡止结构在补偿器拉伸至最长时相互挡止配合。

5.根据权利要求4所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述内连接管挡止结构与外连接管挡止结构均为具有一定锥度的圆锥面。

6.根据权利要求5所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述最小重合段内的内连接管和外连接管之间布置有密封件。

7.根据权利要求6所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述最小重合段内还布置有调整垫片。

8.根据权利要求7所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述内连接管上与外连接管相对的另一端固定安装有压盖，所述密封件和调整垫片通过压盖固定在内连接管挡止结构和压盖之间。

9.根据权利要求4所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述外连接管的连接端固定安装有接头。

10.根据权利要求9所述的筛管热应力补偿器，其特征在于：所述接头上与外连接管相对的另一端固定安装有短节。