一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置及套管柱

1.一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，包括：接箍本体(10)和热应力释放结构；
所述接箍本体(10)的两端均为锁扣结构，所述接箍本体(10)的两端分别与相邻的两个套管的端部固定连接；
所述热应力释放结构，包括：应力槽(30)；
所述接箍本体(10)的内壁上或外壁上沿周向方向开设有至少一个所述应力槽(30)；
所述应力槽(30)位于靠近所述接箍本体(10)的中部的位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，还包括至少一个支撑环(40)，所述应力槽(30)位于所述接箍本体(10)的内壁上，所述支撑环(40)位于所述应力槽(30)内；
所述支撑环(40)的数量与所述应力槽(30)的数量相同。
3.根据权利要求2所述的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，所述支撑环(40)的截面的形状至少包括圆形或者矩形。
4.根据权利要求1所述的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，所述应力槽(30)位于所述接箍本体(10)的外壁上，所述应力槽(30)内填充有保护材料(50)，所述保护材料(50)的软化温度或熔化温度为100℃‑350℃。
5.根据权利要求1所述的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，所述应力槽(30)的横截面的形状至少包括U型、C型、S型、V型或矩形。
6.根据权利要求5所述的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，所述应力槽(30)的数量为多个。
7.根据权利要求6所述的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，所述应力槽(30)依次间隔设置。
8.根据权利要求6所述的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置，其特征在于，所述应力槽(30)的横截面为S型或V型；
多个所述应力槽(30)依次相接设置。
9.一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放套管柱，其特征在于，包括多个套管和多个如权利要求1‑8任一项所述的释放装置；
相邻的两个所述套管之间通过一个所述释放装置连接。

一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置及套管柱\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于油田开发完井工艺技术领域，具体涉及稠油热采井完井设计中的\n一种装置及套管柱，用于消除注热流体过程中套管柱产生热应力和热应变。\n背景技术\n[0002] 世界稠油资源储量相当丰富，己探明的储量有3000亿吨以上，稠油将成为今后的\n重要能源。由于稠油粘度较高，必须通过各种方法在井下对原油加热，降低稠油的粘度后才\n能进行采油工作。而利用水平井进行热蒸汽的注入，可以有效的增加油层的吸收半径和吸\n收效率，从而显著提高采油效率。\n[0003] 目前，注蒸汽开采被公认是是稠油开采最有效的技术，由于其投资回报率高、增产\n稳产效果明显，表现出很大的优势，近年来在我国有了较快的发展。但在进行注蒸汽开采稠\n油作业过程中同样出现了很多问题，套管损坏就是其中一例。在现场使用过程中，热采井套\n管损坏井的平均完好时间只有4年左右，寿命在5年以内的占套管损坏井数的大半，吞吐5个\n轮次以内就损坏的井占损坏总数的50％以上，有近15％左右的的井在第一个轮次内就破\n坏。因此弄清套管损坏的原因，并提出有效的防治措施，对注蒸汽水平井的完井设计和开采\n方式选择具有重要的意义。\n[0004] 相关技术中，针对稠油热采井套管保护预防热采井套管损坏的措施通常采取三种\n解决方法，一是采用提拉预应力的固井方法，在完井时，在套管柱下部连接地锚与底层固\n定，井口提拉使套管柱伸长，补偿注热流体时套管柱的热伸长，带来的问题是固井时套管居\n中度受影响，对于定向井和井眼轨迹复杂的井完井时，存在预应力提拉不到位，提拉距离短\n的问题。二是在油层部位安装一个套管热应力补偿器的方法，只能部分解决油层部分套管\n热应力应变的问题，而且在套管热伸长的过程中容易造成固井水泥环的破坏。三是增加套\n管的钢级和壁厚，只能部分吸收热应力与应变，不是根本的解决办法。\n[0005] 热应力作用是热采井套管变形损坏的主要原因，这也说明套管在热载荷作用下，\n套管受高温的深度加长，热膨胀应力在套管轴向的分布加长，造成水泥破坏的几率增大，套\n管失去约束的部位增多，套管变形损坏的可能性增大。在热采井完井的过程中，要求水泥返\n高要达到地面，油井的套管柱被固井水泥包裹与固定，注汽过程中高温的影响，套管柱将产\n生应力与应变，现有的提拉预应力完井、套管伸缩补偿器及增加套管钢级和壁厚等措施无\n法很好地释放套管的热应力，使得在注蒸汽过程中产生了大量的套管损坏现象，套管的使\n用寿命较短，严重影响了油田生产的运行。\n实用新型内容\n[0006] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种用于稠油热采井完\n井管柱热应力的释放装置及套管柱。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实\n现：\n[0007] 本实用新型实施例的第一方面提供一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放\n装置，包括：接箍本体和热应力释放结构；\n[0008] 所述接箍本体的两端均为锁扣结构，所述接箍本体的两端分别与相邻的两个套管\n的端部固定连接；\n[0009] 所述热应力释放结构，包括：应力槽；\n[0010] 所述接箍本体的内壁上或外壁上沿周向方向开设有至少一个所述应力槽；\n[0011] 所述应力槽位于靠近所述接箍本体的中部的位置。\n[0012] 在本实用新型的一个实施例中，还包括至少一个支撑环；所述应力槽位于所述接\n箍本体的内壁上，所述支撑环位于所述应力槽内；\n[0013] 所述支撑环的数量与所述应力槽的数量相同。\n[0014] 在本实用新型的一个实施例中，所述支撑环的截面的形状至少包括圆形或者矩\n形。\n[0015] 在本实用新型的一个实施例中，所述应力槽位于所述接箍本体的外壁上，所述应\n力槽内填充有保护材料，所述保护材料的软化温度或熔化温度为100℃‑350℃。\n[0016] 在本实用新型的一个实施例中，所述应力槽的横截面的形状至少包括U型、C型、S\n型、V型或矩形。\n[0017] 在本实用新型的一个实施例中，所述应力槽的数量为多个。\n[0018] 在本实用新型的一个实施例中，所述应力槽依次间隔设置。\n[0019] 在本实用新型的一个实施例中，所述应力槽的横截面为S型或V型；\n[0020] 多个所述应力槽依次相接设置。\n[0021] 本发明实施例的第二方面提供一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放套管\n柱，包括多个套管和多个本发明实施例第一方面中任一项所述的释放装置；相邻的两个所\n述套管之间通过一个所述释放装置连接。\n[0022] 本实用新型的有益效果：\n[0023] 本实用新型的稠油热采井的套管柱热应力释放装置及套管柱，能够补偿套管由于\n热胀冷缩产生的位移，对套管受到的热应力具有一定的释放作用，避免套管受到较大的热\n应力而损坏。同时，接箍安装在两段套管之间，使得全井筒的每两段套管之间都能够具有释\n放热应力的作用，从而可以将热应变从一点扩展到全井筒，使得套管受热应力相对分散和\n均匀，从而使套管不易损坏，大幅度延长了套管的使用寿命。尤其是对于多层开采的稠油\n井，注热流体时还可以更好地保护隔夹层的水泥环不受破坏，利于分层注入、分层开采，提\n高油层纵向的动用效果。\n[0024] 以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。\n附图说明\n[0025] 图1是本实用新型实施例提供的一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放装置\n使用状态的结构示意图；\n[0026] 图2是本实用新型实施例提供的相邻的两个用于稠油热采井完井管柱热应力的释\n放装置的结构示意图；\n[0027] 图3是本实用新型实施例提供的又一种相邻的两个用于稠油热采井完井管柱热应\n力的释放装置的结构示意图；\n[0028] 图4是本实用新型实施例提供的又一种相邻的两个用于稠油热采井完井管柱热应\n力的释放装置的结构示意图。\n[0029] 图5是图2中A部的四种结构形式的结构示意图。\n[0030] 附图标记说明：\n[0031] 10‑接箍本体；30‑应力槽；40‑支撑环；50‑保护材料。\n具体实施方式\n[0032] 下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方\n式不限于此。\n[0033] 实施例一\n[0034] 请参见图1、图2和图4，本实施例在套管的接箍上开设应力槽，能够对每根套管因\n热应变产生的热伸缩进行补偿，通过应力槽能够补偿套管由于热胀冷缩产生的位移。图1中\n示出的是将套管截断后只显示接箍本体10的井下结构示意图。\n[0035] 具体地，本实用新型实施例的第一方面提供一种用于稠油热采井完井管柱热应力\n的释放装置，包括：接箍本体10和热应力释放结构。接箍本体10用于将井下的多个套管连接\n在一起。接箍本体10为管状结构，连接并连通两个套管。接箍本体10的两端均为锁扣结构，\n接箍本体10的两端分别与相邻的两个套管的端部固定连接。其中，锁扣结构为内螺纹的母\n扣，接箍本体10的上下两端与套管的端部螺纹连接。热应力释放结构包括应力槽30，接箍本\n体10的内壁上或外壁上沿周向方向开设有至少一个应力槽30。如图2所示，接箍本体10的内\n壁上沿周向方向开设有至少一个应力槽30。或者如图4所示，接箍本体10的外壁上沿周向方\n向开设有至少一个应力槽30\n[0036] 本实施例中，接箍本体10上具有应力槽30，应力槽30为接箍本体10在圆周方向上\n的环形槽结构。接箍本体10在受到作用力时，应力槽30使得接箍本体10产生一定的伸缩和/\n或弹性形变。应力槽30在受到作用力时在可以发生一定的弹性形变及位移，因此，能够缓冲\n和补偿与接箍本体10连接的套管发生热胀冷缩时的位移，例如套管受热后膨胀，则两段套\n管会对中间的接箍产生压缩，应力槽30可以发生一定的形变，当套管收缩时，对接箍具有一\n定拉伸作用，应力槽30也以发生一定的形变，)，对套管受到的热应力具有一定的释放作用，\n避免套管受到较大的热应力而损坏。同时，接箍安装在两段套管之间，使得全井筒的每两段\n套管之间都能够具有释放热应力的作用，从而可以将热应变从一点扩展到全井筒，使得套\n管受热应力相对分散和均匀，从而使套管不易损坏，大幅度延长了套管的使用寿命，提高了\n稠油热采井的使用寿命，以实现节约成本增加产量的目的。其中，接箍本体10作为承压元件\n具有足够强度承受油井系统的内压(或外压)。\n[0037] 在该实施例中，具有应力槽30的接箍本体10会受到管柱拉力载荷和位移载荷，在\n压力、轴向力、横向力、弯矩或热应变作用下能产生一定位移，能够补偿管线热变形、减震、\n吸收管线沉降变形等。\n[0038] 在一种可行的实现方式中，应力槽30位于靠近所述接箍本体10的中部的位置。\n[0039] 需要说明的是，接箍本体10和应力槽30为一体成型结构。\n[0040] 在一种可行的实现方式中，如图3所示，一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释\n放装置还包括至少一个支撑环40。支撑环40位于应力槽30内。本实施例中，当应力槽30位于\n接箍本体10的内壁上时，支撑环40卡在应力槽30内，应力槽30在轴向方向被压缩时，支撑环\n40能够支撑应力槽30，避免应力槽30在轴向方向上被过度压缩产生的塑性变形，进一步延\n长了接箍的使用寿命。同时，支撑环40可以对应力槽30的在径向方向上起到一定的支撑作\n用，提升了应力槽30的强度，提高了接箍本体10的可靠性。\n[0041] 其中，当应力槽30的数量为多个时，支撑环40的数量与应力槽30的数量相同。每个\n应力槽30中设置一个支撑环40。\n[0042] 在一种可行的实现方式中，支撑环40包括但不限于圆环或者C形环结构。支撑环40\n的截面包括但不限于圆形或矩形，附图中示出的为截面为圆形的支撑环40。\n[0043] 在一种可行的实现方式中，如图4所示，当应力槽30位于接箍本体10的外壁上时，\n应力槽30内填充有保护材料50，保护材料50的软化温度或熔化温度为100℃‑350℃。保护材\n料50在未软化或熔化时，在套管下井时可以避免应力槽30处出现卡井现象，便于下井操作。\n同时，也能够对应力槽30起到保护作用，避免应力槽30在井下发生碰撞而损坏。其中，保护\n材料50包括但不限于为聚四氟乙烯。当井下作业开始后，保护材料50在高温作用下软化或\n者熔化，此时，则不会影响应力槽30发挥其作用。\n[0044] 进一步地，如图5所示，应力槽30位于接箍本体10的外壁或内壁上时，应力槽30的\n横截面形状包括但不限于U型、C型、S型、V型或矩形中的一种。\n[0045] 进一步地，应力槽30的数量和尺寸可以根据实际需要和工作环境进行制作。应力\n槽30的数量可以为多个，多个应力槽30依次间隔设置在接箍本体10的靠近中部位置上，多\n个应力槽30可以在接箍本体10的中心两侧对称设置。\n[0046] 在一种可行的实现方式中，应力槽30的横截面为S型或V型时，多个应力槽30可以\n依次相接在一起，形成一整段的结构形式，例如波浪形。\n[0047] 在一种可行的实现方式中，接箍本体10采用的材料与套管采用的材料相同。\n[0048] 实施例二\n[0049] 本发明实施例的第二方面提供一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释放套管\n柱，包括多个套管和多个实施例一中的释放装置；相邻的两个所述套管之间通过一个所述\n释放装置连接。\n[0050] 实施例三\n[0051] 本实用新型实施例的第三方面还提供一种用于稠油热采井完井管柱热应力的释\n放方法，应用于实施例二的套管柱，在套管的接箍部位设计如实施例一种所述的热应力释\n放结构，以对每根套管因热应变产生的热伸缩进行补偿，通过热应力释放结构能够补偿套\n管由于热胀冷缩产生的位移。热应力释放结构的形式是在套管连接的接箍本体上设计一个\n或多个应力槽，用于释放套管因热伸缩产生的变形。\n[0052] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为\n了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的\n方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。\n[0053] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性\n或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者\n隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个\n以上，除非另有明确具体的限定。\n[0054] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固\n定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是\n机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个\n元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据\n具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。\n[0055] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之\n“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通\n过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第\n一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特\n征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅\n表示第一特征水平高度小于第二特征。\n[0056] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示\n例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特\n点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表\n述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以\n在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将\n本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。\n[0057] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能\n认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术\n人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视\n为属于本实用新型的保护范围。

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