CN114000850B - 一种直通式热采套管头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及套管头技术领域，尤其涉及一种直通式热采套管头及其使用方法。直通式热采套管头包括套管头本体，所述套管头本体内部坐封卡瓦悬挂器，上方通过螺杆螺母组件连接补偿法兰，所述补偿法兰设有供油层套管膨胀伸长的补偿高度，所述套管头本体和补偿法兰之间夹持设有与其同轴线的环形连接盘，所述连接盘与所述套管头本体之间嵌设第一石墨密封圈，与所述补偿法兰的内壁之间嵌设第二石墨密封圈，所述卡瓦悬挂器与所述套管头本体坐封处嵌设第三石墨密封圈。本发明提供的直通式热采套管头结构稳定性好，密封效果好，施工安全性高。

Description

一种直通式热采套管头及其使用方法

技术领域

本发明涉及套管头技术领域，尤其涉及一种直通式热采套管头及其使用方法。

背景技术

热采套管头主要用于“稠油热采”的油井，即向井内注入高温蒸汽（一般为400℃），使井底的稠油受热而粘度降低，便于开采。热采套管头一般为间歇工作制，开采时往井内连续注入400℃左右的高温蒸汽，持续半个月左右，然后进行开采，待粘度升高后，再向井内注入高温蒸汽，如此循环。目前热采套管头一般采用石墨密封圈作为密封材料，石墨密封圈能够耐高温，但不具有弹性，在间歇工作时，表层套管、油层套管、套管头、悬挂器等金属件发生热胀冷缩，由于各个金属件的尺寸及材质存在差异，使得各个金属件热胀冷缩的程度不同，彼此之间容易产生间隙，使得密封位置尺寸发生变化，最终导致密封效果降低、甚至失效。此外，注入高温蒸汽时，油层套管热膨胀轴向伸长，推挤压合在油层套管上端的采油树，造成安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题至少之一，本发明提供一种直通式热采套管头，包括套管头本体，所述套管头本体内部坐封卡瓦悬挂器，上方通过螺杆螺母组件连接补偿法兰，所述补偿法兰设有供油层套管膨胀伸长的补偿高度，所述套管头本体和补偿法兰之间夹持设有与其同轴线的环形连接盘，所述连接盘与所述套管头本体之间嵌设第一石墨密封圈，与所述补偿法兰的内壁之间嵌设第二石墨密封圈，所述卡瓦悬挂器与所述套管头本体坐封处嵌设第三石墨密封圈。

优选的，所述第一石墨密封圈为圆环形，嵌设于所述套管头本体内环壁上端的第一密封圈槽中；所述第二石墨密封圈包括具有菱形截面且外径递减的粗径段和细径段，所述补偿法兰的内环面下端设有嵌设所述粗径段上半部的第二密封圈槽，所述粗径段下半部及所述细径段嵌设于所述连接盘的内环壁上；所述第三石墨密封圈截面为近V字型，套设于所述卡瓦悬挂器中卡瓦座上的第三密封圈槽中。

优选的，所述连接盘包括上升降机构、驱动机构和下升降机构，所述驱动机构可随温度变化推动所述上升降机构和下升降机构轴向相对移动，所述上升降机构轴向移动时推动所述第二石墨密封圈紧密卡入所述补偿法兰的第二密封圈槽中。

优选的，所述驱动机构内设有平面涡卷双向记忆合金，所述平面涡卷双向记忆合金内端连接可旋转的动环，外端连接不可旋转的外圆环，所述动环的上下两端分别螺纹连接所述上升降机构和下升降机构，温度变化使所述平面涡卷双向记忆合金在紧密卷绕和疏松卷绕之间切换，驱动所述动环旋转，使所述上升降机构和下升降机构产生轴向相对移动。

优选的，所述上升降机构由上到下包括可拆卸连接的上升降环和上固定环，所述上升降环和上固定环的外环壁滑动抵接所述外圆环的内侧壁，内环壁包覆所述第二石墨密封圈的粗径段下半部，所述上固定环的下端面设有第一内螺纹管。

优选的，所述下升降机构由下到上包括可拆卸连接的下升降环和下固定环，所述下升降环和下固定环的外环壁滑动抵接所述外圆环的内侧壁，内环壁包覆所述第二石墨密封圈的细径段下部，所述下固定环的上端面设有第二内螺纹管。

优选的，所述下升降环的内环面圆周等距设有多个径向凹槽，所述径向凹槽内水平固定设有第一弹簧，所述第一弹簧连接滑块，所述滑块具有与所述第二石墨密封圈细径段斜面抵接的楔形抵接面。

优选的，所述下升降环的下端面设有与其同轴线的环形压紧机构，所述环形压紧机构包括第二弹簧，所述第二弹簧的底部连接环形活塞，所述卡瓦座的外环壁上端设有第六密封圈槽，所述第六密封圈槽内设有第六石墨密封圈，所述环形活塞压紧所述第六石墨密封圈。

优选的，所述环形活塞的底部设有双向记忆金属环，所述套管头本体的内侧壁设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽的下端面与所述卡瓦悬挂器的卡瓦座上端面位于同一平面，当温度达到相变温度以上，所述双向记忆金属环发生形变插入所述第一环形凹槽，当温度降至相变温度以下，所述双向记忆金属环形变恢复，脱离所述第一环形凹槽。

本发明提供一种直通式热采套管头的使用方法，包括以下步骤：

步骤S100、将套管头本体固定于井口，套管头本体下方螺纹连接表层套管；

步骤S200、将第三石墨密封圈下入套管头本体内，然后下入卡瓦悬挂器，第三石墨密封圈嵌入卡瓦座与套管头本体的坐封处，然后下入第六石墨密封圈，使其嵌入卡瓦座的第六密封圈槽内；

步骤S300、将油层套管下入卡瓦悬挂器内，卡瓦牙下滑并抱紧油层套管；

步骤S400、将第一石墨密封圈放入套管头本体的第一密封圈槽内，然后将连接盘放置于套管头本体的上端面，此时连接盘下方的双向记忆金属环压紧第六石墨密封圈；

步骤S500、将第二石墨密封圈放置于油层套管和连接盘之间，然后放入补偿法兰，第二石墨密封圈的粗径段上半部插入补偿法兰的第二密封圈槽内，通过螺杆螺母组件连接补偿法兰和套管头本体；

步骤S600、注入蒸汽时，双向记忆金属环发生形变，插入套管头本体的第一环形凹槽内，将卡瓦悬挂器锁紧，防止卡瓦悬挂器在油层套管热胀时向上滑移；同时平面涡卷双向记忆合金发生形变，驱动动环旋转，动环驱动与其螺纹连接的上升降机构上升，下升降机构下降，补偿金属热膨胀时产生的间隙，上升降机构上升时推动第二石墨密封圈上升，使第二石墨密封圈紧密卡入补偿法兰的第二密封圈槽内，下升降机构下降紧压套管头本体的上端面，使第一石墨密封圈紧密卡在套管头本体和连接盘之间；

步骤S700、停止注蒸汽后，环境温度降至初始状态，双向记忆金属环和平面涡卷双向记忆合金形变恢复，连接盘恢复初始状态。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

1、本发明设置了补偿法兰，补偿油层套管的轴向热膨胀伸长，避免油层套管挤压采油树，提高了施工安全性；在补偿法兰和连接盘的内壁之间嵌设包覆油层套管的第二石墨密封圈，在连接盘和套管头本体之间嵌设第一石墨密封圈，在卡瓦悬挂器与套管头本体坐封处嵌设第三石墨密封圈，提高了热采套管头的整体密封效果；

2、第二石墨密封圈采用了具有菱形截面且外径递减的结构，增大了第一密封圈与补偿法兰的接触面积，延长了第二石墨密封圈的轴向长度，进一步提高了密封效果；第三石墨密封圈的截面为近V字型，设置于卡瓦座与套管头本体坐封处，使卡瓦悬挂器与套管头本体之间的密封更加充分；

3、连接盘可以随温度的变化轴向伸缩，从而补偿金属元件之间由于热胀冷缩而产生的轴向间隙，同时还可以使第二石墨密封圈始终保持与补偿法兰的紧密连接状态，进一步提高密封性；

4、连接盘的驱动机构内设置平面涡卷双向记忆合金，通过环境温度的变化实现平面涡卷双向记忆合金卷绕形态的切换，卷绕形态切换时推动动环旋转，从而驱动与动环螺纹连接的上升降机构和下升降机构发生轴向相对位移，实现连接盘随温度变化的轴向伸缩；

5、连接盘的下升降机构内设置具有楔形抵接面的滑块，第一弹簧推动滑块径向滑动，滑块一方面可以为第二石墨密封圈提供支撑，避免其下端悬空，另一方面可以通过其楔形抵接面向上推动第二石墨密封圈，使其能够及时消除第二石墨密封圈与补偿法兰之间的轴向缝隙，进一步提高密封稳定性；

6、连接盘的下方设置环形压紧机构，可以向卡瓦悬挂器施加下压力，卡瓦悬挂器在自重、油层套管的重力以及环形压紧机构提供的下压力的共同作用下牢固的坐封于套管头本体内；此外环形压紧机构还起到固定第六石墨密封圈的作用，进一步提高了热采套管头的整体密封性；

7、环形压紧机构的底部设有双向记忆金属环，双向记忆金属环通过环境温度的变化实现变径，锁定或解锁卡瓦悬挂器，使卡瓦悬挂器在高温蒸汽环境中不随油层套管的热胀产生轴向滑移，进一步提高了卡瓦悬挂器坐封的稳定性；

综上所述，本发明提供的直通式热采套管头结构稳定性好，密封效果好，施工安全性高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中套管头本体的结构示意图；

图3为图1中第二石墨密封圈的结构示意图；

图4为图1中补偿法兰的结构示意图；

图5为图1中卡瓦悬挂器的结构示意图；

图6为图1中连接盘的结构示意图；

图7为图5的爆炸视图；

图8为平面涡卷双向记忆合金形变状态示意图。

附图标记说明：

01、油层套管，02、表层套管，1、套管头本体，11、第一密封圈槽，12、下导槽，13、第一环形凹槽，2、卡瓦悬挂器，21、卡瓦座，211、第三密封圈槽，212、第六密封圈槽，22、卡瓦牙，3、连接盘，31、上升降机构，311、上升降环，3111、第四密封圈槽，3112、第二环形凹槽，3113、第一环状凸缘，3114、第一通孔，312、上固定环，3121、第一内螺纹管，313、第四石墨密封圈，32、驱动机构，321、内圆环，322、外圆环，3221、上导杆，3222、下导杆，323、轴承，324、动环，325、平面涡卷双向记忆合金，33、下升降机构，331、下升降环，3311、第五密封圈槽，3312、大孔径段，3313、第二环状凸缘，3314、第二通孔，3315、小孔径段，332、下固定环，3321、第二内螺纹管，333、第五石墨密封圈，334、径向凹槽，335、第一弹簧，336、滑块，3361、楔形抵接面，337、压紧机构，3371、环形套筒，3372、第三环形凹槽，3373、第二弹簧，3374、环形活塞，3375、环形台阶槽，3376、双向记忆金属环，4、补偿法兰，41、第二密封圈槽，42、上导槽，5、第一石墨密封圈，6、第二石墨密封圈，61、粗径段，62、细径段， 7、第三石墨密封圈，8、第六石墨密封圈，9、螺杆螺母组件。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

结合附图1至5，本实施例提供了一种直通式热采套管头，包括套管头本体1，所述套管头本体1内部坐封卡瓦悬挂器2，上方通过螺杆螺母组件9连接补偿法兰4，所述补偿法兰4设有供油层套管01膨胀伸长的补偿高度，所述套管头本体1和补偿法兰4之间夹持设有与其同轴线的环形连接盘3，所述连接盘3与所述套管头本体1之间嵌设第一石墨密封圈5，与所述补偿法兰4的内壁之间嵌设第二石墨密封圈6，所述卡瓦悬挂器2与所述套管头本体1坐封处嵌设第三石墨密封圈7。

上述技术方案中，补偿法兰4顶端连接采油树（图中未示出），补偿法兰4的内径优选与油层套管01的外径一致，使油层套管01可以沿其内壁密封滑动，当通入高温蒸汽时，油层套管01可在补偿法兰4内部热膨胀轴向伸长，避免了油层套管01热膨胀轴向伸长时直接挤压采油树，造成安全隐患。

本发明中的密封圈均采用石墨材质，石墨的热稳定性好，但是不具备弹性，因此在设置石墨材质的密封圈时，需要将其嵌设在两个相邻的面之间，才能保证其密封性。在补偿法兰4和套管头本体1之间设置连接盘3，第二石墨密封圈6嵌设在补偿法兰4和连接盘3的内壁之间，使其包覆油层套管01，通过第二石墨密封圈6密封油层套管01与补偿法兰4和连接盘3之间的缝隙，第一石墨密封圈5嵌设在连接盘3和套管头本体1之间，密封连接盘3和套管头本体1之间的缝隙，同时将第三石墨密封圈7嵌设在卡瓦悬挂器2与套管头本体1坐封处，通过多重密封，提高了热采套管头的整体密封效果。

在一个具体实施方式中，提供了第一石墨密封圈5、第二石墨密封圈6和第三石墨密封圈7的优选技术方案，所述第一石墨密封圈5为圆环形，嵌设于所述套管头本体1内环壁上端的第一密封圈槽11中；所述第二石墨密封圈6包括具有菱形截面且外径递减的粗径段61和细径段62，所述补偿法兰4的内环面下端设有嵌设所述粗径段61上半部的第二密封圈槽41，所述粗径段61下半部及所述细径段62嵌设于所述连接盘3的内环壁上；所述第三石墨密封圈7截面为近V字型，套设于所述卡瓦悬挂器2中卡瓦座21上的第三密封圈槽211中。

上述技术方案中，如图3所示，第二石墨密封圈6粗径段61的上端围合成一个倒锥台型的孔，如图4所示，补偿法兰4的内环面开设与其相适应的第二密封圈槽41，第二石墨密封圈6粗径段61的尖端插入到第二密封圈槽41内，既增大了第二石墨密封圈6与补偿法兰4的接触面积，提高密封效果，又充分保护了第二石墨密封圈6，使其尖端不受磨损；细径段62延长了第二石墨密封圈6的轴向长度，进一步提高其密封效果，此外，细径段62与粗径段61形成台阶，提高第二石墨密封圈6在连接盘3内的嵌设稳定性。

第三石墨密封圈7的截面为近V字型，如图5所示，第三石墨密封圈7设置于卡瓦座21与套管头本体1坐封处，具体而言第三石墨密封圈7上端包覆卡瓦座21的圆环段的外环壁下端，下端包覆卡瓦座21的锥形段的外环壁上端，使卡瓦悬挂器2与套管头本体1之间的密封更加充分。

实施例2

结合附图6至8，本实施例提供了一种适用于实施例1的连接盘3，具体技术方案如下，所述连接盘3包括上升降机构31、驱动机构32和下升降机构33，所述驱动机构32可随温度变化推动所述上升降机构31和下升降机构33轴向相对移动，所述上升降机构31轴向移动时推动所述第二石墨密封圈6紧密卡入所述补偿法兰4的第二密封圈槽41中。

上述技术方案中，连接盘3可以随温度的变化轴向伸缩，从而补偿金属元件之间由于热胀冷缩而产生的轴向间隙，同时还可以使第二石墨密封圈6始终保持与补偿法兰4的紧密连接状态，进一步提高密封性。

在一个具体实施方式中，驱动机构32的技术方案如下，如图7所示，所述驱动机构32内设有平面涡卷双向记忆合金325，所述平面涡卷双向记忆合金325内端连接可旋转的动环324，外端连接不可旋转的外圆环322，所述动环324的上下两端分别螺纹连接所述上升降机构31和下升降机构33，温度变化使所述平面涡卷双向记忆合金325在紧密卷绕和疏松卷绕之间切换，驱动所述动环324旋转，使所述上升降机构31和下升降机构33产生轴向相对移动。

上述技术方案中，平面涡卷双向记忆合金325具有一个相变温度，并具有紧密卷绕和疏松卷绕两种卷绕形态（参考图8），两种卷绕形态可以随温度的变化切换，两种形态进行切换时，会推动动环324旋转。例如，环境温度小于相变温度时，平面涡卷双向记忆合金325围绕动环324呈现紧密卷绕的形态，卷绕的层数较多，环境温度等于或者大于相变温度时，平面涡卷双向记忆合金325围绕动环324变为疏松卷绕的形态，卷绕的层数减少，在卷绕的层数减少的过程中会推动动环324旋转，从而驱动上升降机构31和下升降机构33发生轴向相对移动。平面涡卷双向记忆合金325的材质包括但不限于铜锌铝双行程记忆合金和镍钛双行程记忆合金。

上述技术方案中，动环324可以直接旋转套设于第二石墨密封圈6的细径段62，外圆环322可以采用任意方式进行周向固定。为了进一步降低动环324的旋转阻力及其对第二石墨密封圈6的磨损以及提高外圆环322结构的紧凑性，本实施例对驱动机构32的结构进行进一步优化，其技术方案如下，如图7所示，所述驱动机构32还包括内圆环321，所述内圆环321的内环壁包覆所述第二石墨密封圈6的细径段62，外环壁通过轴承323可旋转连接动环324，所述外圆环322的上端面圆周等距设有多个上导杆3221，下端面圆周等距设有多个下导杆3222，如图3所示，所述补偿法兰4的下端面圆周等距设有多个与所述上导杆3221相应的上导槽42，如图7所示，所述套管头本体1的上端面设有多个与所述下导杆3222相应的下导槽12。

在一个具体实施方式中，上升降机构31的技术方案如下，如图7所示，所述上升降机构31由上到下包括可拆卸连接的上升降环311和上固定环312，所述上升降环311和上固定环312的外环壁滑动抵接所述外圆环322的内侧壁，内环壁包覆所述第二石墨密封圈6的粗径段61下半部，所述上固定环312的下端面设有第一内螺纹管3121。

上述技术方案中，上升降环311和上固定环312可以采用任意方式可拆卸连接，动环324在第一内螺纹管3121内旋转时，驱动上升降机构31轴向移动，上升降机构31轴向移动时带动第二石墨密封圈6轴向移动。为了进一步提高上升降机构31的密封性并防止其周向滑转，对上升降机构31的结构进行进一步优化，其技术方案如下，所述上升降环311的上端面设有第一环状凸缘3113，所述第一环状凸缘3113上设有多个与所述上导杆3221相应的第一通孔3114，所述上升降环311的外环面下端设有第四密封圈槽3111，内环面上端设有第二环形凹槽3112，所述第四密封圈槽3111内设有第四石墨密封圈313，所述第二石墨密封圈6的粗径段61下半部设于所述第二环形凹槽3112内，所述上固定环312将所述第四石墨密封圈313固定于所述第四密封圈槽3111内。

在一个具体实施方式中，下升降机构33的技术方案如下，如图7所示，所述下升降机构33由下到上包括可拆卸连接的下升降环331和下固定环332，所述下升降环331和下固定环332的外环壁滑动抵接所述外圆环322的内侧壁，内环壁包覆所述第二石墨密封圈6的细径段62下部，所述下固定环332的上端面设有第二内螺纹管3321。

上述技术方案中，下升降环331和下固定环332可以采用任意方式可拆卸连接，动环324在第二内螺纹管3321内旋转时，驱动下升降机构33轴向移动。为了进一步提高下升降机构33的密封性以及防止其周向滑转，对下升降机构33的结构进行进一步优化，其技术方案如下，所述下升降环331的下端面设有第二环状凸缘3313，所述第二环状凸缘3313上设有与所述下导杆3222相应的第二通孔3314，所述下升降环331的外环面上端设有第五密封圈槽3311，所述第五密封圈槽3311内设有第五石墨密封圈333，所述下固定环332将所述第五石墨密封圈333固定于所述第五密封圈槽3311内。所述下升降环331的内环面包括上方的大孔径段3312和下方的小孔径段3315，所述大孔径段3312的内径与所述第二石墨密封圈6细径段62的外径相等，所述小孔径段3315的内径与所述第二石墨密封圈6的内径相等（即小孔径段3315直接包覆油层套管01的外壁）；所述第二石墨密封圈6的细径段62下部设于所述大孔径段3312内。

在一个具体实施方式中，如图7所示，所述下升降环331的内环面圆周等距设有多个径向凹槽334，所述径向凹槽334内水平固定设有第一弹簧335，所述第一弹簧335连接滑块336，所述滑块336具有与所述第二石墨密封圈6细径段62斜面抵接的楔形抵接面3361。上述技术方案中，第一弹簧335始终处于被压缩状态并向内推挤滑块336，一方面可以为第二石墨密封圈6提供支撑，避免其下端悬空，另一方面可以通过楔形抵接面3361向上推动第二石墨密封圈6，使其能够及时消除第二石墨密封圈6与补偿法兰4上第二密封圈槽41之间的轴向缝隙，进一步提高密封稳定性。

在一个具体实施方式中，如图7所示，所述下升降环331的下端面设有与其同轴线的环形压紧机构337，所述环形压紧机构337包括第二弹簧3373，所述第二弹簧3373底部连接环形活塞3374，所述卡瓦座21的外环壁上端设有第六密封圈槽212，所述第六密封圈槽212内设有第六石墨密封圈8，所述环形活塞3374压紧所述第六石墨密封圈8。

上述技术方案中，环形压紧机构337可以向卡瓦悬挂器2施加下压力，第二弹簧3373可以自动调整压紧机构337的轴向长度，第二弹簧3373自然伸长状态下的长度大于下升降环331与卡瓦座21之间的轴向长度，当环形活塞3374抵接卡瓦座21时，第二弹簧3373处于被压缩状态，第二弹簧3373的弹性力即为压紧机构337对卡瓦悬挂器2提供的下压力，卡瓦悬挂器2在自重、油层套管01的重力以及环形压紧机构337提供的下压力的共同作用下牢固的坐封于套管头本体1内；此外环形压紧机构337还起到固定第六石墨密封圈8的作用，第六石墨密封圈8对套管头本体1和卡瓦悬挂器2起辅助密封作用，进一步提高了热采套管头的整体密封性。

第二弹簧3373可以直接固定于下升降环331的下端面，也可以采用如下优选连接方式，所述压紧机构337还包括固定于所述下升降环331下端面的环形套筒3371，所述环形套筒3371的下端面轴向设有第三环形凹槽3372，所述第三环形凹槽3372内轴向固定第二弹簧3373，所述第二弹簧3373的底部连接环形活塞3374，所述环形活塞3374可在所述第三环形凹槽3372内轴向滑动。上述结构中，环形套筒3371一方面可以为第二弹簧3373和环形活塞3374提供保护，另一方面可以起到导向作用，避免第二弹簧3373和环形活塞3374下压时产生偏移和晃动。

在一个具体实施方式中，如图7所示，所述环形活塞3374的底部设有双向记忆金属环3376，所述套管头本体1的内侧壁设有第一环形凹槽13，所述第一环形凹槽13的下端面与所述卡瓦悬挂器2的卡瓦座21上端面位于同一平面，当温度达到相变温度以上，所述双向记忆金属环3376发生形变插入所述第一环形凹槽13，当温度降至相变温度以下，所述双向记忆金属环3376形变恢复，脱离所述第一环形凹槽13。

上述技术方案中，双向记忆金属环3376具有一个相变温度，通过环境温度的变化实现变径，锁定或解锁卡瓦悬挂器2；具体而言，在室温下，环形活塞3374挤压双向记忆金属环3376，使双向记忆金属环3376压紧第六石墨密封圈8；当通入高温蒸汽时，环境温度达到相变温度以上，双向记忆金属环3376变径并部分插入第一环形凹槽13内，未插入部分继续压紧第六石墨密封圈8，实现对卡瓦悬挂器2的锁定，使卡瓦悬挂器2不能随油层套管01的热胀产生轴向滑移，进一步提高了卡瓦悬挂器2坐封的稳定性。双向记忆金属环3376的材质包括但不限于铜锌铝双行程记忆合金和镍钛双行程记忆合金。

环形活塞3374和双向记忆金属环3376可以采用分体式结构，即将环形活塞3374直接按压在双向记忆金属环3376的上端面，也可以采用以下优选连接方式，所述环形活塞3374的外环壁下方设有环形台阶槽3375，所述环形台阶槽3375内螺纹连接双向记忆金属环3376。上述连接方式使双向记忆金属环3376固定于环形活塞3374上，便于安装，同时减少了零件丢失的风险。

实施例3

本实施例提供了一种直通式热采套管头的使用方法，包括以下步骤：

步骤S100、将套管头本体1固定于井口，套管头本体1下方螺纹连接表层套管02；

步骤S200、将第三石墨密封圈7下入套管头本体1内，然后下入卡瓦悬挂器2，第三石墨密封圈7嵌入卡瓦座21与套管头本体1的坐封处，然后下入第六石墨密封圈8，使其嵌入卡瓦座21的第六密封圈槽212内；

步骤S300、将油层套管01下入卡瓦悬挂器2内，卡瓦牙22下滑并抱紧油层套管01；

步骤S400、将第一石墨密封圈5放入套管头本体1的第一密封圈槽11内，然后将连接盘3放置于套管头本体1的上端面，此时连接盘3下方的双向记忆金属环3376压紧第六石墨密封圈8；

步骤S500、将第二石墨密封圈6放置于油层套管01和连接盘3之间，然后放入补偿法兰4，第二石墨密封圈6的粗径段61上半部插入补偿法兰4的第二密封圈槽41内，通过螺杆螺母组件9连接补偿法兰4和套管头本体1；

步骤S600、注入蒸汽时，双向记忆金属环3376发生形变，插入套管头本体1的第一环形凹槽13内，将卡瓦悬挂器2锁紧，防止卡瓦悬挂器2在油层套管01热胀时向上滑移；同时平面涡卷双向记忆合金325发生形变，驱动动环324旋转，动环324驱动与其螺纹连接的上升降机构31上升，下升降机构33下降，补偿金属热膨胀时产生的间隙，上升降机构31上升时推动第二石墨密封圈6上升，使第二石墨密封圈6紧密卡入补偿法兰4的第二密封圈槽41内，下升降机构33下降紧压套管头本体1的上端面，使第一石墨密封圈5紧密卡在套管头本体1和连接盘3之间；

步骤S700、停止注蒸汽后，环境温度降至初始状态，双向记忆金属环3376和平面涡卷双向记忆合金325形变恢复，连接盘3恢复初始状态。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种直通式热采套管头，包括套管头本体（1），其特征在于，所述套管头本体（1）内部坐封卡瓦悬挂器（2），上方通过螺杆螺母组件（9）连接补偿法兰（4），所述补偿法兰（4）设有供油层套管（01）膨胀伸长的补偿高度，所述套管头本体（1）和补偿法兰（4）之间夹持设有与其同轴线的环形连接盘（3），所述连接盘（3）与所述套管头本体（1）之间嵌设第一石墨密封圈（5），与所述补偿法兰（4）的内壁之间嵌设第二石墨密封圈（6），所述卡瓦悬挂器（2）与所述套管头本体（1）坐封处嵌设第三石墨密封圈（7）；所述连接盘（3）包括上升降机构（31）、驱动机构（32）和下升降机构（33）；所述驱动机构（32）内设有平面涡卷双向记忆合金（325），所述平面涡卷双向记忆合金（325）内端连接可旋转的动环（324），外端连接不可旋转的外圆环（322），所述动环（324）的上下两端分别螺纹连接所述上升降机构（31）和下升降机构（33），温度变化使所述平面涡卷双向记忆合金（325）在紧密卷绕和疏松卷绕之间切换，驱动所述动环（324）旋转，使所述上升降机构（31）和下升降机构（33）产生轴向相对移动。

2.根据权利要求1所述的一种直通式热采套管头，其特征在于，所述第一石墨密封圈（5）为圆环形，嵌设于所述套管头本体（1）内环壁上端的第一密封圈槽（11）中；所述第二石墨密封圈（6）包括具有菱形截面且外径递减的粗径段（61）和细径段（62），所述补偿法兰（4）的内环面下端设有嵌设所述粗径段（61）上半部的第二密封圈槽（41），所述粗径段（61）下半部及所述细径段（62）嵌设于所述连接盘（3）的内环壁上；所述第三石墨密封圈（7）截面为近V字型，套设于所述卡瓦悬挂器（2）中卡瓦座（21）上的第三密封圈槽（211）中。

3.根据权利要求2所述的一种直通式热采套管头，其特征在于，所述驱动机构（32）可随温度变化推动所述上升降机构（31）和下升降机构（33）轴向相对移动，所述上升降机构（31）轴向移动时推动所述第二石墨密封圈（6）紧密卡入所述补偿法兰（4）的第二密封圈槽（41）中。

4.根据权利要求3所述的一种直通式热采套管头，其特征在于，所述上升降机构（31）由上到下包括可拆卸连接的上升降环（311）和上固定环（312），所述上升降环（311）和上固定环（312）的外环壁滑动抵接所述外圆环（322）的内侧壁，内环壁包覆所述第二石墨密封圈（6）的粗径段（61）下半部，所述上固定环（312）的下端面设有第一内螺纹管（3121）。

5.根据权利要求4所述的一种直通式热采套管头，其特征在于，所述下升降机构（33）由下到上包括可拆卸连接的下升降环（331）和下固定环（332），所述下升降环（331）和下固定环（332）的外环壁滑动抵接所述外圆环（322）的内侧壁，内环壁包覆所述第二石墨密封圈（6）的细径段（62）下部，所述下固定环（332）的上端面设有第二内螺纹管（3321）。

6.根据权利要求5所述的一种直通式热采套管头，其特征在于，所述下升降环（331）的内环面圆周等距设有多个径向凹槽（334），所述径向凹槽（334）内水平固定设有第一弹簧（335），所述第一弹簧（335）连接滑块（336），所述滑块（336）具有与所述第二石墨密封圈（6）细径段（62）斜面抵接的楔形抵接面（3361）。

7.根据权利要求6所述的一种直通式热采套管头，其特征在于，所述下升降环（331）的下端面设有与其同轴线的环形压紧机构（337），所述环形压紧机构（337）包括第二弹簧（3373），所述第二弹簧（3373）的底部连接环形活塞（3374），所述卡瓦座（21）的外环壁上端设有第六密封圈槽（212），所述第六密封圈槽（212）内设有第六石墨密封圈（8），所述环形活塞（3374）压紧所述第六石墨密封圈（8）。

8.根据权利要求7所述的一种直通式热采套管头，其特征在于，所述环形活塞（3374）的底部设有双向记忆金属环（3376），所述套管头本体（1）的内侧壁设有第一环形凹槽（13），所述第一环形凹槽（13）的下端面与所述卡瓦悬挂器（2）的卡瓦座（21）上端面位于同一平面，当温度达到相变温度以上，所述双向记忆金属环（3376）发生形变插入所述第一环形凹槽（13），当温度降至相变温度以下，所述双向记忆金属环（3376）形变恢复，脱离所述第一环形凹槽（13）。

9.根据权利要求8所述的一种直通式热采套管头的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100、将套管头本体（1）固定于井口，套管头本体（1）下方螺纹连接表层套管（02）；

步骤S200、将第三石墨密封圈（7）下入套管头本体（1）内，然后下入卡瓦悬挂器（2），第三石墨密封圈（7）嵌入卡瓦座（21）与套管头本体（1）的坐封处，然后下入第六石墨密封圈（8），使其嵌入卡瓦座（21）的第六密封圈槽（212）内；

步骤S300、将油层套管（01）下入卡瓦悬挂器（2）内，卡瓦牙（22）下滑并抱紧油层套管（01）；

步骤S400、将第一石墨密封圈（5）放入套管头本体（1）的第一密封圈槽（11）内，然后将连接盘（3）放置于套管头本体（1）的上端面，此时连接盘（3）下方的双向记忆金属环（3376）压紧第六石墨密封圈（8）；

步骤S500、将第二石墨密封圈（6）放置于油层套管（01）和连接盘（3）之间，然后放入补偿法兰（4），第二石墨密封圈（6）的粗径段（61）上半部插入补偿法兰（4）的第二密封圈槽（41）内，通过螺杆螺母组件（9）连接补偿法兰（4）和套管头本体（1）；

步骤S600、注入蒸汽时，双向记忆金属环（3376）发生形变，插入套管头本体（1）的第一环形凹槽（13）内，将卡瓦悬挂器（2）锁紧，防止卡瓦悬挂器（2）在油层套管（01）热胀时向上滑移；同时平面涡卷双向记忆合金（325）发生形变，驱动动环（324）旋转，动环（324）驱动与其螺纹连接的上升降机构（31）上升，下升降机构（33）下降，补偿金属热膨胀时产生的间隙，上升降机构（31）上升时推动第二石墨密封圈（6）上升，使第二石墨密封圈（6）紧密卡入补偿法兰（4）的第二密封圈槽（41）内，下升降机构（33）下降紧压套管头本体（1）的上端面，使第一石墨密封圈（5）紧密卡在套管头本体（1）和连接盘（3）之间；

步骤S700、停止注蒸汽后，环境温度降至初始状态，双向记忆金属环（3376）和平面涡卷双向记忆合金（325）形变恢复，连接盘（3）恢复初始状态。

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