套管保護裝置及套管井的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種套管保護裝置及一種套管井，所述用于保護地下的套管。所述套管保護裝置包括包裹在套管上的彈性機構(gòu)、以及用于限制彈性機構(gòu)移動的限位機構(gòu)。在本實用新型的套管保護裝置及套管井中，套管外包裹了彈性機構(gòu)，當水平方向地應(yīng)力作用時，彈性機構(gòu)利用自己的彈性變形來應(yīng)對地應(yīng)力?？梢栽谝欢ǚ秶鷥?nèi)承受各方向地應(yīng)力的作用，提升套管承受地應(yīng)力的能力，有效的對鉆井套管起到了保護作用。
【專利說明】套管保護裝置及套管井

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及套管井【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種套管保護裝置及一種套管井。

【背景技術(shù)】
[0002]套管鉆井技術(shù)是指在鉆井過程中，直接利用套管代替鉆柱來完成鉆井作業(yè)，即用套管代替鉆桿和鉆挺來對鉆頭施加扭矩和鉆壓，做到邊鉆進邊下套管，鉆完后套管留在井內(nèi)作完井用的一種鉆井技術(shù)。
[0003]套管井的損壞問題是世界范圍的亟待解決的難題，在地下氣化、油田開發(fā)、煤層氣開采等領(lǐng)域均不同程度的發(fā)生了套管損壞的問題。套管井損壞嚴重地區(qū)主要有中國、美國、俄羅斯、北海白堊紀盆地等。杜永軍在其博士論文(套損的影響因素地層的流體壓力與地應(yīng)力研宄，2005年)中指出:套管損壞普遍認為有兩種形式，一是套管彎斷機理，二是套管擠壓縮徑機理。無論是哪一種的套管損壞形式，都是與地層中的流體壓力和地應(yīng)力的異常變化有直接關(guān)系，也就是說地層中的流體壓力與地應(yīng)力的變化是套管損壞的主要因素。其中，地應(yīng)力是指在漫長的地質(zhì)年代里，由于地質(zhì)構(gòu)造運動等原因使地殼物質(zhì)產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力效應(yīng)。地應(yīng)力是地球固體介質(zhì)受重力、多種地球構(gòu)造力和天文動力以及挖掘工程附加動力作用，在介質(zhì)內(nèi)部引起相應(yīng)變形的力學(xué)參數(shù)，它無所不在，無時不在，直接影響著固體介質(zhì)及其蘊含的各種流體的力學(xué)行為。李四光教授是中國地應(yīng)力測量的創(chuàng)始人，早在20世紀40年代他就提出地殼中水平運動為主，水平應(yīng)力起主導(dǎo)作用。
[0004]現(xiàn)有的用于保護套管的一種套管保護裝置，主要是采用在內(nèi)管上聯(lián)接套管接箍，且與上部套管聯(lián)接，內(nèi)管置于外管中，在外管與內(nèi)管中間安裝有密封環(huán)和彈簧，并在上部裝有銷釘，外管下端與下接頭聯(lián)接，下接頭聯(lián)接井下套管。當?shù)貙由仙龝r，伸縮管內(nèi)管脫離，滑動一段距離，能防止套管斷裂，油井仍然能保持安全生產(chǎn)。但是其只能防止因地層上升造成套管斷裂，對于水平方向的地應(yīng)力造成的套管斷裂沒有任何效果。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型目的在于提供一種套管保護裝置和一種套管井，能夠有效的保護埋入地下的套管不受水平方向的地應(yīng)力破壞。
[0006]為達上述優(yōu)點，本實用新型提供一種套管保護裝置，用于保護地下的套管。所述套管保護裝置包括包裹在套管上的彈性機構(gòu)、以及用于限制彈性機構(gòu)移動的限位機構(gòu)。在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述套管保護裝置還包括固定在套管外壁的軌道，所述彈性機構(gòu)在套管側(cè)的表面上設(shè)有與軌道對應(yīng)的凹槽或凸起。
[0007]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述軌道為與套管的軸線平行的豎直凸起。
[0008]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述軌道為設(shè)于套管外壁上的條形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)或螺紋形結(jié)構(gòu)。
[0009]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述彈性機構(gòu)包括外壁層、內(nèi)壁層及彈性填充物，所述彈性填充物填充在外壁層和內(nèi)壁層之間，所述外壁層受到地應(yīng)力時變形。
[0010]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述彈性機構(gòu)還包括設(shè)置在外壁層和內(nèi)壁層上部或下部的環(huán)形層，所述環(huán)形層受到地應(yīng)力時變形。
[0011 ] 在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述套管由數(shù)節(jié)管節(jié)連接組成。
[0012]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述彈性機構(gòu)和所述限位機構(gòu)的數(shù)量為多個，每一彈性機構(gòu)包裹在套管上的管節(jié)連接處，每一限位機構(gòu)設(shè)置于對應(yīng)的彈性機構(gòu)的底部。
[0013]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述每一限位機構(gòu)為一圈水平平行于所述套管橫截面的卡環(huán)。
[0014]本實用新型還提出一種套管井，所述套管井包括上述任意一種套管保護裝置。
[0015]在本實用新型的套管保護裝置及套管井中，套管外包裹了彈性機構(gòu)，當水平方向地應(yīng)力作用時，彈性機構(gòu)利用自己的彈性變形來應(yīng)對地應(yīng)力。可以在一定范圍內(nèi)承受各方向地應(yīng)力的作用，提升套管承受地應(yīng)力的能力，有效的對鉆井套管起到了保護作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1所示為本實用新型第一實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2所示為本實用新型第二實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3所示為本實用新型第三實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4所示為本實用新型第四實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5所示為圖4的套管保護裝置的彈性機構(gòu)的截面示意圖。

【具體實施方式】
[0021]為更進一步闡述本實用新型為達成預(yù)定實用新型目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。
[0022]圖1所示為本實用新型第一實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請參見圖1，本實施例的套管保護裝置10用于保護埋入地下的套管20，包括軌道11、彈性機構(gòu)13、限位機構(gòu)15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構(gòu)13可在軌道11上移動，限位機構(gòu)15用于對彈性機構(gòu)13進行限位。
[0023]套管20的長度為263.45m，套管20的外徑Φ 219mm。套管20插設(shè)于地下鉆孔中，自地面311向下穿過巖層31、含水層33、巖層35后進入煤層37。套管保護裝置10保護套管20不受巖層31、含水層33、巖層35及煤層37產(chǎn)生的地應(yīng)力破壞。套管20露出地面311的部分長lm，深入煤層37的部分長4m。套管20由標準管節(jié)通過焊接連接在一起組成。
[0024]軌道11為套管20外壁上的條形結(jié)構(gòu)，例如為與套管20的軸線平行的豎直凸起；4根軌道11均勻的焊接在套管20上；軌道11與套管20的軸線平行。套管20露出地面311及深入煤層37的部分不設(shè)軌道11。軌道11與套管20的軸線也可以不平行，4根軌道11之間相互平行。彈性機構(gòu)13為橡膠層，橡膠層的長度為258.45m。所需橡膠層的寬度為套管的外周長，即688mm(3i*219mm)，橡膠層的具體厚度通過測量當?shù)氐貞?yīng)力后確定，但厚度不能超過90.5mm (地下鉆孔孔徑400mm與套管外徑219mm差值的一半)。彈性機構(gòu)13的朝向套管20的表面上設(shè)有與軌道11對應(yīng)的凹槽或凸起，該凹槽或凸起具有可容納軌道11的空間或間隙，從而使得彈性機構(gòu)13可沿軌道11滑動。
[0025]限位機構(gòu)15設(shè)置在軌道11的下部，限位機構(gòu)15為焊接在軌道11或套管20上的4個凸起物，所述凸起物為板狀、桿狀或塊狀凸起。當彈性機構(gòu)13到達預(yù)定位置時，彈性機構(gòu)13下部與該凸起物接觸。限位機構(gòu)15可有效地對彈性機構(gòu)13進行限位。
[0026]套管20安裝完成后，彈性機構(gòu)13安裝時，需先將彈性機構(gòu)13卷成圓柱形；使用束緊帶束緊；彈性機構(gòu)13沿軌道11滑動，通過軌道11安裝到套管20上；彈性機構(gòu)13的與限位機構(gòu)15接觸實現(xiàn)限位。常規(guī)洗井，向鉆孔內(nèi)套管20外注入填充物，如水泥漿，固定套管20及周圍巖層。即完成該地下氣化用鉆孔的施工。
[0027]圖2所示為本實用新型第二實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請參見圖2，本實施例的套管保護裝置10用于保護埋入地下的套管20，包括軌道11、彈性機構(gòu)13、限位機構(gòu)15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構(gòu)13可在軌道11上移動，限位機構(gòu)15設(shè)置于彈性機構(gòu)13的底部，用于對彈性機構(gòu)13進行限位。
[0028]套管20的長度為268m，套管20的外徑為Φ 219mm。套管20自地面311向下穿過巖層31、含水層33、巖層35后進入煤層37。套管保護裝置10保護套管20不受巖層31、含水層33、巖層35及煤層37產(chǎn)生的地應(yīng)力破壞。第二實施例的套管20與第一實施例的套管20的不同之處在于，第二實施例的套管20由11根標準長度為25m的管節(jié)通過螺紋連接在一起組成，軌道11的數(shù)量為10根，彈性機構(gòu)13和限位機構(gòu)15的數(shù)量為10個，每一限位機構(gòu)15設(shè)置于對應(yīng)的彈性機構(gòu)13的底部。套管20上具有10個管節(jié)連接處20a。套管20露出地面311的部分長lm，深入煤層37的部分長4m。
[0029]軌道11為套管20外壁上的環(huán)形結(jié)構(gòu)；軌道11與套管20截面平行。10根軌道11均勻的焊接在套管20的管節(jié)連接處20a上方Im處。彈性機構(gòu)13為復(fù)合橡膠彈簧，復(fù)合橡膠彈簧是由金屬螺旋彈簧及其外邊包裹的優(yōu)質(zhì)硫化橡膠或橡膠共同構(gòu)成。彈性機構(gòu)13的內(nèi)徑等于套管20的外徑，即219mm，外徑由地應(yīng)力決定。彈性機構(gòu)13的長度為2m ;彈性機構(gòu)13在套管20側(cè)的表面上設(shè)有與軌道11對應(yīng)的凹槽或凸起，該凹槽或凸起具有可容納軌道11的空間或間隙。
[0030]限位機構(gòu)15設(shè)置在管節(jié)連接處20a的下方，限位機構(gòu)15為焊接在軌道11或套管20上的凸起物，在本實施例中，限位機構(gòu)15為一圈水平平行于套管20橫截面的卡環(huán)，但不以此為限。當彈性機構(gòu)13到達預(yù)定位置時，彈性機構(gòu)13與該凸起物接觸。限位機構(gòu)15可有效的對彈性機構(gòu)13進行限位。
[0031]在套管20的管節(jié)安裝過程中，將彈性機構(gòu)13安裝到套管20上；彈性機構(gòu)13的與限位機構(gòu)15接觸實現(xiàn)限位。然后常規(guī)洗井，向鉆孔內(nèi)套管20外注入填充物，如水泥漿，固定套管20及周圍巖層。即完成該地下氣化用鉆孔的施工。
[0032]需要說明的是，在第二實施例中，套管20、軌道11、彈性機構(gòu)13及限位機構(gòu)15的數(shù)量不以本實施例為限，在其他實施例中，套管20、軌道11、彈性機構(gòu)13及限位機構(gòu)15的數(shù)量為多個即可，具體數(shù)量可依照實際情況作調(diào)整。
[0033]圖3所示為本實用新型第三實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請參見圖3，本實施例的套管保護裝置10用于保護埋入地下的套管20，包括軌道11、彈性機構(gòu)13、限位機構(gòu)15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構(gòu)13可在軌道11上移動，限位機構(gòu)15用于對彈性機構(gòu)13進行限位。
[0034]套管20長度為1000m，套管20自地面311向下穿過巖層31、含水層33、巖層35后進入煤層37。套管保護裝置10保護套管20不受巖層31、含水層33、巖層35及煤層37產(chǎn)生的地應(yīng)力破壞。套管20由標準管節(jié)通過螺紋連接在一起組成。套管20露出地面311的部分長lm，深入煤層37的部分長4m。套管20主要的承受地應(yīng)力作用區(qū)域位于套管20下部500m?800m處。
[0035]軌道11為套管20外壁上的條形結(jié)構(gòu)；8根軌道11均勻的焊接在套管20下部480m?820m處；軌道11與套管20的軸線平行。軌道11與套管20的軸線也可以不平行，但8根軌道11之間需相互平行。彈性機構(gòu)13為橡膠彈簧，橡膠彈簧是一種高彈性體，制作材料包括普通橡膠。彈性機構(gòu)13的高度為320m。彈性機構(gòu)13的內(nèi)徑等于套管20的外徑，外徑由地應(yīng)力決定。彈性機構(gòu)13在套管20側(cè)的表面上設(shè)有與軌道11對應(yīng)的凹槽或凸起，該凹槽或凸起具有可容納軌道11的空間或間隙。
[0036]限位機構(gòu)15設(shè)置在彈性機構(gòu)13的下部和上部，限位機構(gòu)15為固定在軌道11或套管20上的凸起物，當彈性機構(gòu)13到達預(yù)定位置時，彈性機構(gòu)13與該凸起物接觸。限位機構(gòu)15可有效的對彈性機構(gòu)13進行限位。在套管20的管節(jié)安裝過程中，將彈性機構(gòu)13分段安裝到套管20上；彈性機構(gòu)13的與限位機構(gòu)15接觸實現(xiàn)限位。然后常規(guī)洗井，向鉆孔內(nèi)套管20外注入填充物，如水泥漿，固定套管20及周圍巖層。即完成該地下氣化用鉆孔的施工。
[0037]在本實用新型實施例中也可以在套管20有軌道11的部分的管節(jié)安裝完畢后先安裝彈性機構(gòu)13，再安裝余下部分的管節(jié)。
[0038]圖4所示為本實用新型第四實施例的套管保護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請參見圖4，本實施例的套管保護裝置10用于保護埋入地下的套管20包括軌道11、彈性機構(gòu)13、限位機構(gòu)15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構(gòu)13可在軌道11上移動，限位機構(gòu)15用于對彈性機構(gòu)13進行限位。
[0039]套管20為進出氣共用孔，鉆孔鉆進的氣化煤層，套管20的長度為1000m，套管20由20m長的標準管節(jié)通過螺紋連接在一起組成；套管20自地面311向下穿過巖層31、含水層33、巖層35后進入煤層37。套管保護裝置10保護套管20不受巖層31、含水層33、巖層35及煤層37產(chǎn)生的地應(yīng)力破壞。套管20露出地面311的部分長lm，深入煤層37的部分長4m。套管20主要的承受地應(yīng)力作用區(qū)域位于套管20下部500m?800m處。軌道11為套管20外壁上的螺紋形結(jié)構(gòu)；軌道11設(shè)置在套管20的承受地應(yīng)力作用區(qū)域內(nèi)的管節(jié)連接處20a上下2m范圍。
[0040]圖5所示為圖4的套管保護裝置的彈性機構(gòu)的截面示意圖。請一并參見圖5，彈性機構(gòu)13的高度為3m。彈性機構(gòu)13的內(nèi)徑等于套管20的外徑，外徑由地應(yīng)力決定。彈性機構(gòu)13包括外壁層131、內(nèi)壁層133、彈性填充物135及固定在外壁層131和內(nèi)壁層133上部及下部的環(huán)形層(圖未示)。外壁層131及環(huán)形層在承受地應(yīng)力時會產(chǎn)生變形，如布、塑料層，外壁層131最好采用變形時能夠產(chǎn)生一定回復(fù)力的材料，如鐵皮、橡膠皮、舊輪胎。內(nèi)壁層133在套管20側(cè)的表面上設(shè)有與軌道11對應(yīng)的凹槽或凸起，凹槽或凸起內(nèi)具有足夠的空間或間隙可以使彈性機構(gòu)13受到各方向地應(yīng)力時，在一定范圍內(nèi)活動。彈性填充物135可以是橡膠粉、橡膠顆粒、泡沫塑料、海綿、彈性膠泥和彈簧其中的一種或幾種。在本實用新型實施例中也可以不設(shè)置環(huán)形層或內(nèi)壁層133及軌道11。
[0041]限位機構(gòu)15設(shè)置在軌道11的上部和下部，其為固定在軌道11或套管20上的凸起物，在本實施例中，限位機構(gòu)15為一圈水平平行于套管20橫截面的卡環(huán)，但不以此為限。當彈性機構(gòu)13到達預(yù)定位置時，彈性機構(gòu)13與該凸起物接觸。限位機構(gòu)15可有效的對彈性機構(gòu)13進行限位。在套管20的管節(jié)安裝過程中，將彈性機構(gòu)13安裝到套管20上；彈性機構(gòu)13的與限位機構(gòu)15接觸實現(xiàn)限位。然后常規(guī)洗井，向鉆孔內(nèi)套管20外注入填充物，如水泥漿，固定套管20及周圍巖層。即完成該地下氣化用鉆孔的施工。
[0042]需要提出的是在本實用新型的各實施例中可不設(shè)軌道11 ;彈性機構(gòu)13在套管側(cè)的表面上也可不設(shè)與軌道對應(yīng)的凹槽或凸起。
[0043]本實用新型還提供一種套管井，其包括套管保護裝置10，套管保護裝置10的結(jié)構(gòu)及具體工作原理在此不再贅述。
[0044]綜上所述，本實用新型的套管保護裝置和套管井至少具有以下的優(yōu)點:
[0045](I)在本實用新型的套管保護裝置及套管井中，套管外包裹了彈性機構(gòu)，當水平方向地應(yīng)力作用時，彈性機構(gòu)利用自己的彈性變形來應(yīng)對地應(yīng)力。另外，彈性機構(gòu)還可以在一定距離內(nèi)上下滑動或者左右轉(zhuǎn)動，使其可以在一定范圍內(nèi)承受各方向地應(yīng)力的作用，提升套管承受地應(yīng)力的能力，有效的對鉆井套管起到了保護作用，解決了長期未能解決的技術(shù)難題。
[0046](2)在本實用新型的套管保護裝置及套管井的一個實施例中，彈性機構(gòu)的外壁層采用如薄鐵皮、橡膠皮、布、塑料層，舊輪胎；彈性填充物可以是橡膠粉、橡膠顆粒、泡沫塑料、海綿、彈性膠泥和彈簧其中的一種或幾種。套管保護裝置對材料要求低可由廢舊的材料制成，一方面可降低成本，另一方面有效的實現(xiàn)廢物利用。
[0047](3)在本實用新型的套管保護裝置及套管井的一個實施例中，彈性機構(gòu)為復(fù)合橡膠彈簧，復(fù)合橡膠彈簧集金屬彈簧和橡膠彈簧的優(yōu)點于一體，克服了金屬彈簧剛性大、工作噪音高及橡膠彈簧承重量小、形狀及機械性能穩(wěn)定性差等缺點。具有更高的載荷量和大變形量、減震降噪效果更好、工作平穩(wěn)、共振區(qū)間短等優(yōu)點。
[0048](4)在本實用新型的套管保護裝置及套管井的一個實施例中，彈性機構(gòu)為橡膠彈簧，橡膠彈簧彈性模量小，受載后有較大的彈性變形，借以吸收沖擊和振動。它能同時受多向載荷。如有特殊要求可用耐油橡膠制成。該產(chǎn)品減振效果好，共振領(lǐng)域小，使用壽命長，成本低，還有良好的耐寒性，優(yōu)良的氣密性，防水性，電絕緣性。
[0049]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種套管保護裝置(10)，用于保護地下的套管(20)，其特征在于:所述套管保護裝置(10)包括包裹在套管(20)上的彈性機構(gòu)(13)、以及用于限制彈性機構(gòu)(13)移動的限位機構(gòu)(15) ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述套管保護裝置(10)還包括固定在套管(20)外壁的軌道(11)，所述彈性機構(gòu)(13)在套管(20)側(cè)的表面上設(shè)有與軌道(11)對應(yīng)的凹槽或凸起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述軌道(11)為與套管(20)的軸線平行的豎直凸起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述軌道(11)為設(shè)于套管(20)外壁上的條形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)或螺紋形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述彈性機構(gòu)(13)包括外壁層(131)、內(nèi)壁層(133)及彈性填充物(135)，所述彈性填充物(135)填充在外壁層(131)和內(nèi)壁層(133)之間，所述外壁層受到地應(yīng)力時變形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述彈性機構(gòu)(13)還包括設(shè)置在外壁層(131)和內(nèi)壁層(133)上部或下部的環(huán)形層，所述環(huán)形層受到地應(yīng)力時變形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述套管(20)由數(shù)節(jié)管節(jié)連接組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述彈性機構(gòu)(13)和所述限位機構(gòu)(15)的數(shù)量為多個，每一彈性機構(gòu)(13)包裹在套管(20)上的管節(jié)連接處(20a)，每一限位機構(gòu)(15)設(shè)置于對應(yīng)的彈性機構(gòu)(13)的底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:每一限位機構(gòu)(15)為一圈水平平行于所述套管(20)橫截面的卡環(huán)。
10.一種套管井，其特征在于:所述套管井包括權(quán)利要求1至9任一項權(quán)利要求所述的套管保護裝置(10)。
【文檔編號】E21B17/10GK204252861SQ201420639429
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】王媛媛, 趙娟 申請人:新奧氣化采煤有限公司