套管保護(hù)裝置及套管井的制作方法
【專利摘要】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(hù)裝置及一種套管井。本實用新型提供一種套管保護(hù)裝置，用于保護(hù)地下的套管，其特征在于：所述套管保護(hù)裝置包括多個保護(hù)筒，多個保護(hù)筒沿著所述套管的徑向依次套設(shè)于所述套管上，每一保護(hù)筒的兩端部各設(shè)有一限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)套設(shè)在所述套管上并相對于所述套管固定，用于限制對應(yīng)保護(hù)筒的移動范圍。在本實用新型的套管保護(hù)裝置及套管井中，套管外包裹了保護(hù)筒，當(dāng)水平方向地應(yīng)力作用時，保護(hù)筒利用自己的抗壓能力以及自由轉(zhuǎn)動來應(yīng)對地應(yīng)力。保護(hù)筒可在套管上一定范圍內(nèi)移動，可承受各方向地應(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(hù)作用，解決了長期未解決的技術(shù)難題。
【專利說明】套管保護(hù)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(hù)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(jìn)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(yán)重地區(qū)主要有中國、美國、俄羅斯、北海白堊紀(jì)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(rèn)為有兩種形式，一是套管彎斷機(jī)理，二是套管擠壓縮徑機(jī)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(yùn)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(jì)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(hù)套管的一種套管保護(hù)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(dāng)?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(hù)裝置和一種套管井，能夠有效的保護(hù)埋入地下的套管不受水平方向的地應(yīng)力破壞。
[0006]為達(dá)上述優(yōu)點，本實用新型提供一種套管保護(hù)裝置，用于保護(hù)地下的套管，其特征在于:所述套管保護(hù)裝置包括多個保護(hù)筒，多個保護(hù)筒沿著所述套管的徑向依次套設(shè)于所述套管上，每一保護(hù)筒的兩端部各設(shè)有一限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)套設(shè)在所述套管上并相對于所述套管固定，用于限制對應(yīng)保護(hù)筒的移動范圍。
[0007]在本實用新型的一個實施例中，所述保護(hù)筒與所述套管之間或兩個保護(hù)筒之間設(shè)有彈性填充物。
[0008]在本實用新型的一個實施例中，每一保護(hù)筒頂部的所述限位機(jī)構(gòu)固定于所述保護(hù)筒內(nèi)，每一保護(hù)筒底部的所述限位機(jī)構(gòu)固定于所述保護(hù)筒外。
[0009]在本實用新型的一個實施例中，所述套管保護(hù)裝置還包括一限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)套設(shè)于所述套管上，且位于所述保護(hù)筒中最外層的保護(hù)筒的上方。
[0010]在本實用新型的一個實施例中，所述保護(hù)筒的底部設(shè)有底板，所述保護(hù)筒的頂部設(shè)有頂板，所述套管穿過所述底板及所述頂板。
[0011]在本實用新型的一個實施例中，所述套管由數(shù)節(jié)管節(jié)組成，所述保護(hù)筒套在所述套管上的所述管節(jié)連接處。
[0012]在本實用新型的一個實施例中，所述保護(hù)筒分為多組，每一組中保護(hù)筒的數(shù)量為多個，多個保護(hù)筒沿著所述套管的徑向依次套設(shè)于所述套管上。
[0013]在本實用新型的一個實施例中，所述保護(hù)筒為圓管結(jié)構(gòu)。
[0014]在本實用新型的一個實施例中，所述保護(hù)筒為剛性保護(hù)筒。
[0015]本實用新型還提供一種套管井，其包括上述任意一種套管保護(hù)裝置。
[0016]在本實用新型的套管保護(hù)裝置及套管井中，套管外包裹了保護(hù)筒，當(dāng)水平方向地應(yīng)力作用時，保護(hù)筒利用自己的抗壓能力以及自由轉(zhuǎn)動來應(yīng)對地應(yīng)力。保護(hù)筒可在套管上一定范圍內(nèi)移動，可承受各方向地應(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(hù)作用，解決了長期未解決的技術(shù)難題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1所示為本實用新型第一實施例的套管保護(hù)裝置的示意圖。
[0018]圖2所示為圖1的套管保護(hù)裝置的保護(hù)筒的截面示意圖。
[0019]圖3所示為本實用新型第二實施例的套管保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020]為更進(jìn)一步闡述本實用新型為達(dá)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(xì)說明如后。
[0021]圖1所示為本實用新型第一實施例的套管保護(hù)裝置的示意圖。請參見圖1，本實施例的套管保護(hù)裝置10用于保護(hù)埋入地下的套管20，包括多個保護(hù)筒11、彈性填充物13、限位機(jī)構(gòu)15，其中限位機(jī)構(gòu)15固定在套管20的外壁上，限位機(jī)構(gòu)15用于對保護(hù)筒11進(jìn)行限位，彈性填充物13設(shè)置在保護(hù)筒11的內(nèi)部。多個保護(hù)筒11是指兩個或兩個以上的保護(hù)筒
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[0022]套管20長度為800m的圓形鋼管，套管20外徑為219mm ;套管20自地面311向下穿過巖層31、含水層33、巖層35后進(jìn)入煤層37。套管保護(hù)裝置10保護(hù)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由數(shù)根管節(jié)通過焊接連接在一起組成；套管井的鉆孔孔徑為400mm，套管20主要的承受應(yīng)力作用區(qū)位于套管20地下300m?600m處。保護(hù)筒11為圓形鋼管，三個保護(hù)筒11套在套管20上，所述三個保護(hù)筒11的壁厚相同，直徑不同；三個保護(hù)筒11的內(nèi)徑分別為269mm、319mm、369mm，直徑大的保護(hù)筒11的長度大于直徑小的保護(hù)筒11的長度，三個保護(hù)筒11的長度分別為300m、350m、400m，但不以此為限。在本實用新型套管保護(hù)裝置的其他實施例中，直徑最小的保護(hù)筒11的內(nèi)徑可以等于套管20的外徑。
[0023]保護(hù)筒11需要有足夠的厚度保證保護(hù)筒11的強(qiáng)度能夠克服地應(yīng)力。保護(hù)筒11的下部固定有底板111，保護(hù)筒11的上部固定有頂板113，底板111和頂板113均為內(nèi)徑與套管20外徑相同，外徑與保護(hù)筒11內(nèi)徑相同的環(huán)形鋼板，但不以此為限。底板111和頂板113既可以是一塊完整的鋼板直接加工而成，也可以由數(shù)塊鋼板焊接在一起制成。在本實用新型其他實施例中，保護(hù)筒11可以采用其他形狀的管材，如截面為方形、多邊形的管材；保護(hù)筒11也可以采用其他不易變形的材料制成的管材，如銅、鋁、合金、塑料、木材、混凝土、鋼筋混凝土。
[0024]圖2所示為圖1的套管保護(hù)裝置的保護(hù)筒的截面的示意圖。請一并參見圖2，彈性填充物13設(shè)置在保護(hù)筒11的內(nèi)部，所述彈性填充物13為橡膠層、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。底板111和頂板113有效的防止彈性填充物撒漏。11、限位機(jī)構(gòu)15可套設(shè)在所述套管20上，限位機(jī)構(gòu)15固定在套管20的外壁上，限位機(jī)構(gòu)15為焊接在套管20上的環(huán)形鋼板，由于限位機(jī)構(gòu)15承受保護(hù)筒11的非常大的重力，設(shè)置多個限位機(jī)構(gòu)15可以保證保護(hù)筒11的限位；限位機(jī)構(gòu)15設(shè)置在每個保護(hù)筒11的底板111、頂板113的下部附近以及頂板113的上部附近。底板111、頂板113與其下部的限位機(jī)構(gòu)15接觸。限位機(jī)構(gòu)15可有效的對保護(hù)筒11進(jìn)行限位。保護(hù)筒11可在一定范圍內(nèi)移動。套管保護(hù)裝置10還包括一限位機(jī)構(gòu)152，所述限位機(jī)構(gòu)152套設(shè)于所述套管20上，且位于所述保護(hù)筒11中最外層的保護(hù)筒11的上方。
[0025]套管保護(hù)裝置10可按以下步驟安裝，但不以此為限。
[0026]第一步，預(yù)先在套管20地下600m的位置附近布置三個與套管20橫截面平行的環(huán)形鋼板制成的限位機(jī)構(gòu)15，限位機(jī)構(gòu)15需確保3個直徑、長度不同的保護(hù)筒11均設(shè)置在套管20的主要承受地應(yīng)力的區(qū)域，即地下300-600m范圍，保護(hù)筒11的長度方向的中點最好都在地下450m附近；限位機(jī)構(gòu)15的內(nèi)外圓直徑分別與對應(yīng)的保護(hù)筒11的外徑、套管20的外徑相同；
[0027]第二步，在套管20上安裝3個保護(hù)筒11的下部、并在下端3個保護(hù)筒11的下端焊接底板111 ;直徑最小的保護(hù)筒11的可在焊接底板111之后安裝到套管20上。
[0028]第三步，安裝保護(hù)筒11剩余部分并填充彈性填充物13，先按保護(hù)筒11的直徑從小到大在各保護(hù)筒11的頂部邊緣焊接先焊接頂板113下的限位機(jī)構(gòu)15再焊接頂板113，在小直徑的保護(hù)筒11到達(dá)安裝頂板113的位置以前直徑大的保護(hù)筒11需要等小直徑的保護(hù)筒11的頂板113安裝完畢后才能安裝高度高于小直徑的保護(hù)筒11的部分。
[0029]第四步，在直徑最大的保護(hù)筒11的上方1m處的套管20外壁上，焊接與套管20橫截面平行的水平環(huán)形卡環(huán)，限位機(jī)構(gòu)15的內(nèi)外圓直徑分別與對應(yīng)的保護(hù)筒11的外徑、套管20的外徑相同。
[0030]在本實用新型套管保護(hù)裝置10的其他實施例中，為了便于限位機(jī)構(gòu)15安裝可將限位機(jī)構(gòu)15分成數(shù)個部分，這樣限位機(jī)構(gòu)15在安裝到套管20上時無需套入套管20，可直接焊接到套管20上。
[0031]套管保護(hù)裝置10與套管20安裝完畢后，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]圖3所示為本實用新型第二實施例的套管保護(hù)裝置的示意圖。請參見圖3，本實施例的套管保護(hù)裝置10用于保護(hù)埋入地下的套管20，包括多組保護(hù)筒11和限位機(jī)構(gòu)15，其中限位機(jī)構(gòu)15固定在套管20的外壁上，限位機(jī)構(gòu)15用于對保護(hù)筒11進(jìn)行限位。多組保護(hù)筒11是指兩組及兩組以上的保護(hù)筒。
[0033]套管20長度為268m的圓形鋼管，套管20外徑為219mm ;套管20由數(shù)根管節(jié)通過焊接連接在一起組成，形成數(shù)個管節(jié)連接處20a ;套管井的終孔孔徑400mm ;套管20自地面311向下穿過巖層31、含水層33、巖層35后進(jìn)入煤層37。套管保護(hù)裝置10保護(hù)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。
[0034]每組保護(hù)筒11包括兩個以上的多個保護(hù)筒11沿著套管20的徑向依次套設(shè)于所述套管20上。保護(hù)筒11為圓形鋼管，直徑不同的兩種保護(hù)筒11套在套管20的若干個管節(jié)連接處20a的上下Im及1.5m范圍內(nèi)，所述兩種保護(hù)筒11的壁厚可以不同，直徑不同；兩個保護(hù)筒11的內(nèi)徑分別為269mm、299mm，直徑大的保護(hù)筒11的長度大于直徑小的保護(hù)筒11的長度，兩種保護(hù)筒11的長度分別為3m和2m，但不以此為限。保護(hù)筒11需要有足夠的厚度，確保保護(hù)筒11的強(qiáng)度能夠克服地應(yīng)力。保護(hù)筒11的上部固定有頂板113，頂板113為內(nèi)徑與套管20外徑相同，外徑與保護(hù)筒11內(nèi)徑相同的環(huán)形鋼板，但不以此為限。頂板113既可以是一塊完整的鋼板直接加工而成，也可以由數(shù)塊鋼板焊接在一起制成。
[0035]限位機(jī)構(gòu)15固定在套管20的外壁上，限位機(jī)構(gòu)15為焊接套管20的環(huán)形鋼板，限位機(jī)構(gòu)15設(shè)置在每個保護(hù)筒11的下部、頂板113的下部以及頂板113的上部附近，即在管節(jié)連接處20a的上方lm、l.5m,2m以及管節(jié)連接處20a的下方lm、l.5處設(shè)置限位機(jī)構(gòu)15。需要提出的是限位機(jī)構(gòu)15既可以是一塊完整的鋼板直接加工而成，也可以由數(shù)塊鋼板焊接在套管20上組成，限位機(jī)構(gòu)15可有效的對保護(hù)筒11進(jìn)行限位。保護(hù)筒11可一定范圍內(nèi)移動。
[0036]套管保護(hù)裝置10可按以下步驟安裝，但不以此為限。
[0037]第一步，在安裝管節(jié)后，在管節(jié)連接處20a下方lm、l.5m及上方Im處焊接限位機(jī)構(gòu)15 ；
[0038]第二步，套入直徑小的帶有頂板113的保護(hù)筒11 ;
[0039]第三步，焊接在管節(jié)連接處20a上方1.5m處的焊接限位機(jī)構(gòu)15 ；
[0040]第四步，安裝直徑大的保護(hù)筒11 ;
[0041]第五步，在管節(jié)連接處20a上方2m處的焊接限位機(jī)構(gòu)15。
[0042]套管保護(hù)裝置10與套管20安裝完畢后，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。
[0043]本實用新型還提供一種套管井，其包括套管保護(hù)裝置10，套管保護(hù)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(hù)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(hù)裝置及套管井中，套管外包裹了保護(hù)筒，當(dāng)水平方向地應(yīng)力作用時，保護(hù)筒利用自己的抗壓能力以及自由轉(zhuǎn)動來應(yīng)對地應(yīng)力。保護(hù)筒可在套管上一定范圍內(nèi)移動，可承受各方向地應(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(hù)作用，解決了長期未解決的技術(shù)難題。
[0046](2)在本實用新型套管保護(hù)裝置和套管井的一個實施例中，保護(hù)筒對形狀、直徑、材質(zhì)的要求低，在選用保護(hù)筒時可以有效的利用廢舊的管材，如廢舊鋼管、未達(dá)到建筑要求的但滿足本實用新型套管保護(hù)裝置要求強(qiáng)度的不合格混凝土管粧、箱梁等。
[0047](3)在本實用新型套管保護(hù)裝置和套管井的一個實施例中，由于保護(hù)筒內(nèi)部設(shè)置了彈性填充物，當(dāng)保護(hù)筒遭受地應(yīng)力時保護(hù)筒、彈性填充物和套管都承受一定的地應(yīng)力，此外還可減小保護(hù)筒產(chǎn)生的變形，有效的提高了套管保護(hù)裝置的整體抗變形能力和受壓能力。
[0048](4)在本實用新型套管保護(hù)裝置和套管井的一個實施例中，彈性填充物可以是橡膠層、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(hù)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。
[0049](5)在本實用新型套管保護(hù)裝置和套管井的一個實施例中，采用鋼管制成的保護(hù)筒，由于鋼管在承受地應(yīng)力時變形會存在較大的回復(fù)力，當(dāng)直徑大的保護(hù)筒擠壓直徑小的保護(hù)筒時，直徑大的保護(hù)筒依然具有回復(fù)力，這大大提高了套管保護(hù)裝置的整體抗壓能力。
[0050](6)在本實用新型套管保護(hù)裝置和套管井的一個實施例中，將套管保護(hù)裝置僅設(shè)置在承受地應(yīng)力能力較差的管節(jié)連接處，減少或去除了在套管在承受地應(yīng)力能力較好的區(qū)域的套管保護(hù)裝置。
[0051](7)在本實用新型套管保護(hù)裝置和套管井的一個實施例中，由于采用套管保護(hù)裝置保護(hù)套管，降低了對套管強(qiáng)度的要求，降低了套管的成本。
[0052]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(dāng)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(hù)裝置(10)，用于保護(hù)地下的套管(20)，其特征在于:所述套管保護(hù)裝置(10)包括多個保護(hù)筒(11)，多個保護(hù)筒(11)沿著所述套管(20)的徑向依次套設(shè)于所述套管(20)上，每一保護(hù)筒(11)的兩端部各設(shè)有一限位機(jī)構(gòu)(15)，所述限位機(jī)構(gòu)(15)套設(shè)在所述套管(20)上并相對于所述套管(20)固定，用于限制對應(yīng)保護(hù)筒(11)的移動范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:所述保護(hù)筒(11)與所述套管(20)之間或兩個保護(hù)筒(11)之間設(shè)有彈性填充物(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:每一保護(hù)筒(11)頂部的所述限位機(jī)構(gòu)(15)固定于所述保護(hù)筒(11)內(nèi)，每一保護(hù)筒(11)底部的所述限位機(jī)構(gòu)(15)固定于所述保護(hù)筒(11)夕卜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:所述套管保護(hù)裝置(10)還包括一限位機(jī)構(gòu)(152)，所述限位機(jī)構(gòu)(152)套設(shè)于所述套管(20)上，且位于所述保護(hù)筒(11)中最外層的保護(hù)筒(11)的上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:所述保護(hù)筒(11)的底部設(shè)有底板(111)，所述保護(hù)筒(11)的頂部設(shè)有頂板(113)，所述套管(20)穿過所述底板(111)及所述頂板(113)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:所述套管(20)由數(shù)節(jié)管節(jié)組成，所述保護(hù)筒(11)套在所述套管(20)上的所述管節(jié)連接處(20a)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:所述保護(hù)筒(11)分為多組，每一組中保護(hù)筒(11)的數(shù)量為多個，多個保護(hù)筒(11)沿著所述套管(20)的徑向依次套設(shè)于所述套管(20)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:所述保護(hù)筒(11)為圓管結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管保護(hù)裝置(10)，其特征在于:所述保護(hù)筒(11)為剛性保護(hù)筒。
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(hù)裝置(10)。
【文檔編號】E21B17/10GK204252862SQ201420639451
【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 申請人:新奧氣化采煤有限公司