專利名稱：超深鉆井井筒中間支撐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超深鉆井井筒中間支撐裝置。
背景技術(shù)：
超深鉆井(700米以上)井筒若發(fā)生豎向失穩(wěn)會造成兩種后果，一是井筒失穩(wěn)后井筒壁貼近鉆井井幫，造成井筒結(jié)構(gòu)的變形，從而引起井筒的破壞，井筒外的泥漿和地層的水填充到井筒內(nèi)，使井筒垮塌，形成災(zāi)難性后果；另一種情況是，井筒傾倒在鉆井井幫后沒有造成井筒的損壞，這時，由于井筒壁貼近井幫，使成井井筒的有效圓直徑大幅度減少，井筒的提升斷面積達不到設(shè)計要求，井筒無法滿足使用要求，使成井井筒成為廢品。目前我國鉆井法施工的最深紀(jì)錄是板集煤礦主井，該井深660m，井徑6. an，該井井筒下沉到底后，井筒豎向失穩(wěn)已處于臨界狀態(tài)。隨著我國煤炭開發(fā)的難度增加，淺井越來越少，往后千米深井將越來越多，鉆井法施工的豎向失穩(wěn)問題已經(jīng)是下一步發(fā)展的技術(shù)瓶頸。通常解決豎向失穩(wěn)的方法是增加井筒結(jié)構(gòu)的橫斷面形心主慣性矩，達到增強井筒豎向剛度的目的，該方法使井筒截面變大，使井筒制作成本加大，此外井筒變大后，鉆井直徑也就相應(yīng)變大，增加了整個井筒的造價。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種超深鉆井井筒中間支撐裝置，通過在鉆井井筒的中上段某處，沿其周向設(shè)置一圈6 8個中間支撐結(jié)構(gòu)，解決了井筒的失穩(wěn)問題，失穩(wěn)問題的解決使鉆井法施工超700m深井成為可能，并可通過增加中間支撐層數(shù)，解決IOOOm深井鉆井的豎向穩(wěn)定性問題。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案超深鉆井井筒中間支撐裝置，包括預(yù)埋在所述井筒壁內(nèi)的預(yù)埋筒，所述預(yù)埋筒沿所述井筒的徑向設(shè)置且兩端在井筒壁的內(nèi)外貫通，并在所述預(yù)埋筒朝向井筒內(nèi)腔的一端上設(shè)有連接法蘭；在所述連接法蘭上連接有油缸支座，液壓缸設(shè)置于所述油缸支座上；在所述預(yù)埋筒內(nèi)同軸設(shè)置有筒狀的滑靴，所述滑靴的外圓周與所述井筒的內(nèi)壁之間設(shè)有0型密封圈密封，并在所述滑靴的外端設(shè)有封堵法蘭。所述液壓缸的活塞桿軸線與所述筒狀滑靴的軸線重合，所述活塞桿的端部在所述滑靴的內(nèi)腔延伸至所述封堵法蘭的內(nèi)壁上。在所述井筒的一周設(shè)置有6-8個支撐裝置且處在同一水平面上。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明鉆井井筒中間支撐裝置是一個創(chuàng)新型的結(jié)構(gòu)，目前在國內(nèi)鉆井法施工中還沒有應(yīng)用過，本技術(shù)解決了超700m深鉆井的豎向穩(wěn)定性問題，為鉆井法施工700 IOOOm 深井提供了豎向穩(wěn)定性的技術(shù)支持。
2、本發(fā)明鉆井井筒中間支撐裝置采用在預(yù)制井筒時預(yù)埋好預(yù)埋筒，為井筒下沉到底后方便進行中間支撐，是鉆井井筒豎向穩(wěn)定性的解決方法之一，這比單純增加井筒結(jié)構(gòu)的橫斷面主慣性矩來提高豎向穩(wěn)定性又經(jīng)濟又方便，而單純增加井筒橫斷面形心主慣性矩，會造成井筒造價過高，并且可能使井筒過重?zé)o法進行懸浮下沉作業(yè)。3、本發(fā)明鉆井井筒中間支撐裝置通過調(diào)整液壓缸活塞桿伸出量的不同，達到鉆井井底中心和井筒中心軸線重合的目的，保證了井筒的垂直度，同時也提高了井筒提升斷面的有效圓直徑。4、本發(fā)明鉆井井筒中間支撐裝置在井深很大時，若單層中間支撐裝置滿足不了要求，可使用兩層或多層中間支撐裝置。


圖1為本發(fā)明鉆井井筒中間支撐裝置應(yīng)用于井筒上的示意圖；圖2為圖1的A部放大圖；圖3(a、b、c)為鉆井井筒豎向穩(wěn)定性改善示意圖；圖4為本發(fā)明預(yù)埋筒示意圖。圖中標(biāo)號1泥漿，2井筒，3配重水，4井筒底，5預(yù)埋筒蓋，6液壓缸，7油缸支座，8 預(yù)埋筒，9為0型密封圈，10滑靴，11封堵法蘭。
具體實施例方式實施例結(jié)合圖1-4，本實施例的超深鉆井井筒中間支撐裝置，包括預(yù)埋在井筒壁內(nèi)的預(yù)埋筒8，預(yù)埋筒8沿井筒的徑向設(shè)置且兩端在井筒壁的內(nèi)外貫通，并在預(yù)埋筒8朝向井筒內(nèi)腔的一端上設(shè)有連接法蘭；在連接法蘭上以螺栓螺母連接有油缸支座7，液壓缸6設(shè)置于油缸支座7上；在預(yù)埋筒8內(nèi)同軸設(shè)置有筒狀的滑靴10，滑靴 10的外圓周與井筒的內(nèi)壁之間設(shè)有0型密封圈9密封，并在滑靴的外端設(shè)有封堵法蘭11。具體設(shè)置中，液壓缸6的活塞桿軸線與筒狀滑靴10的軸線重合，在活塞桿的端部螺紋連接一推塊12，推塊12在滑靴的內(nèi)腔延伸至封堵法蘭11的內(nèi)壁上。實際應(yīng)用中，在井筒的一周設(shè)置有6-8個支撐裝置且處在同一水平面上。實際應(yīng)用中，井筒2下沉?xí)r泥漿1具有一定的浮力，井筒不能垂直地下沉到鉆井井底，先要在井筒內(nèi)注入一定量的配重水3，井筒下沉?xí)r根據(jù)公式(1)計算井筒是否發(fā)生豎向失穩(wěn)，不失穩(wěn)則無需加中間支撐，若失穩(wěn)，先是選擇單層鉆井井筒中間支撐裝置的所處深度，公式⑴如下。(O式中Hcr——豎向穩(wěn)定的井深臨界值，m ；η——穩(wěn)定系數(shù)18. 78 52. 40 ；E——井筒橫截面的組合材料彈性模量，N/m2 ；I——井筒橫截面的形心主慣性矩，m4 ；q——井筒的單位長度重量，N/m。η的取值說明由于實際鉆井井筒底4與鉆井井底的接觸情況，如圖1所示，介于鉸支座和固定支座之間，穩(wěn)定系數(shù)η的取值在18. 78 52. 40之間。根據(jù)目前我國最深鉆井的工程實例(板集煤礦風(fēng)井，井深660m)，取η = 不會發(fā)生豎向失穩(wěn)問題。若井深H > Hct可能發(fā)生豎向失穩(wěn)時，應(yīng)增加鉆井井筒的中間支撐。我們先假設(shè)設(shè)置一層中間支撐，該支撐距離井口的高度為tv則下段井壁高度為Ii1，如圖3 (a、b、c)所示， 而后再根據(jù)公式(1)和( 分別驗算上下段井筒是否失穩(wěn)。
EIPcr=rI-TJ⑵
hi式中P。r——集中荷載，N ；
_( 0.5ql 2 _ 2 _ 0.5仏-H13η—穩(wěn)定系數(shù)，=π εΓ~Ε、I——同公式(1)；Ill—井筒中間支撐到井底的距離，m ；η —穩(wěn)定系數(shù)，該值為負時，將可能發(fā)生豎向失穩(wěn)。Q1——井筒中間支撐到井底段的井筒單位長度重量，N/m。當(dāng)hQ < h0cr時，上段井筒不會發(fā)生豎向失穩(wěn)，當(dāng)P1 < Pcr時，下段井筒就不會發(fā)生豎向失穩(wěn)，若上述條件不滿足時，應(yīng)調(diào)整h的值，直至滿足不失穩(wěn)狀態(tài)為止。如果，采用上述方法仍不能達到不失穩(wěn)條件時，則可考慮兩層中間支撐，兩層支撐結(jié)構(gòu)要分別驗算上、中、下三段井筒是否發(fā)生豎向失穩(wěn)，方法同上，這樣可以輕而易舉地解決IOOOm以上深井鉆井法豎向穩(wěn)定性問題。確定中間支撐位置后，在預(yù)制該處井筒時，根據(jù)井筒大小，均布6 8個中間支撐結(jié)構(gòu)的預(yù)埋筒(圖4所示)。而后在井筒懸浮下沉前將預(yù)埋筒蓋5鑿出，去掉預(yù)埋筒蓋，安裝好0型圈9、滑靴10，以滑靴貼緊井筒外壁為準(zhǔn)。當(dāng)井筒下沉到離井底IOOmm左右時，下人，帶上小型油缸用液壓站，將液壓缸的活塞桿伸出，活塞桿端部的推塊12推動封堵法蘭帶動整個滑靴10伸出，封堵法蘭的外壁伸出到鉆井井幫上，每個支撐點活塞桿伸出的量是不同的(根據(jù)超聲波測井的數(shù)據(jù)計算)，以達到中間支撐位置的中心和井底中心的垂直線吻合為目的，而后繼續(xù)下沉井筒到井底。
權(quán)利要求
1.超深鉆井井筒中間支撐裝置，其特征在于包括預(yù)埋在所述井筒壁內(nèi)的預(yù)埋筒(8)，所述預(yù)埋筒(8)沿所述井筒的徑向設(shè)置且兩端在井筒壁的內(nèi)外貫通，并在所述預(yù)埋筒朝向井筒內(nèi)腔的一端上設(shè)有連接法蘭；在所述連接法蘭上連接有油缸支座(7)，液壓缸(6)設(shè)置于所述油缸支座(7)上； 在所述預(yù)埋筒(8)內(nèi)同軸設(shè)置有筒狀的滑靴(10)，所述滑靴的外圓周與所述井筒的內(nèi)壁之間設(shè)有0型密封圈(9)密封，并在所述滑靴的外端設(shè)有封堵法蘭(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深鉆井井筒中間支撐裝置，其特征在于，所述液壓缸(6)的活塞桿軸線與所述筒狀滑靴(10)的軸線重合，所述活塞桿的端部在所述滑靴的內(nèi)腔延伸至所述封堵法蘭(11)的內(nèi)壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超深鉆井井筒中間支撐裝置，其特征在于，在所述井筒的一周設(shè)置有6-8個支撐裝置且處在同一水平面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超深鉆井井筒中間支撐裝置，包括預(yù)埋在所述井筒壁內(nèi)的預(yù)埋筒，所述預(yù)埋筒沿所述井筒的徑向設(shè)置且兩端在井筒壁的內(nèi)外貫通，并在所述預(yù)埋筒朝向井筒內(nèi)腔的一端上設(shè)有連接法蘭；在所述連接法蘭上連接有油缸支座，液壓缸設(shè)置于所述油缸支座上；在所述預(yù)埋筒內(nèi)同軸設(shè)置有筒狀的滑靴，所述滑靴的外圓周與所述井筒的內(nèi)壁之間設(shè)有O型密封圈密封，并在所述滑靴的外端設(shè)有封堵法蘭。本發(fā)明解決了井筒的失穩(wěn)問題，失穩(wěn)問題的解決使鉆井法施工超700m深井成為可能，并可通過增加中間支撐層數(shù)，解決1000m深井鉆井的豎向穩(wěn)定性問題。
文檔編號E21D7/00GK102392647SQ20111031694
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者劉林林, 史基盛, 王厚良, 王珍, 馬進 申請人:中煤礦山建設(shè)集團有限責(zé)任公司