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、以及用于限制彈性機構移動的限位機構。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，當水平方向地應力作用時，彈性機構利用自己的彈性變形來應對地應力?？梢栽谝欢ǚ秶鷥瘸惺芨鞣较虻貞Φ淖饔?，提升套管承受地應力的能力，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
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及套管井【技術領域】，特別是一種套管保護裝置及一種套管井。
【背景技術】
[0002]套管鉆井技術是指在鉆井過程中，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作完井用的一種鉆井技術。
[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力的異常變化有直接關系，也就是說地層中的流體壓力與地應力的變化是套管損壞的主要因素。其中，地應力是指在漫長的地質年代里，由于地質構造運動等原因使地殼物質產生了內應力效應。地應力是地球固體介質受重力、多種地球構造力和天文動力以及挖掘工程附加動力作用，在介質內部引起相應變形的力學參數(shù)，它無所不在，無時不在，直接影響著固體介質及其蘊含的各種流體的力學行為。李四光教授是中國地應力測量的創(chuàng)始人，早在20世紀40年代他就提出地殼中水平運動為主，水平應力起主導作用。
[0004]現(xiàn)有的用于保護套管的一種套管保護裝置，主要是采用在內管上聯(lián)接套管接箍，且與上部套管聯(lián)接，內管置于外管中，在外管與內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。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力造成的套管斷裂沒有任何效果。
實用新型內容
[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、以及用于限制彈性機構移動的限位機構。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，所述彈性機構在套管側的表面上設有與軌道對應的凹槽或凸起。
[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，所述軌道為設于套管外壁上的條形結構、環(huán)形結構或螺紋形結構。
[0009]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述彈性機構包括外壁層、內壁層及彈性填充物，所述彈性填充物填充在外壁層和內壁層之間，所述外壁層受到地應力時變形。
[0010]在本實用新型套管保護裝置的一個實施例中，所述彈性機構還包括設置在外壁層和內壁層上部或下部的環(huán)形層，所述環(huán)形層受到地應力時變形。
[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，所述彈性機構和所述限位機構的數(shù)量為多個，每一彈性機構包裹在套管上的管節(jié)連接處，每一限位機構設置于對應的彈性機構的底部。
[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，當水平方向地應力作用時，彈性機構利用自己的彈性變形來應對地應力。可以在一定范圍內承受各方向地應力的作用，提升套管承受地應力的能力，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構示意圖。
[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構示意圖。
[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構示意圖。
[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構示意圖。
[0020]圖5所示為圖4的套管保護裝置的彈性機構的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出【具體實施方式】、結構、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構示意圖。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13、限位機構15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構13可在軌道11上移動，限位機構15用于對彈性機構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產生的地應力破壞。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外壁上的條形結構，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)氐貞蟠_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13的朝向套管20的表面上設有與軌道11對應的凹槽或凸起，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13可沿軌道11滑動。
[0025]限位機構15設置在軌道11的下部，限位機構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13到達預定位置時，彈性機構13下部與該凸起物接觸。限位機構15可有效地對彈性機構13進行限位。
[0026]套管20安裝完成后，彈性機構13安裝時，需先將彈性機構13卷成圓柱形；使用束緊帶束緊；彈性機構13沿軌道11滑動，通過軌道11安裝到套管20上；彈性機構13的與限位機構15接觸實現(xiàn)限位。常規(guī)洗井，向鉆孔內套管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構示意圖。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13、限位機構15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構13可在軌道11上移動，限位機構15設置于彈性機構13的底部，用于對彈性機構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產生的地應力破壞。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13和限位機構15的數(shù)量為10個，每一限位機構15設置于對應的彈性機構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)形結構；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13為復合橡膠彈簧，復合橡膠彈簧是由金屬螺旋彈簧及其外邊包裹的優(yōu)質硫化橡膠或橡膠共同構成。彈性機構13的內徑等于套管20的外徑，即219mm，外徑由地應力決定。彈性機構13的長度為2m ;彈性機構13在套管20側的表面上設有與軌道11對應的凹槽或凸起，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15設置在管節(jié)連接處20a的下方，限位機構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13到達預定位置時，彈性機構13與該凸起物接觸。限位機構15可有效的對彈性機構13進行限位。
[0031]在套管20的管節(jié)安裝過程中，將彈性機構13安裝到套管20上；彈性機構13的與限位機構15接觸實現(xiàn)限位。然后常規(guī)洗井，向鉆孔內套管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13及限位機構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13及限位機構15的數(shù)量為多個即可，具體數(shù)量可依照實際情況作調整。
[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構示意圖。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13、限位機構15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構13可在軌道11上移動，限位機構15用于對彈性機構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產生的地應力破壞。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外壁上的條形結構；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13的高度為320m。彈性機構13的內徑等于套管20的外徑，外徑由地應力決定。彈性機構13在套管20側的表面上設有與軌道11對應的凹槽或凸起，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15設置在彈性機構13的下部和上部，限位機構15為固定在軌道11或套管20上的凸起物，當彈性機構13到達預定位置時，彈性機構13與該凸起物接觸。限位機構15可有效的對彈性機構13進行限位。在套管20的管節(jié)安裝過程中，將彈性機構13分段安裝到套管20上；彈性機構13的與限位機構15接觸實現(xiàn)限位。然后常規(guī)洗井，向鉆孔內套管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構示意圖。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13、限位機構15，其中軌道11固定在套管20的外壁上，彈性機構13可在軌道11上移動，限位機構15用于對彈性機構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產生的地應力破壞。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外壁上的螺紋形結構；軌道11設置在套管20的承受地應力作用區(qū)域內的管節(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的截面示意圖。請一并參見圖5，彈性機構13的高度為3m。彈性機構13的內徑等于套管20的外徑，外徑由地應力決定。彈性機構13包括外壁層131、內壁層133、彈性填充物135及固定在外壁層131和內壁層133上部及下部的環(huán)形層(圖未示)。外壁層131及環(huán)形層在承受地應力時會產生變形，如布、塑料層，外壁層131最好采用變形時能夠產生一定回復力的材料，如鐵皮、橡膠皮、舊輪胎。內壁層133在套管20側的表面上設有與軌道11對應的凹槽或凸起，凹槽或凸起內具有足夠的空間或間隙可以使彈性機構13受到各方向地應力時，在一定范圍內活動。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置環(huán)形層或內壁層133及軌道11。
[0041]限位機構15設置在軌道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13到達預定位置時，彈性機構13與該凸起物接觸。限位機構15可有效的對彈性機構13進行限位。在套管20的管節(jié)安裝過程中，將彈性機構13安裝到套管20上；彈性機構13的與限位機構15接觸實現(xiàn)限位。然后常規(guī)洗井，向鉆孔內套管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軌道11 ;彈性機構13在套管側的表面上也可不設與軌道對應的凹槽或凸起。
[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的結構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，當水平方向地應力作用時，彈性機構利用自己的彈性變形來應對地應力。另外，彈性機構還可以在一定距離內上下滑動或者左右轉動，使其可以在一定范圍內承受各方向地應力的作用，提升套管承受地應力的能力，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，彈性機構為復合橡膠彈簧，復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。該產品減振效果好，共振領域小，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)的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內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方案內容，依據本實用新型的技術實質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方案的范圍內。
【權利要求】
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(13)、以及用于限制彈性機構(13)移動的限位機構(15) ο
2.根據權利要求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(13)在套管(20)側的表面上設有與軌道(11)對應的凹槽或凸起。
3.根據權利要求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.根據權利要求2所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述軌道(11)為設于套管(20)外壁上的條形結構、環(huán)形結構或螺紋形結構。
5.根據權利要求1所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述彈性機構(13)包括外壁層(131)、內壁層(133)及彈性填充物(135)，所述彈性填充物(135)填充在外壁層(131)和內壁層(133)之間，所述外壁層受到地應力時變形。
6.根據權利要求5所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述彈性機構(13)還包括設置在外壁層(131)和內壁層(133)上部或下部的環(huán)形層，所述環(huán)形層受到地應力時變形。
7.根據權利要求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.根據權利要求7所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:所述彈性機構(13)和所述限位機構(15)的數(shù)量為多個，每一彈性機構(13)包裹在套管(20)上的管節(jié)連接處(20a)，每一限位機構(15)設置于對應的彈性機構(13)的底部。
9.根據權利要求1所述的套管保護裝置(10)，其特征在于:每一限位機構(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:所述套管井包括權利要求1至9任一項權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