CN102226378A

CN102226378A - 加强隔水导管组合结构及其施工方法

Info

Publication number: CN102226378A
Application number: CN2011101386551A
Authority: CN
Inventors: 杨进; 吴怡; 周卫华
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102226378B

Abstract

本发明公开了一种加强隔水导管组合结构及其施工方法，该加强隔水导管组合结构包括一内层套管和一隔水导管，所述内层套管外表面焊接有类T型梁结构；采用的类T型梁结构的内层套管从泥线以下5-10m处到海面以上3-10m处布置，隔水导管、内层套管之间的环空部分以水泥浇注固结。本发明类T型梁结构焊接在内层套管外表面并随内层套管同时下入，便于施工。本发明可以在保证钻井安全施工的同时缩小隔水导管的尺寸，保证与大尺寸隔水导管同样的力学性能的同时，大大减少了钢材的使用量，不影响钻井施工工期的同时，节约了大量的工程费用。

Description

加强隔水导管组合结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种海上石油工程装备，尤其涉及一种加强的隔水导管组合结构及其施工方法，其有利于提高隔水导管组合结构的整体力学性能。

背景技术

对于海上钻井而言，隔水导管是必不可少的重要钻井装备。目前对于提高隔水导管组合结构抗风浪流和抗冰能力的常规方法是：

采用大尺寸隔水导管结构或是增加隔水导管的壁厚，如图1所示，其是在内层套管2’的外侧套设隔水导管1’，来提高隔水导管的整体力学性能，这种结构类型将增加隔水导管的钢材用量，使用大尺寸的隔水导管会使海上的作业费用大大增加。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种加强隔水导管组合结构及其施工方法，以改善或克服现有技术的一项或多项缺陷。

本发明的技术解决方案是：一种加强隔水导管组合结构，其中：所述加强隔水导管组合结构包括内层套管及一隔水导管，隔水导管套设于内层套管之外，内层套管的外表面固定有加强筋结构，所述隔水导管与内层套管之间的环空部分以水泥浇注固结。

所述加强筋结构较佳为类T型梁结构，所述类T型梁结构较佳是与所述内层套管通过焊接方式连接，施工时该类T型梁结构是随所述内层套管同时下入井眼中，且较佳是在海面附近及/或泥线附近设置该带有类T型梁结构的套管，以针对性地提高隔水导管组合结构的抗风浪流和冰能力。

所述类T型梁结构的腹板最好选用波形钢板，其厚度范围为2～8mm，建议5mm，若不采用波形钢板而采用普通钢板，建议其厚度为5～15mm，建议为10mm；建议类T型梁腹板高度80mm；翼缘采用板材弯曲成弧形与套管同心，其厚度范围5～20mm，建议10mm，其圆心角取12～20度，优选为16度。具体的各项数据取值依据内层套管尺寸大小通过计算来确定。

所述外层隔水导管的内径可选择30英寸或24英寸或20英寸，内层套管的内径可选择英寸或

英寸，实施时可根据需要进行适当地选择组合。

本发明还提出一种如上所述的加强隔水导管组合结构的施工方法，其包括：

步骤一、在隔水导管打入或安装好后，使用钻头从隔水导管里面钻出一井眼，钻头直径小于隔水导管的内径，而大于内层套管外径；

步骤二、钻好井眼后，把预先组合好的带有类T型梁结构的内层套管组合结构下入井眼；

步骤三、内层套管组合结构下好后，先从内层套管内部打入一定量的前置液对内层套管外部的环空进行清洗，然后打入水泥浆，水泥浆通过内层套管底部上返到内层套管与井眼之间的环空；

步骤四、利用顶替液把内层套管内部的水泥浆全部顶出内层套管内部，在内层套管与隔水导管之间充满水泥浆；等待水泥浆凝固一定时间后，即可在内层套管与隔水导管之间形成水泥固结，并且浇结类T型梁结构。

本发明采取一种类T型梁结构加强隔水导管组合结构，包括外层一个隔水导管、内层套管及固定在内层套管外表面的加强筋结构，其中：对应于需要结构局部加强结构范围，在所述套管表层增加6幅类T型梁结构；所述类T型梁结构的布置位置从泥线以下5-10m处至海平面以上3-8m处；所述外层隔水导管与内层套管之间的环空部分均以水泥浇注固结。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、采用类T型梁结构加强隔水导管组合结构，相当于增加了隔水导管的厚度，从而有效地提高了隔水导管的抗侧应力的刚度，而且增大了内层套管的抗侧应力的刚度，从而提高隔水导管组合结构的整体抗剪能力。

2、采用类T型梁结构加强隔水导管组合结构，增加了隔水导管组合结构的抗弯截面模量，从而提高了隔水导管组合结构的整体抗弯能力，同时也提高了整体稳定性能，。

3、采用类T型梁结构加强隔水导管组合结构与内层套管通过焊接进行连接。类T型梁结构焊接在内层套管表面随内层套管同时下入，隔水导管与内层套管之间环空以水泥固结来固定，便于施工，而且在保证整体力学性能的同时减少了套管材料用量。

4、针对目前采用的大尺寸隔水导管的组合结构，本发明有效的减小了隔水导管的尺寸，并且保证了钻井施工安全。

5、对钻完井工期无影响，且节约了大量的工程费用等。

附图说明

图1为现有的隔水导管结构示意图；

图2为本发明的类T型梁结构加强隔水导管组合结构的具体实施例的应用示意图；

图3为本发明一具体实施例的加强隔水导管组合结构的俯视示意图(类T型梁腹板为普通钢板)；

图4为本发明另一具体实施例的加强隔水导管组合结构的俯视示意图(类T型梁腹板为波形钢板)；

图5、图5A为本发明的类T型梁结构加强隔水导管组合结构所用的内层套管单根结构立体结构及局部放大结构示意图(类T型梁腹板为普通钢板)；

图6、图6A为本发明的类T型梁结构加强隔水导管组合结构所用的内层套管单根结构立体结构及局部放大结构示意图(类T型梁腹板为波形钢板)。

具体实施方式

本发明提出了一种加强隔水导管组合结构，其中，所述加强隔水导管组合结构包括内层套管及一隔水导管，隔水导管套设于内层套管之外，内层套管2的外表面固定有加强筋结构，且隔水导管与内层套管之间的环空部分以水泥浇注固结。本发明可以在保证钻井安全施工的同时缩小隔水导管的尺寸，保证与大尺寸隔水导管同样的力学性能的同时，大大减少了钢材的使用量，不影响钻井施工工期的同时，节约了大量的工程费用。

较佳地，加强筋采用类T型梁形式的加强结构，所述加强隔水导管组合结构中，固定有类T型梁结构的内层套管布置在从泥线以下5-10m处到海面以上3-8m处。具体施工时，前述参数可以根据实际情况来确定。

本发明的一具体实施例中，所述内层套管包括多根上下相接的单根套管，且规定范围内的各内层套管的外表面均匀间隔固定有多副类T型梁结构。较佳地，类T型梁结构包括内侧由内层套管向外径向延伸的腹板以及由该腹板外侧沿周向双向延伸的翼缘，以利提高该隔水导管的强度。

为了对本发明所要解决的问题、解决问题所采取的技术方案以及采取方案所产生的有益效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图2所示，其为本发明的加强隔水导管组合结构的一具体实施例的结构示意图，其是采用一种类T型梁结构来加强并形成隔水导管组合结构，主要包括隔水导管1和内层套管2，且隔水导管1套设于内层套管2之外，类T型梁结构3固定在内层套管2的外表面，且隔水导管1与内层套管2之间的环空部分以水泥浇注固结(图中未示出)。

采用的类T型梁结构的内层套管2可以从泥线以下5-10m处到海面4以上3-8m处布置，其它位置内层套管可以不采用类T型梁结构。采用前述加强结构可以增加隔水导管组合结构的整体力学性能。

一并参照图2～图6A，其为本发明的隔水导管的实施例的结构示意图，从泥线以下5-10m处到海面以上3-8m处采用类T型梁结构按六副等间距焊接在内层套管2外表面，在下入内层套管同时下入类T型梁结构。

如图3并结合图5、图5A所示，其为本发明的加强隔水导管组合结构的一具体实施例的结构示意图。本实施例中，该内层套管2外周等间隔焊接固定有六副类T型梁结构3，该类T型梁结构3包括内侧由内层套管2外表面向外径向延伸的腹板31以及由该腹板31外侧沿周向双向延伸的翼缘33，以利于水泥浇注固结，提高该隔水导管的强度。本发明中，腹板31可以采用厚度为5～15mm的普通钢板，翼缘33采用板材弯曲成弧形，其厚度范围5～20mm，其圆心角α(即以套管中心为圆心的T型梁的翼缘所对应的圆心角)取12～20度。优选地，本发明的具体实施例中，所采用的普通钢板厚度为10mm；腹板31的高度为80mm；翼缘33厚度为10mm，其圆心角为α为16度。

此外，如图4及图6、图6A所示，本发明的另一实施例中，该内层套管2外周等间隔焊接固定有六副类T型梁结构3，该类T型梁结构3包括内侧由内层套管2外表面向外径向延伸的腹板31’以及由该腹板31’外侧沿周向双向延伸的翼缘33，以利于水泥浇注固结，提高该隔水导管的强度。本实施例中，腹板31选用厚度范围为2～8mm的波形钢板制成，翼缘33采用板材弯曲成弧形，其厚度范围5～20mm，其圆心角取12～20度。优选地，本发明的具体实施例中，所采用的波形钢板厚度为5mm；其它可参照前述实施例。

本发明的类T型梁结构加强隔水导管组合结构安装完成后，隔水导管1和内层套管2之间的环空以水泥(图中未示)浇注固结。采用本发明的结构方式可以缩小隔水导管的尺寸，这样在保证同样的力学性能的同时，减少了套管材料用量。具体实现过程是：

1)将多根套管单元相接组合成内层套管组合结构，其中在预设范围内的套管单元具有加强结构(如类T型梁)。

2)在隔水导管1打入或安装好后，使用一个钻头从隔水导管1里面钻出一个井眼，井眼的深度较佳是稍微大于内层套管2的下入长度，钻头直径小于隔水导管1的内径，而大于内层套管2附加类T型梁3的外径。

3)钻好井眼后，把预先组合好的内层套管(预定范围的套管单元具有类T型梁结构3)的组合结构下入井眼。

4)组合结构下好后，先从内层套管2内部打入一定量的前置液对内层套管2外部的环空进行清洗，然后打入水泥浆，水泥浆通过内层套管2底部上返到内层套管2与井眼之间的环空。

5)利用顶替液把内层套管2内部的水泥浆全部顶出内层套管2内部，其中，水泥浆的用量要经过科学计算，保证水泥浆在内层套管2与井眼之间环空中的上返高度达到类T型梁结构3顶部以上至少2米位置处。这样在内层套管2与隔水导管1之间就充满了水泥浆。等待水泥浆凝固一定时间后，在这两个管柱之间形成了水泥固结，并且浇结了类T型梁结构，从而使这段管柱组合结构的整体力学性能大大提高。

本发明的隔水导管1以及内层套管2的各规格型号、尺寸参数可以根据具体的实施情况来设置。例如，隔水导管1的内径可选择30英寸、24英寸或20英寸，内层套管2的内径可选择

英寸或

英寸，实施时可根据需要进行适当地选择组合。

具体实施时，本发明的加强隔水套管组合结构是由多根套管单元相接形成内层套管1，且在预设范围内的套管单元具有类T型梁结构3，所采用具有类T型梁结构3的单根套管2的长度通常为10m或12m。进一步地，为了钻井时套管安装的方便操作，故类T型梁结构3的布置是在内层套管2的上端和下端分别预留出300-500mm的间隙，并且采用类T型梁结构3的内层套管2在泥线附近以及海面上下一定范围内布置，其他位置内层套管可以不采用类T型梁结构。类T型梁结构的腹板及翼缘厚度的选择较佳控制在一个合理范围，通过强度计算和稳定性分析结果，较佳地，安装好带有类T型梁结构3的内层套管2使得泥线处至泥线下5-10m处布有类T型梁结构3，在海面以上3-10m及海面下3-10m处布有类T型梁结构3。

借由上述结构，本发明相当于在局部增加表层隔水导管厚度，从而提高隔水导管组合结构的抗剪能力；同时也增加隔水导管组合结构的抗弯截面模量，从而提高了隔水导管组合结构的抗弯能力及整体稳定性，故有效地提高隔水导管整体力学能力，包括隔水导管组合结构的稳定性、抗弯性能、抗剪性能，提高隔水导管组合结构的抗风浪流和冰能力。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的保护范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和技术方案的前提下所作出的等同变化与修改，均应在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种加强隔水导管组合结构，其特征在于：所述加强隔水导管组合结构包括内层套管及一隔水导管，隔水导管套设于内层套管之外，内层套管的外表面固定有加强筋结构，所述隔水导管与内层套管之间的环空部分以水泥浇注固结。

2.如权利要求1所述的加强隔水导管组合结构，其特征在于：所述内层套管是由多根上下相接的套管单元组接而成，所述加强筋结构为类T型梁结构，且所述T型梁结构的布置范围包括从泥线处至泥线下5-10m处和从海面下3-10m处至海面以上3-10m处。

3.如权利要求2所述的加强隔水导管组合结构，其特征在于：所述内层套管的外表面均匀间隔焊接有六副类T型梁结构。

4.如权利要求2所述的加强隔水导管组合结构，其特征在于：所述类T型梁结构包括内侧由内层套管向外径向延伸的腹板以及由该腹板外侧沿周向双向延伸的翼缘。

5.如权利要求4所述的加强隔水导管组合结构，其特征在于：所述腹板选用厚度范围为2～8mm的波形钢板或采用厚度为5～15mm的普通钢板；所述翼缘采用板材弯曲成弧形，其厚度范围5～20mm，其圆心角取12～20度。

6.如权利要求5所述的加强隔水导管组合结构，其特征在于：所述波形钢板厚度为5mm；所述普通钢板厚度为10mm；所述腹板高度为80mm；所述翼缘厚度为10mm，其圆心角为16度。

7.如权利要求1所述的加强隔水导管组合结构，其特征在于：所述隔水导管的内径为30英寸或24英寸或20英寸，所述内层套管的内径为

英寸或

英寸。

8.如权利要求1～7任一项所述的加强隔水导管组合结构的施工方法，其包括：

9.如权利要求8所述的加强隔水导管组合结构的施工方法，其特征在于：所述步骤四中，泥浆的用量要保证水泥浆在内层套管与井眼之间环空中的上返高度达到类T型梁结构顶部以上至少2米位置处。