CN105735913A - 一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构 - Google Patents
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Abstract
一种安装于断层扩孔段，用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构，主要部件为具有四层结构的活动节，其刚性可随动套管层通过螺纹连接件与上、下游套管相连接。活动节的四层结构在活动节两端连为一体。刚性可随动套管外侧为外层钢丝织网，向内依次为内层钢丝织网和柔性软管。断层区内，活动节的外层钢丝织网与地层间的缓冲空间、活动节刚性可随动套管层的横向位移变形和约束能力、内层钢丝织网与最内层柔性软管之间的环柱形空隙，均可抵消断层滑移产生的位移。同时，内、外层钢丝织网可以有效地防止泥浆或沙土进入最内层的柔性软管，柔性软管可随刚性可随动套管的局部位移变形产生适度变形，既不会破裂也不会影响采油操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构，其特征是在断层扩孔段安装的具有四层结构的活动节，防止断层滑移引发的套管损坏问题，属于石油工程技术领域。
背景技术
在油井中，套管是在抽油管外层用于保护抽油管的钢制管材，在整个抽油系统的最外层直接与石油或地层接触。油田生产过程中，当工程、地质、生产动态变化等因素对套管产生的载荷超过套管的承载能力时，套管就会产生变形、破裂、错断等破坏，即套管损坏,简称套损。
套管损坏是国内外各大油田普遍存在的问题，其损坏数量和速度有逐年增加的趋势。各大油田的累计套损比例低则百分之几，高则百分之二、三十，在某些局部区域套损井比例甚至高达百分之七、八十。套管损坏不仅给油田带来经济上的损失，还对油田开发方案和提高采收率措施的应用带来不利影响，直接影响油田的发展。
套管损坏的层位和深度不尽相同，其中断层滑移是引发套管损坏的主要原因之一。应力和地层压力差异分别是层面滑动的静态和动态原因，在受断层倾角的影响下，由于重力水平分力和断层两侧地层孔隙压力差的作用会产生局部应力集中，使断层上下盘沿断层面产生局部滑移。一方面，断层面进水局部发生滑移，导致断层面上的井套管损坏。另一方面，断层分布的交杂区块易形成异常高压区，导致油层部位套损。
目前钻井过程中，防止断层滑移引发套管损坏的技术保护手段主要是在断层附近，通过采用高钢级、大壁厚的套管，提高套管局部的抗挤压强度，延长套管使用寿命。
然而，目前套管柱强度设计中，套管外载都是按照钻完井过程中套管受力情况进行安全系数校核，对于断层附近的应力集中问题没有考虑或难以准确计算，在套管选材和设计上也是盲从地提高钢材料等级,加大壁厚。从材料本身来说，能解决该问题的抗挤压、抗弯曲、抗断裂的新型钢材料的研发与实际应用也需要相当长的时间。
研究表明，断层一旦滑移，套管能抗拒强大剪切应力的作用是非常有限的。因此，单一从套管材料的角度预防断层滑移引发的套管损坏问题遇到了瓶颈。
发明内容
针对目前断层滑移引发套管损坏问题的预防措施仅限于套管选材的角度，而未从结构上加以改进，本发明提供一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构，以解决现有材料在套管承受断层滑移产生强大剪切应力作用有限性的问题，减少因断层滑移引发套管损坏的发生率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
在断层位置处，套管通过螺纹接口加装具有四层结构的活动节，活动节处设置为断层扩孔段，扩孔段与上游之间装配膨胀式封隔器。活动节由外至内分别为外层钢丝织网、刚性可随动套管、内层钢丝织网及柔性软管四层结构。
上述外层钢丝织网应保证较高的刚性和较大的目数，并与其内侧的刚性可随动套管之间有一定空间间隔。
上述刚性可随动套管与上游套管之间通过螺纹连接件相连。刚性可随动套管可以是钢筋螺旋盘组，也可以是内部拉筋的钢圈层叠。无论是钢筋还是钢圈，其横截面可以是方形、长方形、正圆形、梯形、菱形和椭圆形等形状。
上述内层钢丝织网紧贴于可随动套管内壁，并固定于可随动套管内侧。
上述柔性软管为活动节最内一层中空管，与内层钢丝织网之间有一定的空间间隔。
本发明的外层钢丝织网可以紧贴地层，也可以与地层之间保有一定空隙。断层附近做半封固井，地层与外层钢丝织网间结合并非紧密，加上断层扩孔段结构保证了刚性可随动套管与上游套管具有相同直径，且刚性可随动套管与其外侧的外层钢丝织网之间有足够的空间间隔，这个间隔作为可随动套管与地层之间的一个缓冲空间，在很大程度生可以抵消断层滑移造成的位移，延缓套管损坏。而且细密的外层钢丝织网在很大程度上可以抵挡沙土和泥浆。断层发生滑移时，钢筋螺旋盘组或内部拉筋的钢圈层叠结构的刚性可随动套管会产生一定的横向位移，在一定程度上也可以抵消断层滑移造成的位移，同时钢筋螺旋盘组或层叠钢圈内部的拉筋所具有的变形约束力可以防止刚性可随动套管产生过大的位移变形损坏内部柔性软管影响采油操作。位移变形可能产生的螺旋盘组钢筋或层叠钢圈间空隙由刚性可随动套管内侧的内层钢丝织网防护，防止泥浆或沙土进入最内层的柔性软管。柔性软管可随刚性可随动套管的局部位移变形而产生适度变形，且不影响采油操作。
与现有技术相比，本发明从套管结构上解决了断层滑移引发的套管损坏的问题，通过断层扩孔段以及活动节的四层结构实现了断层滑移对套管产生巨大剪切力的有力缓冲。内外皆有钢丝织网防护的钢筋螺旋盘组或内部拉筋钢圈层叠结构的刚性可随动套管结构既保证了应对断层滑移所产生的横向位移缓冲，又不致使套管横向位移过大，同时防止了泥浆或沙土对最内层的柔性软管产生挤压进而影响采油操作。
本发明的有益效果是以一种结构来解决断层滑移引发的套管损坏问题，在一定程度上可以降低对于套管材料刚性和套管管壁对厚度的要求。其装置结构简单，效果明显，易于安装和实际应用，极具技术推广前景。
附图说明
图1是本发明用于断层附近的井身结构示意图。
图2是I的局部放大图。
图3是图1中A-A面结构示意图。
图4是图1中刚性可随动套管构造示意图。
图中：1.地层，2.水泥浆固井，3.断层扩孔段，4.膨胀式封隔器，5.套管，6.螺纹连接件，7.外层钢丝织网，8.刚性可随动套管，9.内层钢丝织网、10.柔性软管。
具体实施方式
本发明实施例中的内层和外层钢丝织网，其经、纬线交织所形成的孔隙可以是方形、长方形、菱形、蜂窝型，织网目数不限，目数越高，效果越好。
本发明实施例中的刚性可随动套管结构，可以是钢筋螺旋盘组或内部拉筋的层叠钢圈，盘组和钢圈数不限，可根据断层实际情况而定。
本发明实施例中的刚性可随动套管结构，其钢筋螺旋盘组或内部拉筋的层叠钢圈的横截短面可以是横截面可以是方形、长方形、正圆形、梯形、菱形和椭圆形等形状。
本发明的实施例：
一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置在断层附近安装的井身结构示意图如附图1所示。主要部件为活动节，安放于断层扩孔段（3），活动节内部的四层结构在活动节两端连为一体，刚性可随动套管（8）与上、下游套管（5）具有相同直径，通过螺纹连接件（6）与上、下游套管（5）相连接。螺纹连接件（6）与地层（1）之间配有膨胀式封隔器（4），胀开的膨胀式封隔器（4）隔住断层扩孔段（3）后，可形成封隔器上侧实现水泥浆固井（2），下测形成半封固结构。
活动节放大结构示意图如附图2所示。活动节由外至内包括外层钢丝织网（7）、刚性可随动套管（8）、内层钢丝织网（9）和柔性软管（10）。
活动节的四层结构间隔如附图3所示。外层钢丝织网（7）可以紧贴地层（1），也可以与地层（1）之间保有一层空隙；内衬内层钢丝织网（9）的刚性可随动套管（8）与外层钢丝织网（7）之间呈环柱形空隙。最内侧的柔性软管（10）与内层钢丝织网（9）可以紧贴，也可以保有环柱形空隙。活动节内、外所有间隔空隙可以在很大程度上抵消断层滑移造成的位移，延缓套管损坏。而且细密的外层钢丝织网（7）和内层钢丝织网（9）可在很大程度上抵挡沙土和泥浆向内侧进入。
刚性可随动套管（8）构造示意图如附图4所示。发生断层滑移时，钢筋螺旋盘组构成的刚性可随动套管（8）这种特殊结构将产生一定的横向位移，在一定程度上可以抵消断层滑移造成的位移，同时钢筋螺旋盘组所具有的变形约束力可以防止刚性可随动套管产生过大的位移变形进而损坏内部柔性软管，影响采油操作。
Claims (4)
1.一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构，主要部件为具有四层结构的活动节，由外至内包括外层钢丝织网、刚性可随动套管、内层钢丝织网和柔性软管四层，其特征是：安装于断层扩孔段，刚性可随动套管以螺纹连接于上、下游套管，活动节的四层结构在活动节两端连为一体，断层区内，活动节的四层结构可抵消断层滑移产生的位移，并有效地防止泥浆或沙土进入最内层的柔性软管。
2.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构，所述的四层结构活动节中的外层钢丝织网，其特征是：可以紧贴地层，也可以与地层之间保有一层空隙，外层钢丝织网与内侧刚性可随动套管之间存在环柱形空隙，可抵消断层滑移产生的位移；外层钢丝织网可以有效地防止泥浆或沙土进入刚性可随动套管。
3.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构，所述的四层结构活动节中的刚性可随动套管，其特征是：内衬内层钢丝织网的钢筋螺旋盘组或内部拉筋的钢圈层叠结构，刚性可随动套管的横向位移变形和约束能力，既可抵消断层滑移产生的位移又防止了可随动套管产生过大的横向位移，内层钢丝织网可以有效地防止泥浆或沙土向内侧进入挤压柔性软管；钢筋螺旋盘组或内部拉筋的层叠钢圈的横截断面可以是方形、长方形、正圆形、梯形、菱形和椭圆形等形状。
4.根据权利要求1所述的一种用于石油钻井防止断层滑移引发套损的套管装置结构，所述的柔性软管，其特征是：可以与内层钢丝织网紧贴，也可以与内层钢丝织网之间保有环柱形空隙；柔性软管可随刚性可随动套管的局部位移变形产生适度变形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |