CN108278087A - 张开网式表层固定套管 - Google Patents
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Abstract
张开网式表层固定套管，包括沿竖向方向设置外套管，外套管内部同轴向设置有内套管，内套管的外壁和外套管的内壁之间通过四根连接杆固定连接，四根连接杆将内套管和外套管之间形成的环形腔体分隔为四个直角圆弧腔，每个直角圆弧腔内均安装设置有一套顶压式滑动脱钩外扩机构，外套管外壁设置有直角弧形网板，顶压式滑动脱钩外扩机构的动力输出端穿过外套管与直角弧形网板的内侧面固定连接。本发明在注水泥固井时，因为水泥与直角弧形网板以及直角弧形网板与外套管之间的空间相结合，增大了表层固定套管及表层固定套管外部水泥环抵抗外部载荷的能力，可以有效的抵抗外部载荷的改变，从而有效的保护表层固定套管，防止被挤毁。
Description
技术领域
本发明属于油气井开采技术领域，尤其涉及张开网式表层固定套管。
背景技术
世界上许多含油气盆地油气藏的形成都与盐膏层有关。盐膏层具有流变特性，是套管本体危险最大的地层，是极不稳定地层，其蠕变产生塑性流动，井壁四周的地层向井眼中心挤压，地层上覆压力会部分或全部作用在套管本体上，对套管本体产生相当大的外挤载荷。在构造活动活跃区，远比上覆压力大的构造应力作用在套管本体上。并且随着深度的增加，地层上覆岩层压力也增大，套管本体承受的实际外挤力可能远大于上覆地层压力，因而一般高强度套管本体本身的强度很难抵御这样大的外挤力。
我国盐膏层分布地域广泛，蕴藏着丰富的油气储量。由此可见，我国各大油田都大面积富含盐膏层。套管本体损坏引起严重的产量下降，给油田造成直接经济损失，而修复损坏的套管本体又需要大量新的资金投入。另外，套管本体损坏破坏了正常的注采井网层系、造成油气资源的巨大浪费，严重干扰了正常的经营决策。对于盐膏层而言，其套管本体损坏程度更为严重，盐膏层套损在世界范围内占据着主要的套损比例。因此，如何保护盐膏层套损，延长套管本体寿命也一直伴随着石油勘探开发的发展进程。
盐膏层钻井是目前石油工程中的重大技术难题，在世界范围内盐膏层地域分布广泛，对于盐膏层开采过程中，套管本体损坏是不可避免的。盐膏层套损最为普遍，也最为严重，而盐膏层又是广泛分布在世界油气藏丰富的盆地。因此，进行盐膏层套损原因分析并进行相应对策的实施乃是目前保护盐膏层的表层套管本体最为迫切的问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种铆钉固定式表层套管，该表层套管在进行固井之后可提高水泥环以及套管本体整体的可承受应力、避免在盐膏层等复杂井段非均匀载荷造成套管本体被挤毁。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：张开网式表层固定套管，包括沿竖向方向设置外套管，外套管上端设置有凹连接结构，外套管下端设置有凸连接结构，凹连接结构与凸连接结构相适配，外套管内部同轴向设置有内套管，内套管的外壁和外套管的内壁之间通过四根连接杆固定连接，四根连接杆均平行于内套管的中心线，四根连接杆沿内套管的圆周方向均匀设置，四根连接杆将内套管和外套管之间形成的环形腔体分隔为四个直角圆弧腔，每个直角圆弧腔内均安装设置有一套顶压式滑动脱钩外扩机构，外套管外壁开设有与每个直角圆弧腔内外对应的直角圆弧槽，直角圆弧槽内安装有直角弧形网板，顶压式滑动脱钩外扩机构的动力输出端穿过外套管与直角弧形网板的内侧面固定连接。
顶压式滑动脱钩外扩机构包括直角圆弧导板，直角圆弧导板的上端边沿高于内套管并位于凹连接结构内部，直角圆弧导板的内壁与直角圆弧槽的槽底贴合，直角圆弧槽的槽底设置有与直角圆弧导板内壁滑动密封连接的若干个第一密封圈；直角圆弧导板外壁固定设置有若干个开口朝上设置的L型挂钩，L型挂钩上钩挂连接有开口朝下的U型挂钩，U型挂钩的外侧连接有沿外套管径向方向设置的一根导杆；
外套管上沿径向方向开设有若干个阶梯孔，阶梯孔的数量与导杆的数量相同且一一对应，每个阶梯孔的中心线与对应的一根导杆的中心线重合，阶梯孔沿轴向方向自内向为依次为封堵孔、滑孔和导孔，封堵孔的直径大于滑孔的直径，滑孔的直径大于导孔的直径，封堵孔内装配有堵板，堵板通过沉头螺栓与外套管固定连接，堵板中心开设有通孔，导杆由内向外依次穿过通孔、滑孔和导孔后固定连接在直角弧形网板的内侧面，导孔的内壁设置有与导杆的外壁密封滑动配合的第二密封圈，导杆上固定连接有位于滑孔内的挡板，导杆上套设有第一压缩弹簧，第一压缩弹簧两端分别与挡板和堵板顶压配合；
外套管的上端内壁与直角圆弧导板的外壁之间设置有上限位环板，上限位环板的内圈设置有与直角圆弧导板的外壁滑动密封配合的第三密封圈；直角圆弧导板的下端边沿高于内套管的下端边沿，直角圆弧导板的下端外壁与内套管的下端外壁之间设置有弹性支撑机构。
弹性支撑机构包括压板、下限位环板、导柱和第二压缩弹簧，压板固定连接在直角圆弧导板下端的外壁，下限位环板固定连接在内套管的下端外壁，下限位环板的外圈设置有与外套管的内圈密封配合的第四密封圈，导柱平行于内套管的中心线，压板上开设有上下通透的透孔，导柱上部插设在透孔内，第二压缩弹簧套设在导柱上，第二压缩弹簧的上端和下端分别与压板和下限位环板顶压配合。
内套管上均匀开设有若干个第一注浆孔，直角圆弧导板上开设有与第一注浆孔数量相等且一一对应的第二注浆孔，在第二压缩弹簧的弹力作用下，直角圆弧导板的上端边沿高于内套管并位于凹连接结构内部；当直角圆弧导板上端边沿与内套管的上端边沿齐平时，L型挂钩的上边沿正好脱离U型挂钩的内侧下边沿，并且第一注浆孔与第二注浆孔一一对应连通。
每个直角圆弧槽沿高度方向设置有若干条直角弧形加强隔板，直角弧形加强隔板将直角弧形网板分隔为上下间隔布置的若干块。
采用上述技术方案，当最下部一根表层固定套管在地层内（已钻好的油气井）下落到位时，一根一根的表层固定套管逐根下放，一根本发明（表层固定套管）的凸连接结构插入到相邻一根本发明的凹连接结构内，凸连接结构下端会给直角圆弧导板上端一个向下作用的力F1，直角圆弧导板下端通过压板下压第二压缩弹簧，克服第二压缩弹簧的弹力，直角圆弧导板沿内套管的外壁向下移动，随着直角圆弧导板沿内套管的向下移动，固定连接在直角圆弧导板外壁的L型挂钩也随着向下移动，当凸连接结构向下顶压直角圆弧导板上端边沿与内套管的上端边沿齐平时，第一注浆孔与第二注浆孔也一一对应连通，同时L型挂钩的上边沿正好脱离U型挂钩的内侧下边沿，此时在第一压缩弹簧的作用下，第一压缩弹簧驱动挡板向右移动，挡板驱动导杆向外移动，与导杆外端连接的直角弧形网板也向外扩张，直角弧形网板与油气井内的地层顶压接触，使外套管和内套管固定牢靠。在所有的表层固定套管均安装到位后，通过最上一根表层固定套管的上端口向下注入泥浆，泥浆通过内套管和直角圆弧导板上对应贯通的第一注浆孔与第二注浆孔进入到直角圆弧腔内，将直角圆弧腔内的空间填满，并对U型挂钩产生向外的推力，进一步驱动导杆由内向外移动，使直角弧形网板收到更大的向外扩张力。
本发明中的直角弧形加强隔板起到增强外套管强度的作用。直角弧形网板设置若干块，可减少直角弧形网板与地层内壁的接触面积，即降低顶压阻力，提高固定表层固定套管的牢靠程度。
综上所述，本发明提高了表层固定套管的安装强度，在注水泥固井时，因为水泥与直角弧形网板以及直角弧形网板与外套管之间的空间相结合，凝固在一起，增大了表层固定套管及表层固定套管外部水泥环抵抗外部载荷的能力，当地下情况发生变化时时，可以有效的抵抗外部载荷的改变，从而有效的保护表层固定套管，防止被挤毁。
附图说明
图1是两根本发明上下对应连接的结构示意图；
图2是图1中A处的放大图；
图3是外套管和内套管的立体结构示意图；
图4是本发明去掉外套管和内套管后的结构示意图。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明的张开网式表层固定套管，包括沿竖向方向设置外套管1，外套管1上端设置有凹连接结构2，外套管1下端设置有凸连接结构3，凹连接结构2与凸连接结构3相适配，外套管1内部同轴向设置有内套管4，内套管4的外壁和外套管1的内壁之间通过四根连接杆5固定连接，四根连接杆5均平行于内套管4的中心线，四根连接杆5沿内套管4的圆周方向均匀设置，四根连接杆5将内套管4和外套管1之间形成的环形腔体分隔为四个直角圆弧腔6，每个直角圆弧腔6内均安装设置有一套顶压式滑动脱钩外扩机构7，外套管1外壁开设有与每个直角圆弧腔6内外对应的直角圆弧槽7，直角圆弧槽7内安装有直角弧形网板8，顶压式滑动脱钩外扩机构7的动力输出端穿过外套管1与直角弧形网板8的内侧面固定连接。
顶压式滑动脱钩外扩机构7包括直角圆弧导板9，直角圆弧导板9的上端边沿高于内套管4并位于凹连接结构2内部，直角圆弧导板9的内壁与直角圆弧槽7的槽底贴合，直角圆弧槽7的槽底设置有与直角圆弧导板9内壁滑动密封连接的若干个第一密封圈10；直角圆弧导板9外壁固定设置有若干个开口朝上设置的L型挂钩11，L型挂钩11上钩挂连接有开口朝下的U型挂钩12，U型挂钩12的外侧连接有沿外套管1径向方向设置的一根导杆13；
外套管1上沿径向方向开设有若干个阶梯孔14，阶梯孔14的数量与导杆13的数量相同且一一对应，每个阶梯孔14的中心线与对应的一根导杆13的中心线重合，阶梯孔14沿轴向方向自内向为依次为封堵孔、滑孔和导孔，封堵孔的直径大于滑孔的直径，滑孔的直径大于导孔的直径，封堵孔内装配有堵板15，堵板15通过沉头螺栓16与外套管1固定连接，堵板15中心开设有通孔，导杆13由内向外依次穿过通孔、滑孔和导孔后固定连接在直角弧形网板8的内侧面，导孔的内壁设置有与导杆13的外壁密封滑动配合的第二密封圈17，导杆13上固定连接有位于滑孔内的挡板18，导杆13上套设有第一压缩弹簧19，第一压缩弹簧19两端分别与挡板18和堵板15顶压配合；
外套管1的上端内壁与直角圆弧导板9的外壁之间设置有上限位环板20，上限位环板20的内圈设置有与直角圆弧导板9的外壁滑动密封配合的第三密封圈21；直角圆弧导板9的下端边沿高于内套管4的下端边沿，直角圆弧导板9的下端外壁与内套管4的下端外壁之间设置有弹性支撑机构22。
弹性支撑机构22包括压板23、下限位环板24、导柱25和第二压缩弹簧26，压板23固定连接在直角圆弧导板9下端的外壁，下限位环板24固定连接在内套管4的下端外壁，下限位环板24的外圈设置有与外套管1的内圈密封配合的第四密封圈30；导柱25平行于内套管4的中心线，压板23上开设有上下通透的透孔，导柱25上部插设在透孔内，第二压缩弹簧26套设在导柱25上，第二压缩弹簧26的上端和下端分别与压板23和下限位环板24顶压配合。
内套管4上均匀开设有若干个第一注浆孔27，直角圆弧导板9上开设有与第一注浆孔27数量相等且一一对应的第二注浆孔28，在第二压缩弹簧26的弹力作用下，直角圆弧导板9的上端边沿高于内套管4并位于凹连接结构2内部；当直角圆弧导板9上端边沿与内套管4的上端边沿齐平时，L型挂钩11的上边沿正好脱离U型挂钩12的内侧下边沿，并且第一注浆孔27与第二注浆孔28一一对应连通。
每个直角圆弧槽7沿高度方向设置有若干条直角弧形加强隔板29，直角弧形加强隔板29将直角弧形网板8分隔为上下间隔布置的若干块。
当最下部一根表层固定套管在地层31内（已钻好的油气井）下落到位时，一根一根的表层固定套管逐根下放，一根本发明（表层固定套管）的凸连接结构3插入到相邻一根本发明的凹连接结构2内，凸连接结构3下端会给直角圆弧导板9上端一个向下作用的力F1，直角圆弧导板9下端通过压板23下压第二压缩弹簧26，克服第二压缩弹簧26的弹力，直角圆弧导板9沿内套管4的外壁向下移动，随着直角圆弧导板9沿内套管4的向下移动，固定连接在直角圆弧导板9外壁的L型挂钩11也随着向下移动，当凸连接结构3向下顶压直角圆弧导板9上端边沿与内套管4的上端边沿齐平时，第一注浆孔27与第二注浆孔28也一一对应连通，同时L型挂钩11的上边沿正好脱离U型挂钩12的内侧下边沿，此时在第一压缩弹簧19的作用下，第一压缩弹簧19驱动挡板18向右移动，挡板18驱动导杆13向外移动，与导杆13外端连接的直角弧形网板8也向外扩张，直角弧形网板8与油气井内的地层31顶压接触，使外套管1和内套管4固定牢靠。在所有的表层固定套管均安装到位后，通过最上一根表层固定套管的上端口向下注入泥浆，泥浆通过内套管4和直角圆弧导板9上对应贯通的第一注浆孔27与第二注浆孔28进入到直角圆弧腔6内，将直角圆弧腔6内的空间填满，并对U型挂钩12产生向外的推力，进一步驱动导杆13由内向外移动，使直角弧形网板8收到更大的向外扩张力。
本发明中的直角弧形加强隔板29起到增强外套管1强度的作用。直角弧形网板8设置若干块，可减少直角弧形网板8与地层31内壁的接触面积，即降低顶压阻力，提高固定表层固定套管的牢靠程度。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构、方向等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.张开网式表层固定套管，其特征在于：包括沿竖向方向设置外套管，外套管上端设置有凹连接结构，外套管下端设置有凸连接结构，凹连接结构与凸连接结构相适配，外套管内部同轴向设置有内套管，内套管的外壁和外套管的内壁之间通过四根连接杆固定连接，四根连接杆均平行于内套管的中心线，四根连接杆沿内套管的圆周方向均匀设置，四根连接杆将内套管和外套管之间形成的环形腔体分隔为四个直角圆弧腔，每个直角圆弧腔内均安装设置有一套顶压式滑动脱钩外扩机构，外套管外壁开设有与每个直角圆弧腔内外对应的直角圆弧槽，直角圆弧槽内安装有直角弧形网板，顶压式滑动脱钩外扩机构的动力输出端穿过外套管与直角弧形网板的内侧面固定连接。
2.根据权利要求1所述的张开网式表层固定套管，其特征在于：顶压式滑动脱钩外扩机构包括直角圆弧导板，直角圆弧导板的上端边沿高于内套管并位于凹连接结构内部，直角圆弧导板的内壁与直角圆弧槽的槽底贴合，直角圆弧槽的槽底设置有与直角圆弧导板内壁滑动密封连接的若干个第一密封圈；直角圆弧导板外壁固定设置有若干个开口朝上设置的L型挂钩，L型挂钩上钩挂连接有开口朝下的U型挂钩，U型挂钩的外侧连接有沿外套管径向方向设置的一根导杆；
外套管上沿径向方向开设有若干个阶梯孔，阶梯孔的数量与导杆的数量相同且一一对应，每个阶梯孔的中心线与对应的一根导杆的中心线重合，阶梯孔沿轴向方向自内向为依次为封堵孔、滑孔和导孔，封堵孔的直径大于滑孔的直径，滑孔的直径大于导孔的直径，封堵孔内装配有堵板，堵板通过沉头螺栓与外套管固定连接，堵板中心开设有通孔，导杆由内向外依次穿过通孔、滑孔和导孔后固定连接在直角弧形网板的内侧面，导孔的内壁设置有与导杆的外壁密封滑动配合的第二密封圈，导杆上固定连接有位于滑孔内的挡板，导杆上套设有第一压缩弹簧，第一压缩弹簧两端分别与挡板和堵板顶压配合；
外套管的上端内壁与直角圆弧导板的外壁之间设置有上限位环板，上限位环板的内圈设置有与直角圆弧导板的外壁滑动密封配合的第三密封圈；直角圆弧导板的下端边沿高于内套管的下端边沿，直角圆弧导板的下端外壁与内套管的下端外壁之间设置有弹性支撑机构。
3.根据权利要求2所述的张开网式表层固定套管，其特征在于：弹性支撑机构包括压板、下限位环板、导柱和第二压缩弹簧，压板固定连接在直角圆弧导板下端的外壁，下限位环板固定连接在内套管的下端外壁，下限位环板的外圈设置有与外套管的内圈密封配合的第四密封圈，导柱平行于内套管的中心线，压板上开设有上下通透的透孔，导柱上部插设在透孔内，第二压缩弹簧套设在导柱上，第二压缩弹簧的上端和下端分别与压板和下限位环板顶压配合。
4.根据权利要求3所述的张开网式表层固定套管，其特征在于：内套管上均匀开设有若干个第一注浆孔，直角圆弧导板上开设有与第一注浆孔数量相等且一一对应的第二注浆孔，在第二压缩弹簧的弹力作用下，直角圆弧导板的上端边沿高于内套管并位于凹连接结构内部；当直角圆弧导板上端边沿与内套管的上端边沿齐平时，L型挂钩的上边沿正好脱离U型挂钩的内侧下边沿，并且第一注浆孔与第二注浆孔一一对应连通。
5.根据权利要求1-4任一项所述的张开网式表层固定套管，其特征在于：每个直角圆弧槽沿高度方向设置有若干条直角弧形加强隔板，直角弧形加强隔板将直角弧形网板分隔为上下间隔布置的若干块。
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