CN110439477B - 一种强度错配的双层组合套管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强度错配的双层组合套管，包括外螺纹接头，内螺纹接头，外层套管和内层套管，其中，外层套管和内层套管采用不同强度等级的材料；外层套管发生塑性变形与内层套管接触后，由于内层套管的刚度远大于外层套管，且内层套管外壁存在一层摩擦系数小的涂层，再配以润滑液的减磨作用，外层套管在外挤力的作用下，沿内层套管外壁发生金属塑性流动变形，吸收部分外挤载荷，减少内层套管承受的外挤载荷，有效提高双层组合套管的抗外挤性能，减少和降低内层套管发生塑性变形失效的风险，适用于非均匀载荷导致的常规套管变形区域。

Description

一种强度错配的双层组合套管
技术领域
本发明属于油气开发套管技术领域，具体涉及一种强度错配的双层组合套管。
背景技术
随着国内外各油田生产开发的深入，多数油田都出现了不同程度的套管损坏，对石油的生产和开发造成了很大的影响。双层组合套管是套管先期保护的一种重要手段，目前大部分双层组合套管是采用内外套管间注水泥的方法，这样可以提高套管的抗挤强度，但在地层蠕动较大的区域，地层的挤压力直接通过外层套管、水泥环传递给内层套管，给内层套管造成损坏，导致采油工程无法进行，而且施工复杂、不易操作；同时，现有双层组合套管没有内、外层套管的材料强度匹配研究成果，套管性能参差不齐。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种强度错配的双层组合套管，有效提高双层组合套管的抗外挤性能，减少和降低内层套管发生塑性变形失效的风险。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种强度错配的双层组合套管，包括外螺纹接头、内螺纹接头、外层套管和内层套管，外层套管的两端分别连接外螺纹接头和内螺纹接头，内层套管的两端分别连接外螺纹接头和内螺纹接头，其中，外层套管所用材料屈服强度低于内层套管所用材料的屈服强度。
外层套管所用材料屈服强度不超过内层套管所用材料屈服强度的80％。
内层套管外表面设置有表面涂层。
表面涂层的硬度高于内层套管的硬度，表面涂层的摩擦系数小于内层套管本身的摩擦系数。
外层套管的壁厚小于等于内层套管的壁厚。
外层套管所用材料的伸长率大于等于20％。
内层套管和外层套管之间存在环空间隙，环空间隙间充有润滑液体。
外层套管两端分别与外螺纹接头和内螺纹接头采用焊接或螺纹连接。
内层套管的两端分别与外螺纹接头和内螺纹接头的内侧螺纹连接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：当外层套管因外挤压力超过抗挤强度而失稳发生塑性变形与内层套管接触后，由于内层套管的刚度大于外层套管，且内层套管外壁存在一层摩擦系数小的涂层，再配以润滑液的润滑，外层套管在外挤力的作用下，可沿内层套管外壁发生金属塑性流动变形，吸收部分外挤载荷，从而减少内层套管承受的外挤载荷，有效提高双层组合套管的抗外挤性能，减少和降低内层套管发生塑性变形失效的风险，适用于非均匀载荷导致的常规套管变形区域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种强度错配的双层组合套管，包括外螺纹接头1，内螺纹接头2，外层套管3和内层套管4，其中，外层套管3的材料屈服强度小于内层套管4材料强度的80％；外层套管3的两端分别与外螺纹接头1和内螺纹接头2的外侧连接，内层套管4的两端分别与外螺纹接头1和内螺纹接头2的内侧连接。
如图1所示，内层套管4外表面设置有表面涂层5，表面涂层5的硬度高于内层套管4的硬度，表面涂层5的摩擦系数小于内层套管5本身的摩擦系数。
外层套管3的壁厚小于等于内层套管4的壁厚；外层套管3的材料伸长率大于等于20％；内层套管4和外层套管3间存在环空间隙，环空间隙充有润滑液体6。
实施例
如图1所示结构，外螺纹接头1和内螺纹接头2外径为153.7mm的套管接箍，外层套管3采用139.7*6.20mm的N80套管，内层套管4采用114.3*6.35mm的P110套管，
外层套管3的材料强度为80ksi，内层套管4的材料强度为110ksi，外层套管3的材料强度为内层套管4的材料强度的72.7％；139.7*6.20mm N80外层套管3的材料伸长率为22％。
外层套管3的壁厚为6.20mm，内径为127.3mm；内层套管的外径为114.3mm，壁厚为6.35mm。
内层套管的表面有一层厚度为30-50μm的Cr涂层，涂层硬度为HRC58。
外层套管3与内层套管4间的环空间隙为6.5mm，内层套管4和外层套管3间的环空间隙中填充有I类矿物型润滑油。
通过上述实施方式设计的强度错配的双层组合套管，实验表明，该双层组合套管的抗外挤强度为123MPa，有效提高双层组合套管的抗外挤性能，减少和降低内层套管发生塑性变形失效的风险，尤其适用于非均匀载荷导致的常规套管变形区域。

Claims (2)

1.一种强度错配的双层组合套管，其特征在于，包括外螺纹接头(1)、内螺纹接头(2)、外层套管(3)和内层套管(4)，外层套管(3)的两端分别连接外螺纹接头(1)和内螺纹接头(2)，内层套管(4)的两端分别连接外螺纹接头(1)和内螺纹接头(2)，其中，外层套管(3)所用材料屈服强度低于内层套管(4)所用材料的屈服强度；外层套管(3)所用材料的伸长率大于等于20％；内层套管(4)外表面设置有表面涂层(5)；表面涂层(5)的硬度高于内层套管(4)的硬度，表面涂层(5)的摩擦系数小于内层套管(4)本身的摩擦系数；内层套管(4)和外层套管(3)之间存在环空间隙，环空间隙间充有润滑液体(6)；外层套管(3)所用材料屈服强度不超过内层套管(4)所用材料屈服强度的80％；外层套管(3)的壁厚小于等于内层套管(4)的壁厚；内层套管(4)的两端分别与外螺纹接头(1)和内螺纹接头(2)的内侧螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的强度错配的双层组合套管，其特征在于，外层套管(3)两端分别与外螺纹接头(1)和内螺纹接头(2)采用焊接或螺纹连接。
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