CN110630172A - 冻土层钻井阻热防融装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冻土层钻井阻热防融装置,属于钻井工具领域,其包括:连接在冻土层上的固定套管,以及设置在所述固定套管内的活动套管,所述活动套管的上端通过上部连接装置连接所述固定套管的上端,并且所述活动套管的下端通过下部连接装置连接所述固定套管的下端;其中,所述固定套管和所述活动套管之间形成密闭的环形空腔。本发明能够降低钻井热量对冻土层的传递,从而避免冻土层出现冻融的风险,满足冻土区域中深井钻井对套管隔热的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种冻土层钻井阻热防融装置,属于钻井工具领域。
背景技术
随着石油勘探开发向极地和高寒地区迈进,超厚冻土层给石油钻井来了巨大的挑战,冻土层安全钻井技术亦受到广泛关注。冻土地层由于其压实和胶结性差,力学强度受温度影响大,钻井过程中极易因吸收热量而发生冻融,进而导致井壁失稳。
在冻土层钻进时可用低于0℃的特制钻井液保持冻土层在钻进过程中不发生坍塌;但随着深度和井温的增加,低温钻井液使用量增加,控制钻井液温度低于零度的成本也相应提高,为降低钻井成本,使用常温钻井液+冻土层隔热装置成为一种更好的选择。
常规钻井井身结构中使用的套管隔热性能较差,往往无法满足冻土层钻井对套管隔热性能的要求,尤其在目的井深较大或钻遇复杂情况时,因钻井时间较长,冻土层长时间吸收井底返出钻井液的热量,极易发生冻融,影响井壁稳定甚至出现井壁坍塌复杂,危害钻井安全。因此,有必要设计一种专门针对冻土层钻井的阻热防融装置,降低井筒钻井液热量向冻土层传递,保证冻土区域的钻井安全。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种冻土层钻井阻热防融装置,能够降低钻井热量对冻土层的传递,从而避免冻土层出现冻融的风险,满足冻土区域中深井钻井对套管隔热的要求。
发明提出了一种冻土层钻井阻热防融装置,包括:
连接在冻土层上的固定套管,以及
设置在所述固定套管内的活动套管,所述活动套管的上端通过上部连接装置连接所述固定套管的上端,并且所述活动套管的下端通过下部连接装置连接所述固定套管的下端;
其中,所述固定套管和所述活动套管之间形成密闭的环形空腔。
本发明的进一步改进在于,所述环形空腔内填充有低温流体。
本发明的进一步改进在于,所述环形空腔外部设置有低温流体贮存池,所述低温流体贮存池和所述环形空腔通过循环管线连接;
其中,所述循环管线连接有循环泵,所述低温流体通过所述循环管线和所述循环泵能够在所述贮存池和所述环形空腔内循环流动。
本发明的进一步改进在于,所述上部连接装置为套管头或环形片,所述上部连接装置上设置有若干循环孔,所述循环管线通过所述循环孔进入所述环形空腔内。
本发明的进一步改进在于,所述循环管线与所述循环孔之间设置有防磨垫片和隔热套,并且在所述环形腔内的循环管线固定在所述固定套管内壁上或固定在所述活动套管的外壁上。
本发明的进一步改进在于,所述循环管线为钢管或钢化玻璃管,其中,所述循环管线通过焊接或嵌接的方式固定在所述活动套管的外壁上或所述固定套管的内壁上。
本发明的进一步改进在于,所述固定套管为单层套管或多层套管,所述固定套管的外壁通过水泥环与冻土层固定相连。
本发明的进一步改进在于,所述所述活动套管为单层套管或多层套管,所述活动套管与所述固定套管之间可拆卸式连接。
本发明的进一步改进在于,所述固定套管和所述活动套管的外表面均设置有隔热涂层。
本发明的进一步改进在于,所述固定套管和所述活动套管均为钢材或钢化玻璃材质的套管,并且所述隔热涂层采用硅酸盐类或陶瓷微泡隔热保温涂料的材质。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明所述的一种冻土层钻井阻热防融装置,采用固定套管和活动套管两层套管,中间形成环形空腔。这样,能够有效隔离套管内和冻土层,使其产生的热传递较少。并且通过低温流体循环降温,可有效阻止活动套管内钻井液热量向冻土层传递。从而避免冻土层出现冻融的风险,满足冻土区域中深井钻井对套管隔热的要求,同时也可以节省隔热套管费用,降低钻井成本。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的冻土层钻井阻热防融装置的结构示意图,显示了单层活动套管和单层固定套管的结构;
图2是根据本发明的一个实施方案的冻土层钻井阻热防融装置的结构示意图,显示了单层活动套管和多层固定套管的结构;
图3是根据本发明的一个实施方案的冻土层钻井阻热防融装置的结构示意图,显示了多层活动套管和多层固定套管的结构。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下:1、固定套管,2、活动套管,3、上部连接装置,4、下部连接装置,5、环形空腔,6、循环管线,7、低温流体贮存池,8、循环泵,9、冻土层,10、水泥环,11、钻井工具。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的冻土层钻井阻热防融装置。根据本发明的冻土层钻井阻热防融装置,能够降低钻井热量对冻土层的传递,从而避免冻土层出现冻融的风险,满足冻土区域中深井钻井对套管隔热的要求。
如图1所示,本实施例所述的冻土层钻井阻热防融装置,包括连接在冻土层上的固定套管1。所述固定套管1固定设置在所述冻土层9上,优选为不可拆卸的永久性套管。所述固定套管1内设置有活动套管2,所述活动套管2相对于固定套管1是可拆卸的、临时性的套管。活动套管2内设置钻井工具11。所述活动套管2的上端通过上部连接装置3连接所述固定套管1的上端,并且所述活动套管2的下端通过下部连接装置4连接所述固定套管1的下端。在本实施例中,所述固定套管1的内壁和所述活动套管2的外壁之间具有一定的距离。这样,所述固定套管1和所述活动套管2之间形成环形腔。所述上部连接装置3和所述下部连接装置4密封所述环形腔的上下两端。
使用根据本实施例所述的冻土层钻井阻热防融装置时,通过两层套管能够有效地隔绝热量。本实施例中的固定套管1固定在冻土层9上,所述活动套管2能够可拆卸地连接所述固定套管1。所述固定套管1和所述活动套管2之间设置有环形腔,其能够对冻土层9钻井实现有效阻热,保证冻土以下地层钻进时冻土层9不发生冻融,从而确保钻井安全。
在一个实施例中,所述环形空腔5内填充有低温流体。通过低温流体流动而带走热量,进一步地实现热量的阻隔,从而提高了本实施例隔热的效果。在本实施例中,所述低温流体为凝固点较低的液体,根据实际温度的需要可以选择不同浓度的盐水或防冻液。所述防冻液可以选择乙醇或其他水溶液等凝固点低于水的液体。
在本实施例中,所述的低温流体必须要在温度低于0℃时,依然具有良好的流动性,因此若所需低温流体温度在-15~0℃之间。从安全和成本角度考虑,所述低温流体可选用盐水,温度根据冻土层9的温度、套管导热系数和钻井液的温度进行设计,使其既能保证与冻土层9温差较小,又能保证流体不失去流动性。设计其盐浓度时,满足T=-265.5x2-26x-1.1,其中,T为温度,x为盐水浓度。但当所需低温流体温度低于-15℃时,低温流体则要选用防冻液,温度亦根据冻土层9的温度、套管的导热系数和钻井液温度进行设计,且因防冻液为易燃液体,需要做好相关的安全措施。
在一个实施例中,所述环形空腔5外部设置有低温流体贮存池7,所述低温流体贮存池7和所述环形空腔5通过循环管线6连接。其中,所述循环管线6连接有循环泵8,所述低温流体通过所述循环管线6和所述循环泵8能够在所述贮存池和所述环形空腔5内循环流动。
在使用根据本实施例所述冻土层钻井阻热防融装置时,低温流体贮存池7内存放低温流体,并通过循环管线6连接所述环形空腔5。所述环形空腔5内的低温流体吸收热量后,在循环泵8的作用下通过循环管线6流动到低温流体贮存池7内,同时低温流体贮存池7内的低温流体流动到环形空腔5内。这样,使所述环形空腔5内的低温流体保持较低的温度,提高了阻隔热量的效果。
在一个实施例中,所述上部连接装置3为套管头或环形片,所述上部连接装置3上设置有若干循环孔,所述循环管线6通过所述循环孔进入所述环形空腔5内。在本实施例中,所述循环孔优选的数量为两个,分别用于安装两个循环管线6。所述两个循环管线6分别为环形空腔5流向贮存池和贮存池流向环形空腔5。
在一个优选的实施例中,所述循环管线6与所述循环孔之间设置有防磨垫片和隔热套。所述隔热套优选采用聚四氟乙烯隔热套。通过防磨垫片和隔热套密封连接提高了耐磨性和隔热效果。在本实施中,在所述环形腔内的循环管线6固定在所述固定套管1内壁上或固定在所述活动套管2的外壁上。优选地,所述循环管线6为一种低温适应性好管体,优选为小尺寸连续钢管或钢化玻璃管,并且所述循环管线6通过嵌接或焊接方式固定于活动套管2的外壁上或固定套管1内壁上。所述循环管线6下端的管口位于下部连接装置4的上方一定距离的位置,并且与所述下部连接装置4的间距优选为5~10mm。
在一个实施例中,如图1和图2所示,所述固定套管1为单层套管或多层套管。优选地,所述固定套管1通长旋转为单层或双层的套管结构,一般不超过两层,当然也可以根据实际需要增加套管的层数。所述固定套管1的层数可以根据钻井周期的时间长度来选取套管的层数,当钻井周期时间较长时采用双层或更多层的套管的结构,当钻井周期较短时采用单层套管的结构。所述固定套管1的外壁通过水泥环10与冻土层固定相连,其连接稳固。
在一个实施例中,如图1和图3所示,所述所述活动套管2为单层套管或多层套管,所述活动套管2与所述固定套管1之间可拆卸式连接。优选地,所述活动套管2为单层套管或双层套管,一般不超过两层,当然也可以根据实际需要增加套管的层数。当钻井周期需要非常长时,所述活动套管2采用双管或更多套管的结构。
在一个实施例中,所述固定套管1外表面设置有隔热涂层。通过设置所述隔热涂层能够进一步地提高隔热效果。在一个优选的实施例中,所述固定套管1和所述活动套管2均为钢材或钢化玻璃材质的套管,并且所述隔热涂层采用硅酸盐类或陶瓷微泡隔热保温涂料的材质。
在针对钻井周期较短的井使用根据本实施例所述冻土层钻井阻热防融装置时,如图1所示,所述固定套管1采用单层套管,并且所述活动套管2采用单层套管。所述固定套管1和所述活动套管2分别采用涂覆有隔热材料的单层钢制或玻璃钢材质的套管。在安装时,首先将所述固定套管1通过水泥环10固定在冻土层内。之后,安装固定套管1和活动套管2间的下部连接装置4,固定套管1和活动套管2间的上部连接装置3,以及固定套管1和活动套管2间的循环管线6。上部连接装置3上设置2个循环口,循环管线6从其中一个循环口引出。在所述环形空腔5的内部循环低温流体,所述低温流体采用根据温度配置的不同浓度盐水或防冻液。低温流体在所述环形空腔5和所述低温流体贮存池7之间循环流动来释放热量。在钻井此类井时,由于钻井周期短,冻土地层吸收钻井液热量的时间也会较短,采用涂有隔热涂层材料的单层套管做固定套管1和活动套管2,并辅以低温流体循环降温,可有效阻止活动套管2内钻井液热量向冻土层传递。从而避免冻土层出现冻融的风险,满足冻土区域浅井钻井对套管隔热的要求,同时也可以节省隔热套管费用,降低钻井成本。
在针对钻井周期较长的井使用根据本实施例所述冻土层钻井阻热防融装置时,如图2所示,所述固定套管1采用双层套管,并且所述活动套管2采用单层套管。所述固定套管1和所述活动套管2分别采用涂覆有隔热材料的单层钢制或玻璃钢材质的套管。在安装时,首先将所述固定套管1通过水泥环10固定在冻土层内。之后,安装固定套管1和活动套管2间的下部连接装置4,固定套管1和活动套管2间的上部连接装置3,以及固定套管1和活动套管2间的循环管线6。上部连接装置3上设置2个循环口,循环管线6从其中一个循环口引出。在所述环形空腔5的内部循环低温流体,所述低温流体采用根据温度配置的不同浓度盐水或防冻液。低温流体在所述环形空腔5和所述低温流体贮存池7之间循环流动来释放热量。在钻井此类井时,由于钻井周期较长,冻土地层吸收钻井液热量的时间也较长,采用涂有隔热材料的双层隔热套管做固定套管1,涂有隔热材料的单层隔热套管做活动套管2,并辅以低温流体循环降温,可有效阻止活动套管2内钻井液热量向冻土层传递。从而避免冻土层出现冻融的风险,满足冻土区域中深井钻井对套管隔热的要求,同时也可以节省隔热套管费用,降低钻井成本。
在针对钻井周期很长的井使用根据本实施例所述冻土层钻井阻热防融装置时,如图3所示,所述固定套管1采用双层套管,并且所述活动套管2采用双层套管。所述固定套管1和所述活动套管2分别采用涂覆有隔热材料的单层钢制或玻璃钢材质的套管。在安装时,首先将所述固定套管1通过水泥环10固定在冻土层内。之后,安装固定套管1和活动套管2间的下部连接装置4,固定套管1和活动套管2间的上部连接装置3,以及固定套管1和活动套管2间的循环管线6。上部连接装置3上设置2个循环口,循环管线6从其中一个循环口引出。在所述环形空腔5的内部循环低温流体,所述低温流体采用根据温度配置的不同浓度盐水或防冻液。低温流体在所述环形空腔5和所述低温流体贮存池7之间循环流动来释放热量。在钻井此类井时,由于钻井周期较长,冻土地层吸收钻井液热量的时间也很长,采用涂有隔热材料的双层隔热套管做固定套管1,涂有隔热材料的双层隔热套管做活动套管2,并辅以低温流体循环降温,可有效阻止活动套管2内钻井液热量向冻土层传递。从而避免冻土层出现冻融的风险,满足冻土区域中深井钻井对套管隔热的要求,同时也可以节省隔热套管费用,降低钻井成本。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,包括:
连接在冻土层上的固定套管(1),以及
设置在所述固定套管(1)内的活动套管(2),所述活动套管(2)的上端通过上部连接装置(3)连接所述固定套管(1)的上端,并且所述活动套管(2)的下端通过下部连接装置(4)连接所述固定套管(1)的下端;
其中,所述固定套管(1)和所述活动套管(2)之间形成密闭的环形空腔(5)。
2.根据权利要求1所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述环形空腔(5)内填充有低温流体。
3.根据权利要求2所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述环形空腔(5)外部设置有低温流体贮存池(7),所述低温流体贮存池(7)和所述环形空腔(5)通过循环管线(6)连接;
其中,所述循环管线(6)连接有循环泵(8),所述低温流体通过所述循环管线(6)和所述循环泵(8)能够在所述贮存池和所述环形空腔(5)内循环流动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述上部连接装置(3)为套管头或环形片,所述上部连接装置(3)上设置有若干循环孔,所述循环管线(6)通过所述循环孔进入所述环形空腔(5)内。
5.根据权利要求4所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述循环管线(6)与所述循环孔之间设置有防磨垫片和隔热套,并且在所述环形腔内的循环管线(6)固定在所述固定套管(1)内壁上或固定在所述活动套管(2)的外壁上。
6.根据权利要求5所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述循环管线(6)为钢管或钢化玻璃管,其中,所述循环管线(6)通过焊接或嵌接的方式固定在所述活动套管(2)的外壁上或所述固定套管(1)的内壁上。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述固定套管(1)为单层套管或多层套管,所述固定套管(1)的外壁通过水泥环(10)与冻土层固定相连。
8.根据权利要求7所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述所述活动套管(2)为单层套管或多层套管,所述活动套管(2)与所述固定套管(1)之间可拆卸式连接。
9.根据权利要求8所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述固定套管(1)和所述活动套管(2)的外表面均设置有隔热涂层。
10.根据权利要求9所述的冻土层钻井阻热防融装置,其特征在于,所述固定套管(1)和所述活动套管(2)均为钢材或钢化玻璃材质的套管,并且所述隔热涂层采用硅酸盐类或陶瓷微泡隔热保温涂料的材质。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191231 |