CN114412370A - 一种用于深井的管组结构 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种用于深井的管组结构，包括：外管，用于埋入地底以隔绝泥浆；内套管，设置在所述外管内；所述内套管用于连接外部负压装置；以及至少一套支撑装置，支撑在所述外管以及内套管之间，以使得所述外管以及内套管间隔设置。本申请实施例的一种用于深井的管组结构，具有抗腐蚀性好的优点。

Description

一种用于深井的管组结构
技术领域
本申请涉及深井套管，尤其涉及一种用于深井的管组结构。
背景技术
现有技术中，深井套管是由不锈钢管材料一段一段竖直焊接而成且下放总长度为170m的大口径长管，深井套管的外管是由碳钢材料制造而成并下放在泥浆井内部，起到支撑稳固保护深井套管和隔绝空气的作用，总长度约为180m。由于碳钢外管本身就接触了泥浆且是经内部灌水后依靠重力作用下放的，这导致碳钢外管自身就具备了易于发生电化学腐蚀的必要条件，若不锈钢管与碳钢外管接触，则会导致不锈钢管发生腐蚀，进而影响深井套管的功能以及使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例期望提供一种用于深井的管组结构，以改善腐蚀问题。
为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：
一种用于深井的管组结构，包括：
外管，用于埋入地底以隔绝泥浆；
内套管，设置在所述外管内；所述内套管用于连接外部负压装置；
以及至少一套支撑装置，支撑在所述外管以及内套管之间，以使得所述外管以及内套管间隔设置。
进一步地，所述支撑装置包括固定组件以及支撑件；
所述固定组件设置在所述外管的内壁或者所述内套管的外壁上；
所述支撑件固定在所述固定组件上并支撑在所述外管以及内套管之间。
进一步地，所述支撑件为绝缘电木块或者塑料块。
进一步地，所述固定组件包括上顶板、下底板以及挡板，所述上顶板以及下底板沿周向相对间隔布置在所述内套管的外壁上；
所述内套管的外壁、所述上顶板与所述下底板围设形成具有半封闭的容纳腔，所述支撑件包括第一支撑段以及第二支撑段；
所述第一支撑段设置在容纳腔中，所述挡板至少部分覆盖在所述容纳腔的上以限制所述第一支撑段沿径向的晃动；
所述第二支撑段支撑在所述外管的内壁。
进一步地，所述固定组件包括端板，所述上顶板以及所述下底板为沿周向延伸的弧段，所述端板连接在所述上顶板以及所述下底板的沿周向的一端上。
进一步地，所述挡板固定在所述上顶板远离所述内套管的一侧形成L形结构；和/或，
所述挡板固定在所述下底板远离所述内套管的一侧形成L形结构。
进一步地，所述挡板覆盖所述容纳腔，所述挡板上具有通孔，所述第二支撑段穿过所述通孔并支撑在所述外管的内壁。
进一步地，第一支撑段为圆弧段，所述第二支撑段为凸块、凸条或者凸柱。
进一步地，所述外管采用碳钢管；和/或，所述内套管采用不锈钢管。
进一步地，所述固定组件包括上顶板、下底板以及挡板，所述上顶板以及下底板沿周向相对间隔布置在所述外管的内壁上；
所述外管的内壁、所述上顶板与所述下底板围设形成具有半封闭的容纳腔，所述支撑件包括彼此连接的第一支撑段以及第二支撑段；
所述第一支撑段设置在容纳腔中，所述挡板至少部分覆盖在所述容纳腔的上以限制所述第一支撑段沿径向的晃动；
所述第二支撑段支撑在所述内套管的外壁上。
本申请实施例的一种用于深井的管组结构通过设置至少一套支撑装置支撑在外管以及内套管之间，以使得外管以及内套管间隔设置，支撑装置为基础绝缘材料，例如塑料、尼龙、或者电木等材料，可塑性好、耐腐蚀，强度高，能承受较长时间的外管以及内套管之间的挤压；通过设计合理的材料以及结构，支撑装置本身与外管或内套管不会发生渗碳腐蚀或电化学腐蚀，而支撑装置支撑在外管以及内套管之间可以有效避免外管与内套管接触，进而可有效避免外管以及内套管发生渗碳腐蚀或电化学腐蚀，提高深井的管组结构耐腐蚀性，延长深井的管组结构使用寿命。
附图说明
图1为本申请实施例的一种用于深井的管组结构的结构示意图；
图2为本申请一实施例的一种用于深井的管组结构的剖视图；
图3为图2的一种用于深井的管组结构的另一视角的结构图，其中省略了外管、端板；
图4为图2的一种用于深井的管组结构的俯视图；
图5为图2的一种用于深井的管组结构的A区域结构放大图的实施例；
图6为图5的结构沿周向展开后的B-B剖视图；
图7为本申请一实施例的支撑件的结构示意图；
图8为图2的一种用于深井的管组结构的A区域结构放大图的另一实施例，其中，省略了支撑件；
图9为本申请一实施例的挡板的结构示意图；
图10为本申请另一实施例的挡板的结构示意图；
图11为本申请另一实施例的支撑件的结构示意图；
图12为本申请一实施例的一种用于深井的管组结构的结构示意图，其中省略了外管；
图13为本申请另一实施例的一种用于深井的管组结构的剖视图；
图14为图13的一种用于深井的管组结构的俯视图；
图15为图13中的外管与支撑装置的相对位置示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。
在本申请实施例的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如图1至图15所示，一种用于深井的管组结构，包括：外管10、内套管20以及至少一套支撑装置30。
其中，外管10通常采用碳钢管，成本低，铸造加工性能好，强度高，外管10用于埋入地底以隔绝泥浆。内套管20通常采用不锈钢管，强度好，易焊接，耐腐蚀性强，内套管20设置在外管10内，也即是说，外管10套设在内套管20的外侧，从而隔绝外部泥浆承受地底的压力，内侧的内套管20用于连接外部负压装置(未标出)，外部负压装置可为真空泵，抽取内套管20的内部空气，以使其符合深井套管的工作环境。
需要了解的是，不同的金属接触过程中，会产生电化学腐蚀以及渗碳腐蚀；以外管10采用碳钢管，内套管20采用不锈钢管为例，不锈钢和碳钢两者接触，一是发生化学腐蚀，因为碳钢中的碳迁移，使不锈钢中的铬形成碳化铬，导致不锈钢的抗腐蚀能力下降，形成渗碳腐蚀；二是碳钢和不锈钢存在很大的电位差，接触后，会发生电化学反应，产生电化学腐蚀，因此在相同的环境中，其腐蚀速度和程度都比单一材质更为严重。
此外，现有技术中，管组结构的工作环境为地底，外管的长度经过一段一段焊接后通常可达到100-180m，内套管的长度经过一段一段焊接后通常可达到100-170m，较长的长度使得哪怕内套管或者外管的轴线偏移1°也会导致在内套管与外管的端部形成一个较大的偏移，进而使得两者接触在一起；碳钢的外管本身就接触了泥浆且是经内部灌水后依靠重力作用下放的，因此外管与内套管之间还会存在有少量水渍，当外管与内套管在地底不慎挨在一起，潮湿、高压的环境以及电化学腐蚀作用，会导致两者迅速腐蚀，外管腐蚀不能再提供隔绝外部泥浆承受地底的压力的功能，内套管腐蚀泄露内部负压环境，最终导致深井的管组结构失去应有的作用。
由此，需要将至少一套支撑装置30支撑在外管10以及内套管20之间，以使得外管10以及内套管20间隔设置，支撑装置30为基础绝缘材料，例如塑料、尼龙、或者电木等材料，可塑性好、耐腐蚀，强度高，能承受较长时间的外管10以及内套管20之间的挤压；通过设计合理的材料以及结构，支撑装置30本身与外管10或内套管20不会发生渗碳腐蚀或电化学腐蚀，而支撑装置30支撑在外管10以及内套管20之间可以有效避免外管10与内套管20接触，进而可有效避免外管10以及内套管20发生渗碳腐蚀或电化学腐蚀，提高深井的管组结构耐腐蚀性，延长深井的管组结构使用寿命。
本申请实施例中，支撑装置30的结构形式可以有多种，以支撑装置30为塑料块为例，可在外管10的内壁上或者内套管20的外壁上其中之一上设置相应的定位结构，例如法兰盘、螺栓连接柱等，支撑装置30通过定位结构定位后与外管10的内壁上或者内套管20的外壁上其中另一相抵触，使得外管10以及内套管20间隔设置。
一实施例中，如图1至图15，支撑装置30可包括固定组件31以及支撑件32。固定组件31可以是与内套管20相同材质的不锈钢结构，材料相容性好，同时具备可塑性好、易焊接、牢固可靠、耐腐蚀性能好等特点。支撑件32可为绝缘电木块、尼龙块或者塑料块，其材质轻、成本低、耐腐蚀，且方便加工成如图7和图11所示的弧形段；并能承受较大的压力以支撑在外管10以及内套管20之间。
固定组件31设置在外管10的内壁或者内套管20的外壁上，支撑件32固定在固定组件31上并支撑在外管10以及内套管20之间。
具体地，参考图2至图5、图8以及图12所示，固定组件31设置在内套管20的外壁上，固定组件31作为固定点方便嵌入支撑件32，嵌入后的支撑件32一端固定在固定组件31上，另一端沿径向向外管10的内壁延伸，并支撑在外管10以及内套管20之间。
参考图13至图15所示，固定组件31设置在外管10的内壁上，固定组件31作为固定点方便嵌入支撑件32，嵌入后的支撑件32一端固定在固定组件31上，另一端沿径向向内套管20的外壁延伸，并支撑在外管10以及内套管20之间。
可以理解的是，管组结构还可以具有多个支撑装置30，其中一些支撑装置30的固定组件31设置在内套管20的外壁上，另一些支撑装置30的固定组件31设置在外管10的内壁上，结构同上两段所述一致，此处不再赘述。
一实施例中，如图1至图12所示，固定组件31设置在内套管20的外壁上。具体地，固定组件31包括上顶板311、下底板312以及挡板313，上顶板311以及下底板312沿周向相对间隔布置在内套管20的外壁上。上顶板311、下底板312以及挡板313可以是与内套管20相同材质的不锈钢板，上顶板311、下底板312的右侧面与内套管20的外壁上采用焊接，结构强度好，且工艺简单；内套管20的外壁上也可以预留连接的螺栓柱，螺栓柱可以是与内套管20相同材质的不锈钢制成，螺栓柱可以与上顶板311、下底板312螺栓连接，具体以实际设计为准。
上顶板311、下底板312的左侧面沿径向朝向外管10，上顶板311与下底板312相对的两板面之间具有空间，内套管20的外壁、上顶板311与下底板312围设形成具有半封闭的容纳腔314，容纳腔314面向外管10的内壁的方向具有开口314a，上顶板311与下底板312的板面沿周向延伸一定弧度，形成了在端部的开口314b。
支撑件32包括相互连接的第一支撑段321以及第二支撑段322；第一支撑段321与第二支撑段322可以是一体连接，例如采用绝缘电木块车铣加工、采用尼龙块或者塑料块一体开模浇筑，也可以是分体制造，例如第一支撑段321可以采用不锈钢、绝缘电木、尼龙块或者塑料块加工成型、第二支撑段322采用绝缘电木、尼龙块或者塑料块加工成型，并通过螺栓连接、焊接的形式使得两者固定为一体。具体安装时，将第一支撑段321设置在容纳腔314中，挡板313至少部分覆盖在容纳腔314的开口314a上以限制第一支撑段321沿径向的晃动，由此，第一支撑段321支撑在内套管20的外壁，第二支撑段322穿过开口314a并支撑在外管10的内壁，从而确保支撑件32支撑在外管10以及内套管20之间。
一实施例中，如图1至图12所示，固定组件31包括端板315，上顶板311以及下底板312为沿周向延伸的弧段，端板315连接在上顶板311以及下底板312的沿周向的一端上，具体地，端板315设置在容纳腔314沿周向的开口314b上，以防止第一支撑段321沿周向从容纳腔314中脱出。
一实施例中，如图1至图12所示，挡板313固定在上顶板311远离内套管20的一侧形成L形结构；挡板313固定在下底板312远离内套管20的一侧形成L形结构；从而方便限制第一支撑段321沿径向晃动，两个挡板313覆盖掉部分的开口314a，第二支撑段322穿过开口314a剩余未被覆盖的区域并支撑在外管10的内壁。也即是说，第二支撑段322的宽度应当小于两个挡板313之间的距离，第一支撑段321的宽度应当小于开口314a，但是应当大于两个挡板313之间的距离；第一支撑段321的长度应当小于上顶板311以及下底板312的长度，但是第二支撑段322与第一支撑段321的长度之和应当超出上顶板311以及下底板312的长度，大致等于外管10以及内套管20的间隙。
如图2至图7所示，挡板313可为弧形长条板。在具体装配时，以焊接为例，先在内套管20的外壁上焊接与其材质一致的下底板312，再在内套管20的外壁上焊接与其材质一致的上顶板311，由此形成容纳空间314，将支撑件32沿径向从开口314a放入容纳空间314中，在上顶板311远离内套管20的一侧焊接一块挡板313从而形成L形结构，在下底板312远离内套管20的一侧焊接另一块挡板313从而形成L形结构，两个L形结构即可稳定的扣紧支撑件32的第一支撑段321，使其不会沿径向掉落；最后再在容纳腔314沿周向的开口314b上焊接端板315，以防止第一支撑段321沿周向从容纳腔314中脱出。
一实施例中，参考图8、图9和图10，挡板313可覆盖容纳腔314的开口314a，挡板313上具有通孔313a，第二支撑段322穿过通孔313a并支撑在外管10的内壁。通孔313a依据需要可以设置为圆形或者多边形，一块挡板313上可以设置一个通孔313a，也可以设置多个通孔313a。
在具体装配时，以焊接为例，先在内套管20的外壁上焊接与其材质一致的下底板312，再在内套管20的外壁上焊接与其材质一致的上顶板311，由此形成容纳空间314，将支撑件32沿径向从开口314a放入容纳空间314中，挡板313的通孔313a套设在第二支撑段322并压紧在第一支撑段321，上顶板311与下底板312远离内套管20的一侧与挡板313焊接从而形成相对封闭的空间，即可稳定的扣紧支撑件32的第一支撑段321，使其不会沿径向掉落；由通孔313a对第二支撑段322进行周向上的限位以防止第一支撑段321沿周向从容纳腔314中脱出，此时无需端板。
一实施例中，如图2至图15所示，第一支撑段321为圆弧段，第二支撑段322可为凸块、凸条或者凸柱。
管组结构包括多个支撑装置30；管组结构的多个支撑装置30可以呈环形围绕在支撑在外管10以及内套管20之间，也可以是形成多个沿不同方向的支撑点，支撑在外管10以及内套管20之间。
参考如图12所示，多个支撑装置30沿周向布置在内套管20的外壁上形成支撑环30a。参考如图7和图11所示，支撑装置30的第一支撑段321为圆弧段，弧度D根据需要可以设计为八分之一π，或者四分之一π，若长度足够，也可以以半环的形式(即弧度D为π)布置。多个支撑装置30首尾搭接相连成环形布置。
在其他一些实施例中，多个支撑装置30沿周向布置在外管10的内壁上形成支撑环30a。
在实际应用中，外管10以及内套管20均是由一段一段竖直焊接形成，每一段材料称之为节，为了保证深井的套管结构从头至尾都不会发生内套管20接触到外管10，支撑装置30的安装位置需要事先分析和严格控制，最终确定安装位置分别为底部第一节、第六节和第十二节，焊接位置可为焊缝上部50-300mm处。
一实施例中，如图13至15所示，固定组件31设置在外管10的内壁上；具体地，固定组件31包括上顶板311、下底板312以及挡板313，上顶板311以及下底板312沿周向相对间隔布置在外管10的内壁上。上顶板311、下底板312以及挡板313可以是与外管10相同材质的碳钢，上顶板311、下底板312的右侧面与外管10的内壁上采用焊接，结构强度好，且工艺简单；外管10的内壁上也可以预留连接的螺栓柱，螺栓柱可以是与外管10相同材质的碳钢制成，螺栓柱可以与上顶板311、下底板312螺栓连接，具体以实际设计为准。
上顶板311、下底板312的左侧面沿径向朝向内套管20，上顶板311与下底板312相对的两板面之间具有空间；外管10的内壁、上顶板311与下底板312围设形成具有半封闭的容纳腔314，容纳腔314面向外管10的内壁的方向具有开口314a，上顶板311与下底板312的板面沿周向延伸一定弧度，形成在端部的开口314b。
支撑件32包括彼此连接的第一支撑段321以及第二支撑段322；第一支撑段321与第二支撑段322可以是一体连接，例如采用绝缘电木块车铣加工、采用尼龙块或者塑料块一体开模浇筑，也可以是分体制造，例如第一支撑段321可以采用不锈钢、绝缘电木、尼龙块或者塑料块加工成型、第二支撑段322采用绝缘电木、尼龙块或者塑料块加工成型，并通过螺栓连接、焊接的形式使得两者固定为一体。具体安装时，将第一支撑段321设置在容纳腔314中，挡板313至少部分覆盖在容纳腔314的开口314a上以限制第一支撑段321沿径向的晃动，由此，第一支撑段321支撑在外管10的内壁，第二支撑段322穿过开口314a并支撑在内套管20的外壁，从而确保支撑件32支撑在外管10以及内套管20之间。
本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于深井的管组结构，其特征在于，包括：
外管(10)，用于埋入地底以隔绝泥浆；
内套管(20)，设置在所述外管(10)内；所述内套管(20)用于连接外部负压装置；
以及至少一套支撑装置(30)，支撑在所述外管(10)以及内套管(20)之间，以使得所述外管(10)以及内套管(20)间隔设置。
2.根据权利要求1所述的管组结构，其特征在于，所述支撑装置(30)包括固定组件(31)以及支撑件(32)；
所述固定组件(31)设置在所述外管(10)的内壁或者所述内套管(20)的外壁上；
所述支撑件(32)固定在所述固定组件(31)上并支撑在所述外管(10)以及内套管(20)之间。
3.根据权利要求2所述的管组结构，其特征在于，所述支撑件(32)为绝缘电木块或者塑料块。
4.根据权利要求2所述的管组结构，其特征在于，所述固定组件(31)包括上顶板(311)、下底板(312)以及挡板(313)，所述上顶板(311)以及下底板(312)沿周向相对间隔布置在所述内套管(20)的外壁上；
所述内套管(20)的外壁、所述上顶板(311)与所述下底板(312)围设形成具有半封闭的容纳腔(314)，所述支撑件(32)包括第一支撑段(321)以及第二支撑段(322)；
所述第一支撑段(321)设置在容纳腔(314)中，所述挡板(313)至少部分覆盖在所述容纳腔(314)的上以限制所述第一支撑段(321)沿径向的晃动；
所述第二支撑段(322)支撑在所述外管(10)的内壁。
5.根据权利要求4所述的管组结构，其特征在于，所述固定组件(31)包括端板(315)，所述上顶板(311)以及所述下底板(312)为沿周向延伸的弧段，所述端板(315)连接在所述上顶板(311)以及所述下底板(312)的沿周向的一端上。
6.根据权利要求4所述的管组结构，其特征在于，所述挡板(313)固定在所述上顶板(311)远离所述内套管(20)的一侧形成L形结构；和/或，
所述挡板(313)固定在所述下底板(312)远离所述内套管(20)的一侧形成L形结构。
7.根据权利要求4所述的管组结构，其特征在于，所述挡板(313)覆盖所述容纳腔(314)，所述挡板(313)上具有通孔(313a)，所述第二支撑段(322)穿过所述通孔(313a)并支撑在所述外管(10)的内壁。
8.根据权利要求4任一项所述的管组结构，其特征在于，第一支撑段(321)为圆弧段，所述第二支撑段(322)为凸块、凸条或者凸柱。
9.根据权利要求1至4任一项所述的管组结构，其特征在于，所述外管(10)采用碳钢管；和/或，
所述内套管(20)采用不锈钢管。
10.根据权利要求1至3任一项所述的管组结构，其特征在于，所述固定组件(31)包括上顶板(311)、下底板(312)以及挡板(313)，所述上顶板(311)以及下底板(312)沿周向相对间隔布置在所述外管(10)的内壁上；
所述外管(10)的内壁、所述上顶板(311)与所述下底板(312)围设形成具有半封闭的容纳腔(314)，所述支撑件(32)包括彼此连接的第一支撑段(321)以及第二支撑段(322)；
所述第一支撑段(321)设置在容纳腔(314)中，所述挡板(313)至少部分覆盖在所述容纳腔(314)的上以限制所述第一支撑段(321)沿径向的晃动；
所述第二支撑段(322)支撑在所述内套管(20)的外壁上。
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