CN115726728A

CN115726728A - 离心固壁连续油管

Info

Publication number: CN115726728A
Application number: CN202211292585.XA
Authority: CN
Inventors: 殷启帅; 陈柯锦; 薛倩玲; 李俐; 万宏宇; 周姚
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-03-03

Abstract

本发明为一种离心固壁连续油管，该离心固壁连续油管包括外管和至少一个离心件，外管下放至井筒内的预设位置，离心件能旋转地设置于外管内，离心件的内部盛装有填充物，离心件和外管上分别开设有多个第二冲砂孔和多个第一冲砂孔，当离心件处于旋转状态时，离心件内的填充物依次穿过第二冲砂孔和第一冲砂孔被甩送至井筒的内壁上。本发明解决了天然气水合物开采过程中的出砂易导致地层亏空的技术问题。

Description

离心固壁连续油管

技术领域

本发明涉及石油、天然气工程技术领域，尤其涉及一种离心固壁连续油管。

背景技术

天然气水合物(又称可燃冰)是由水分子与轻烃类气体分子在低温高压环境下形成的笼状结晶化合物，广泛分布于陆域冻土区和水深超过300米的海洋沉积物中。此外，天然气水合物具有较高的能量密度，标准条件下，1m³水合物分解可产生约164m³的天然气。目前，全球天然气水合物资源量的估算值约为2×10¹⁶m³，相当于2×10¹³吨油当量，是常规天然气资源量的40倍左右，有机碳含量是全球已探明化石燃料的2倍，已经成为新型绿色替代能源。

天然气水合物开采的主要思路是打破水合物原有的相平衡状态，从而使固体水合物分解为可流动的水和甲烷气体，再通过井筒将甲烷气体从地层抽取出来。主要的开采方法包括：降压法、热刺激法、气体置换法、注抑制剂、固态流化以及上述单一开采方法的联合使用。但是无论采用何种开采方法打破水合物的相平衡状态使其分解，最终都需要对产生的气体进行抽取和回收。而在进行流体抽取的过程中，受流体流动的拖曳作用，沉积物颗粒可能发生脱落、运移并随之产出的现象(即出砂)，由于水合物储层通常埋深都比较浅(地表或海底面以下300m-500m范围内)，地层压实性较差，胶结程度较低，水合物开采过程中极易发生地层固体颗粒脱落、运移和产出的现象，固体颗粒的大量脱落流失会导致地层亏空并可能诱发海底滑坡、海底面沉降、甲烷气体泄漏、井壁失稳等一系列环境地质问题，易造成开采事故的发生。

针对相关技术中天然气水合物开采过程中的出砂易导致地层亏空的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种离心固壁连续油管，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离心固壁连续油管，其在打破水合物相平衡进行流体抽取的过程中，旋转结构可通过离心力将沉积物颗粒甩送至井筒的内壁面上，起到补充地层亏空、加固井壁的作用，减少水合物开采过程中地层的沉降量，防止井壁失稳事故的发生。

本发明的目的可采用下列方案来实现：

本发明提供了一种离心固壁连续油管，所述离心固壁连续油管包括外管和至少一个离心件，所述外管下放至井筒内的预设位置，所述离心件能旋转地设置于所述外管内，所述离心件的内部盛装有填充物，所述离心件和所述外管上分别开设有多个第二冲砂孔和多个第一冲砂孔，当所述离心件处于旋转状态时，所述离心件内的所述填充物依次穿过所述第二冲砂孔和所述第一冲砂孔被甩送至所述井筒的内壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述外管沿其轴向上分为多段，相邻两段所述外管之间通过隔板分隔，每段所述外管内分别设置有所述离心件。

在本发明的一较佳实施方式中，所述隔板可拆卸地设置于所述外管内且位于相邻两段所述外管之间的位置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述离心件为两端封口的筒状结构，所述离心件的中心轴与所述外管的中心轴平行或重合，各所述第二冲砂孔和各所述第一冲砂孔分别在所述离心件和所述外管上均匀且间隔排布。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第二冲砂孔的孔径小于所述第一冲砂孔的孔径。

在本发明的一较佳实施方式中，所述填充物为砂砾，所述砂砾的粒径小于所述第二冲砂孔的孔径。

在本发明的一较佳实施方式中，所述离心固壁连续油管还包括带动所述离心件沿所述外管的周向旋转的驱动装置，所述驱动装置设置于所述隔板上，所述驱动装置的输出端与所述离心件连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动装置为防水电机，所述离心件上设置有旋转轴，所述防水电机的输出轴与所述旋转轴连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动装置为螺旋叶轮，所述离心件上设置有旋转轴，所述螺旋叶轮的中心轴与所述旋转轴连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述离心固壁连续油管还包括上接箍，所述上接箍设置于所述外管的顶部，所述外管通过所述上接箍与所述油管管柱的底部连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述上接箍的外壁和内壁上分别设置有定位凸块和定位凹槽，所述定位凸块和所述定位凹槽分别与所述油管管柱上的卡槽和卡块配合卡接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述离心固壁连续油管还包括下接箍，所述下接箍设置于所述外管的底部，所述外管通过所述下接箍与其他段所述外管或者位于所述外管下方的油管管柱连接。

由上所述，本发明的离心固壁连续油管的特点及优点是：通过将外管下入至井筒内的预设位置，在外管内设置有能旋转的离心件，且在离心件内盛装有填充物，在预设位置上通过离心件的旋转产生离心力，使得离心件内的填充物依次穿过离心件上的第二冲砂孔和外管上的第一冲砂孔被甩送至井筒的内壁上，从而对预设位置上井筒内的亏空部位进行补充和井壁的加固，有效减少水合物开采过程中的地层沉降量，防止井壁失稳事故的发生。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明离心固壁连续油管的结构示意图。

本发明中的附图标号为：

1、外管； 101、第一冲砂孔；

2、离心件； 201、第二冲砂孔；

202、旋转轴； 3、上接箍；

301、定位凸块； 302、定位凹槽；

4、隔板； 5、驱动装置；

6、下接箍。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种离心固壁连续油管，该离心固壁连续油管包括外管1和至少一个离心件2，外管1为竖向设置的两端开口的圆筒状结构，外管1下放至井筒内的预设位置(在井筒的内壁上存在地层亏空的位置)，离心件2能旋转地设置于外管1内，离心件2的内部盛装有填充物，离心件2上开设有多个第二冲砂孔201，外管1上开设有多个第一冲砂孔101；当离心件2处于旋转状态时，离心件2内的填充物在离心力的作用下，依次穿过各第二冲砂孔201和各第一冲砂孔101后被甩送至井筒的内壁上。

本发明通过将外管1下入至井筒内的预设位置，在外管1内设置有能旋转的离心件2，且在离心件2内盛装有填充物，在打破水合物相平衡进行流体抽取的过程中，可在预设位置上控制离心件2进行旋转，通过离心件2的旋转产生离心力，使得离心件2内的填充物依次穿过离心件2上的第二冲砂孔201和外管1上的第一冲砂孔101被甩送至井筒的内壁上，从而对预设位置上井筒内的亏空部位进行补充和井壁的加固，有效减少水合物开采过程中的地层沉降量，防止井壁失稳事故的发生。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，外管1沿其轴向上分为多段，相邻两段外管1之间通过隔板4分隔，隔板4可拆卸地设置于外管1内且位于相邻两段外管1之间的位置，每段外管1内分别设置有离心件2。根据实际下入地层的实际深度进行分层作业，对应深度的离心件2进行工作，各段外管1内的离心件2之间互相不产生影响。其中，每段外管1的轴向长度可为但不限于10mm，相邻两段外管1之间通过螺纹结构连接，位于最上方的外管1与油管管柱的底部连接，或者将位于最上方的外管1直接悬挂于井口处。其中，外管1还可为常规连续油管。本发明中，在进行作业前，可根据固井数据(如：井深、对应深度的井筒半径、对应深度的井筒亏空情况等)，在离心件2内预先盛装对应使用量的填充物，在旋转固井过程中无需对填充物进行补充。

进一步的，隔板4可为但不限于外管盲板。

进一步的，如图1所示，离心件2为竖向设置两端封口的圆筒状结构，离心件2的中心轴与外管1的中心轴平行或重合，各第二冲砂孔201在离心件2上均匀且间隔排布，各第一冲砂孔101在外管1上均匀且间隔排布，确保填充物均匀甩出至井筒的内壁上。

进一步的，第二冲砂孔201的孔径小于第一冲砂孔101的孔径。第二冲砂孔201具有更好的阻挡效果，其能够阻挡大粒径的填充物甩出，仅允许小粒径的填充物被甩出；而第一冲砂孔101的孔径可约为10mm，以便通过第二冲砂孔201甩出的填充物颗粒能够顺利通过第一冲砂孔101甩出至井筒的内壁上，对井筒的内壁起到补充、加固、防护的作用。

进一步的，填充物可为但不限于砂砾，砂砾的粒径小于第二冲砂孔201的孔径。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，离心固壁连续油管还包括带动离心件2沿外管1的周向旋转的驱动装置5，驱动装置5固定设置于隔板4上，驱动装置5的输出端与离心件2连接，通过驱动装置5可带动离心件2沿外管1的周向旋转，从而产生离心力以将填充物甩出至井筒的内壁上。

在本发明的一个可选实施例中，驱动装置5为防水电机，离心件2上设置有旋转轴202，防水电机的输出轴与旋转轴202连接，通过控制防水电机工作即可带动离心件2沿外管1的周向旋转。

在本发明的另一个可选实施例中，驱动装置5为螺旋叶轮，离心件2上设置有旋转轴202，螺旋叶轮的中心轴与旋转轴202连接，通过外管1内流体的流动可驱动螺旋叶轮旋转，从而通过螺旋叶轮带动离心件2沿外管1的周向旋转。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，离心固壁连续油管还包括上接箍3，上接箍3设置于外管1的顶部，外管1通过上接箍3与油管管柱的底部连接。

进一步的，如图1所示，上接箍3的外壁上沿其周向设置有定位凸块301，上接箍3的内壁上设置有定位凹槽302，上接箍3可通过定位凸块301和定位凹槽302分别与油管管柱底部预设的卡槽和卡块配合卡接。通过定位凸块301和定位凹槽302可对上接箍3与油管管柱起到固定连接的作用，同时起到抗扭的作用。

在本发明的一个可选实施例中，如图1所示，离心固壁连续油管还包括下接箍6，下接箍6设置于外管1的底部，外管1通过下接箍6与其他段外管1或者位于外管1下方的油管管柱连接。

本发明的离心固壁连接油管的特点及优点是：

该离心固壁连接油管中，在打破水合物相平衡进行流体抽取的过程中，可在预设位置上控制离心件2进行旋转，通过离心件2的旋转产生离心力，使得离心件2内的填充物被甩送至井筒的内壁上，从而对预设位置上井筒内的亏空部位进行补充和井壁的加固，有效减少水合物开采过程中的地层沉降量，防止井壁失稳事故的发生。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种离心固壁连续油管，其特征在于，所述离心固壁连续油管包括外管和至少一个离心件，所述外管下放至井筒内的预设位置，所述外管连接于所述油管管柱，所述离心件能旋转地设置于所述外管内，所述离心件的内部盛装有填充物，所述离心件和所述外管上分别开设有多个第二冲砂孔和多个第一冲砂孔，当所述离心件处于旋转状态时，所述离心件内的所述填充物依次穿过所述第二冲砂孔和所述第一冲砂孔被甩送至所述井筒的内壁上。

2.如权利要求1所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述外管沿其轴向上分为多段，相邻两段所述外管之间通过隔板分隔，每段所述外管内分别设置有所述离心件。

3.如权利要求2所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述隔板可拆卸地设置于所述外管内且位于相邻两段所述外管之间的位置。

4.如权利要求1所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述离心件为两端封口的筒状结构，所述离心件的中心轴与所述外管的中心轴平行或重合，各所述第二冲砂孔和各所述第一冲砂孔分别在所述离心件和所述外管上均匀且间隔排布。

5.如权利要求4所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述第二冲砂孔的孔径小于所述第一冲砂孔的孔径；

所述填充物为砂砾，所述砂砾的粒径小于所述第二冲砂孔的孔径。

6.如权利要求2或3所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述离心固壁连续油管还包括带动所述离心件沿所述外管的周向旋转的驱动装置，所述驱动装置设置于所述隔板上，所述驱动装置的输出端与所述离心件连接。

7.如权利要求6所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述驱动装置为防水电机，所述离心件上设置有旋转轴，所述防水电机的输出轴与所述旋转轴连接。

8.如权利要求6所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述驱动装置为螺旋叶轮，所述离心件上设置有旋转轴，所述螺旋叶轮的中心轴与所述旋转轴连接。

9.如权利要求1所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述离心固壁连续油管还包括上接箍，所述上接箍设置于所述外管的顶部，所述外管通过所述上接箍与所述油管管柱的底部连接。

10.如权利要求1所述的离心固壁连续油管，其特征在于，所述离心固壁连续油管还包括下接箍，所述下接箍设置于所述外管的底部，所述外管通过所述下接箍与其他段所述外管或者位于所述外管下方的油管管柱连接。