CN205370464U - 减震套管组件及套管井 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种减震套管组件，包括套管(1)以及套设于所述套管(1)外部的至少一个套筒(20)，所述套管(1)与所述套筒(20)之间通过减震机构连接，其中，所述套筒(20)的侧壁(4)的外表面与所述套管(1)的轴线(L)所在平面之间的相交线，与所述轴线(L)之间的夹角大于0°且小于90°。本实用新型另一方面还涉及包括上述减震套管组件的套管井。本实用新型提出一种减震套管组件以及包括该减震套管组件的套管井，以实现对套管所受水平方向应力进行分解。

Description

减震套管组件及套管井

技术领域

本实用新型涉及能源开发领域，更具体地，涉及地下气化、油田开发、煤层气开采领域，具体而言，涉及一种减震套管组件以及包含上述减震套管组件的套管井。

背景技术

套管井的损坏问题是世界范围的亟待解决的难题，在地下气化、油田开发、煤层气开采等领域均不同程度的发生了套管损坏的问题。套管损坏普遍认为有两种形式，一是套管弯断机理，二是套管挤压缩径机理。无论是哪一种的套管损坏形式，都是与地层中的流体压力和地应力的异常变化有直接关系，也就是说地层中的流体压力与地应力的变化是套管损坏的主要因素。其中，地应力是指在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应。地应力是地球固体介质受重力、多种地球构造力和天文动力以及挖掘工程附加动力作用，在介质内部引起相应变形的力学参数，它无所不在，无时不在，直接影响着固体介质及其蕴含的各种流体的力学行为。李四光教授是中国地应力测量的创始人，早在20世纪40年代他就提出地壳中水平运动为主，水平应力起主导作用。

中国专利201420639429.0公开了套管保护装置及套管井，包括包裹在套管上的弹性机构、以及用于限制弹性机构移动的限位机构。在套管外包裹了弹性机构，当水平方向地应力作用时，弹性机构利用自己的弹性变形来应对地应力。可以在一定范围内承受各方向地应力的作用，提升套管承受地应力的能力，有效的对钻井套管起到了保护作用。但是其只能用弹性机构的弹性变形来在一定程度内承受水平方向地应力，作用效果比较有限，且其用于限制弹性结构移动的限位机构安装较复杂。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种减震套管组件以及包括该减震套管组件的套管井，以实现对套管所受水平方向应力进行分解。

为了解决上述问题，本实用新型一方面涉及一种减震套管组件，包括套管以及套设于套管外部的至少一个套筒，套管与套筒之间通过减震机构连接，其中，套筒的侧壁的外表面与套管的轴线所在平面之间的相交线，与轴线之间的夹角大于0°且小于90°。

根据本实用新型的一个实施例，减震机构包括至少两个减震元件，每个减震元件的两端分别连接在套管的外壁与套筒的侧壁的内表面之间。

根据本实用新型的一个实施例，减震元件围绕套管的轴线等间距地设置在同一平面内。

根据本实用新型的一个实施例，减震元件至少设置在套筒的沿套管的轴线的两相对端部处。

根据本实用新型的一个实施例，减震元件为伸缩弹簧、气动伸缩杆或液压伸缩杆中的任一种。

根据本实用新型的一个实施例，套筒为圆台结构或棱台结构。

根据本实用新型的一个实施例，套筒具有通过侧壁相互连接的第一端口和第二端口，其中，第一端口相比于第二端口靠近套管的顶部；或者第二端口相比于第一端口靠近套管的顶部。

根据本实用新型的一个实施例，套筒设置在相邻套管之间相互连接的位置处；或者套筒沿每根套管的至少部分外表面设置。

根据本实用新型的一个实施例，套筒为刚性材料件或者弹性材料件。

根据本实用新型的一个实施例，夹角在30°～60°范围内。

根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种套管井，该套管井包括以上所述的减震套管组件。

本实用新型的有益之处在于：

在本实用新型的减震套管组件中，套管外侧设置有具有倾斜外表面的套筒，其可以将水平方向的应力分解为不同的方向的分力，通过向上、向下、或者左右转动来将水平地应力在更大程度上化解。对于其他方向上的地应力，该减震套管组件同样可用此方法可以很好的化解。从而有效的防止套管因受到地应力的作用而发生断裂，对钻井套管起到了更大程度的保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例减震套管组件的俯视图；

图3是本实用新型另一个实施例的结构示意图；

图4是本实用新型可选实施例减震套管组件的俯视图。

具体实施方式

下面将参照附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本实用新型的减震套管组件，包括套管1以及套设于套管1外部的至少一个套筒20，套管1与套筒20之间通过减震机构连接，其中，套筒20的侧壁4的外表面与套管1的轴线L所在平面之间的相交线，与轴线L之间的夹角大于0°且小于90°。

可以理解，上述套筒20的侧壁4被设置为具有倾斜的外表面，也就是说，侧壁4的外表面不能平行或垂直于轴线L。通过套筒20的侧壁4的外表面，将各个方向的地应力，尤其是水平方向地应力，在一定程度上有效转化为沿着倾斜面向上或者向下的力，起连接作用的减震机构通过向上、向下、或者左右转动和伸缩有效缓解了地应力，尤其是水平地应力对套管1的损坏。从而有效的防止套管1因受到地应力的作用而发生断裂，对套管1起到了更大程度的保护作用。

在一个实施例中，减震机构包括至少两个减震元件5，每个减震元件5的两端分别连接在套管1的外壁与套筒20的侧壁4的内表面之间。该减震套管组件的套筒20与套管1之间仅仅需要若干减震元件5即可连接，安装简单易于操作。

在另一个实施例中，减震元件5围绕套管1的轴线L等间距地设置在同一平面内。优选地，如图2所示，位于同一平面内的减震元件5也可以对称设置。此处应当理解，将减震元件5围绕套管1的轴线L等间距布置可以使得套管1在周向上受力均匀，从而使得本实用新型的组件更加稳定。

另外，在图2所示的俯视图中，虽然示出了第一端口2处与第二端口3处的减震元件5可以围绕轴线L周向错开设置；但是应当理解在可选的实施例中，上述两端口处的减震元件5也可以在俯视图中相互对齐设置。这可以根据具体使用情况而定，本实用新型不局限于此。所述的第一端口2和第二端口3将在下文进行进一步描述。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，减震元件5至少设置在套筒20的沿套管1的轴线L的两相对端部(例如，图1中的第一端口2和第二端口3)处。以保证套筒20在安装后的稳定。

根据本实用新型的可选实施例，减震元件5可以为伸缩弹簧、气动伸缩杆或液压伸缩杆中的任一种。即，只要能够实现通过减震元件5的伸缩来分解地应力即可，其它未示出或未描述的减震伸缩元件均可以应用在本实用新型中。

在本实用新型的可选实施例中，如图2所示，套筒20为圆台结构。可以理解，在如图4所示的实施例中，根据不同的地质环境，套筒20也可以为棱台结构。

再次参照图1，根据本实用新型的一个实施例，套筒20具有通过侧壁4相互连接的第一端口2和第二端口3。其中，第一端口2相比于第二端口3靠近套管1的顶部，即如图1所示的实施例；或者第二端口3相比于第一端口2靠近套管1的顶部，即如图3所示的实施例。可以理解，第一端口2和第二端口3指的是套筒20的两个端口，在一些情况下，第一端口2和第二端口3可以互换，本实用新型不局限与此。

在本实用新型一个可选的实施例中，套筒20可以设置在相邻套管1之间相互连接的位置处(即，套管连接处6)。由于两个套管1的连接处为减震套管组件的连接薄弱处，受到应力的作用，相比于其他部分，上述连接处更容易发生断裂，将套筒设置在连接处外面可以使得套管1不容易被损伤。并且仅仅在相邻套管1之间的连接处设置套筒20使减震套管组件的结构更简单、易于安装并降低成本。当然可以理解，套筒20也可以沿每根套管1的至少部分外表面设置，即，套筒20可以设置在整根套管1的外部或者根据需要设置在套管1外部需要分解应力的位置处。

在本实用新型的可选实施例中，套筒20为刚性材料件或者弹性材料件。可以理解，套筒20可以由具有一定厚度的橡胶皮等减震能力强、缓冲效果好的耐高温抗腐蚀柔性材料制成，也可以是金属材质的刚性原料。

根据本实用新型的一个优选实施例，套筒20的侧壁4的外表面与套管1的轴线L所在平面之间的相交线，与轴线L之间的夹角在30°～60°范围内。

如图1和2所示，在本实用新型的一个实施例中首先在地面7的进出气共用孔处钻孔，依次经过岩层8、含水层9、岩层10直至钻进预计的气化煤层11，经测量计算得知，需要的套管1长度为268m。套管1外径Φ219mm。预计需要11根标准长度为25m的套管1，则有10个焊接处。每个套管连接处6安装一个套筒20保护装置，需要10个套筒20。

在本实施例中，套筒20为圆台结构。每个套筒20的高度为1m左右，侧面母线与水平方向夹角为α(α优选在30°～60°)。在套筒20的第一端口2和第二端口3的两个水平面内，分别沿着套筒20内壁和套管1外壁均匀布置4个减震元件5。在本实施例中，减震元件5为伸缩弹簧，第一端口2构造为较小的一端，第二端口3构造为较大一端。减震元件5的两端分别焊接在圆套筒20内壁和套管1外壁上。则需要40个减震元件5，每个减震元件5的最大拉伸距离不小于套管周长的1/4，即：3.14×219mm/4＝172mm，则，减震元件5的直径不小于最大拉伸距离/π，即：172mm/3.14＝55mm。

套筒20的第一端口2的内径＝套管1外径+减震元件5的自然长度×2；

套筒20的第二端口3的内径＝套筒20高度/tanα×2+套筒20的第一端口2的内径。

其中，套筒20的第二端口3的外径小于终孔孔径即可。

减震元件5的自然长度、套筒20高度、以及侧面母线与水平方向夹角为α可以根据终孔孔径和/或通过测量当地地应力决定。

钻孔到预计的位置后，下放该减震套管到预计的位置，常规洗井，固井，利用固井水泥凝固后形成的固井水泥环来固定套管及周围岩层。即完成该地下气化用钻孔的施工。

如图3和4所示，在本实用新型的另一个实施例中，经测量得知，所发现的水平煤层需要的套管长度为1000m，主要的承受应力作用区位于套管下部600m～700m。在套管590～710m处布置套筒20进行保护。在本实施例中，套筒20为正四棱锥台。套筒20高度为120m(710m-590m)，高与斜高的夹角为α。在该套管1所处长度内，每隔20m布置一圈减震元件5。在本实施例中，减震元件5为伸缩弹簧，第一端口2构造为较小的一端，第二端口3构造为较大一端。

套筒20的第一端口2正方形的边长a为：套管1外径+该圈减震元件5的自然长度×2；

套筒20的第二端口3正方形的边长b为：a+tanα×套筒20高度×2

套筒20的第二端口3的外壁构成的正方形的对角线小于终孔孔径即可。

每圈减震元件5的自然长度及最大拉伸距离、套筒20第一端口2及第二端口3直径、套筒20高度、高与斜高夹角α均可按照套管1管径、终孔孔径和/或当地地应力进行计算。

钻孔到预计的位置后，下放减震套管1到预计的位置，常规洗井，固井，利用固井水泥凝固后形成的固井水泥环来固定套管1及周围岩层。即完成该地下气化用钻孔的施工。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型还涉及一种套管井，其包括上述任意一个实施例中的减震套管组件。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种减震套管组件，包括套管(1)以及套设于所述套管(1)外部的至少一个套筒(20)，所述套管(1)与所述套筒(20)之间通过减震机构连接，其特征在于，

所述套筒(20)的侧壁(4)的外表面与所述套管(1)的轴线(L)所在平面之间的相交线，与所述轴线(L)之间的夹角大于0°且小于90°。

2.根据权利要求1所述的减震套管组件，其特征在于，

所述减震机构包括至少两个减震元件(5)，每个所述减震元件(5)的两端分别连接在所述套管(1)的外壁与所述套筒(20)的所述侧壁(4)的内表面之间。

3.根据权利要求2所述的减震套管组件，其特征在于，

所述减震元件(5)围绕所述套管(1)的所述轴线(L)等间距地设置在同一平面内。

4.根据权利要求2所述的减震套管组件，其特征在于，

所述减震元件(5)至少设置在所述套筒(20)的沿所述套管(1)的所述轴线(L)的两相对端部处。

5.根据权利要求2所述的减震套管组件，其特征在于，

所述减震元件(5)为伸缩弹簧、气动伸缩杆或液压伸缩杆中的任一种。

6.根据权利要求1所述的减震套管组件，其特征在于，

所述套筒(20)为圆台结构或棱台结构。

7.根据权利要求1所述的减震套管组件，其特征在于，

所述套筒(20)具有通过所述侧壁(4)相互连接的第一端口(2)和第二端口(3)，

其中，所述第一端口(2)相比于所述第二端口(3)靠近所述套管(1)的顶部；或者所述第二端口(3)相比于所述第一端口(2)靠近所述套管(1)的顶部。

8.根据权利要求1所述的减震套管组件，其特征在于，

所述套筒(20)设置在相邻所述套管(1)之间相互连接的位置处；或者所述套筒(20)沿每根所述套管(1)的至少部分外表面设置。

9.根据权利要求1所述的减震套管组件，其特征在于，

所述套筒(20)为刚性材料件或者弹性材料件。

10.根据权利要求1所述的减震套管组件，其特征在于，

所述夹角在30°～60°范围内。

11.一种套管井，其特征在于，所述套管井包括权利要求1至10中任一项所述的减震套管组件。