CN206458331U - 防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：钢制的内层套管，所述内层套管具有上接头和下接头；由高强度纤维制成的外套，套设在所述内层套管之外；吸水膨胀装置，设置在所述外套与所述内层套管之间，并嵌设在所述外套内；其中，所述高强度纤维的抗拉强度是石油钢管抗拉强度的5倍以上。本实用新型的组合套管结构简单，采用防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，对内层套管保护效果明显。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油、天然气钻完井领域，具体涉及油田所用的钻井套，特别是一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管。
背景技术
随着页岩气资源开发的深入以及水力压裂技术的广泛应用，页岩气区块在水力压裂时套管出现了不同程度的损坏，对页岩气资源的开发带来很大的危害。目前大部分页岩气井的套管都是采用具有高强度的单层套管，但现有的套管容易发生塑性变形甚至发生破坏，最终导致页岩气储层水力压裂改造工作无法继续进行，降低了页岩气储层水力压裂段数和井生产生命周期。
综上所述，现有技术中存在以下问题：页岩气井使用的套管水力压裂的过程中容易发生塑性变形甚至发生破坏。
实用新型内容
本实用新型提供一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，以解决页岩气井使用的套管水力压裂过程中容易发生塑性变形甚至发生破坏的问题。
为此，本实用新型提出一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：
钢制的内层套管，所述内层套管具有上接头和下接头；
由高强度纤维制成的外套，套设在所述内层套管之外；
吸水膨胀装置，设置在所述外套与所述内层套管之间，并嵌设在所述外套内；
其中，所述高强度纤维的抗拉强度是石油钢管抗拉强度的5倍以上。
进一步地，所述吸水膨胀装置为柱状吸水膨胀橡胶，所述柱状吸水膨胀橡胶的长度方向垂直所述内层套管的轴向。
进一步地，每节套管单元中，沿所述内层套管的轴向设有多排平行的所述吸水膨胀装置，每排所述吸水膨胀装置包括多个沿所述内层套管的径向分布的柱状吸水膨胀橡胶，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶位于所述内层套管的同一径向截面上。
进一步地，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶均匀分布在所述内层套管的径向。
进一步地，所述外套的外壁与环空的水泥环相交接。
进一步地，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：多节串联的所述套管单元。
进一步地，相邻的两节所述套管单元中，上方的内层套管的下接头连接下方的内层套管的上接头。
进一步地，所述内层套管的长度为9.0米至11.0米，所述外套的长度为8.5米至10.5米。
进一步地，所述套管单元的数目为几十节至几百节。
进一步地，所述内层套管的外径为5英寸到9.625英寸。
本实用新型具有如下有益效果：将本实用新型的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管下入页岩气储层层理、裂缝和断层发育井段中。固井过程中吸水膨胀橡胶遇到水泥浆中的水发生吸水膨胀，带动高强度纤维向井壁扩展，使得高强度纤维与水泥浆相互渗透。水泥浆固化后，高强度纤维与水泥合为一体。在水力压裂作业过程中，若层理、裂缝和断层发育地层发生错动，所产生的剪切力作用于含有高强度纤维的水泥环上，高强度纤维抗拉强度较高，消耗因地层错动所产生的剪切力，从而保护内层套管不受损伤。该组合套管结构简单，采用防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，对内层套管保护效果更明显。
附图说明
图1为本实用新型的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管的结构示意图；
图2为本实用新型的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管的工作原理图。
附图标号说明：
1(由高强度纤维制成的)外套 2-柱状吸水膨胀橡胶，3-内层套管，4-水泥浆，5-井壁
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型。
申请人在页岩气井水力压裂施工过程中发现：由于页岩气储层层理、裂缝和断层发育，在水力压裂施工过程中会引发页岩气储层微地震事件，地层发生一定尺度的错动。地层错动所引起的剪切力通过水泥环间接作用在套管上，该剪切力可以分解为一对力偶及一对相反的拉伸力，在该拉伸力的作用下，套管发生塑性变形甚至发生破坏，最终导致页岩气储层水力压裂改造工作无法继续进行，降低了页岩气储层水力压裂段数和井生产生命周期。
为此，申请人提出了一种充填式高强度纤维外层组合套管，以解决页岩气井筒水力压裂时保护套管不受损害。
如图1和图2所示，本实用新型的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：
钢制的内层套管3，例如为钢质的固井套管，所述内层套管具有上接头和下接头；
由高强度纤维制成的外套1，套设在所述内层套管3之外；
吸水膨胀装置，设置在所述外套1与所述内层套管3之间，并嵌设在所述外套1内；吸水膨胀装置可以通过过盈配合与内层套管3相连；
其中，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的10倍以上。高强度纤维可以选用具有上述较高抗拉强度的各种合适纤维。
进一步地，所述吸水膨胀装置为柱状吸水膨胀橡胶2，所述柱状吸水膨胀橡胶2的长度方向垂直所述内层套管的轴向，以实现径向膨胀。
进一步地，每节套管单元中，沿所述内层套管的轴向设有多排平行的所述吸水膨胀装置，每排所述吸水膨胀装置包括多个沿所述内层套管的径向分布的柱状吸水膨胀橡胶2，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶2位于所述内层套管的同一径向截面上，以便制作。
进一步地，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶均匀分布在所述内层套管的径向，以实现均匀膨胀。
进一步地，所述外套1的外壁与环空的水泥环，即井壁5相交接，外套1得以固定，从而以保护内层套管3。
进一步地，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：多节串联的所述套管单元。这样，井下的整个套管都能得到有效保护。
进一步地，相邻的两节所述套管单元中，上方的内层套管的下接头连接下方的内层套管的上接头。相邻的下接头和上接头通过螺纹连接，这样能形成连续稳定的连接。
进一步地，所述内层套管的长度为8.8米至9.2米，所述外套的长度为7.5米至8.5米。这样，便于单节套管单元的制作。进一步地，每节所述套管单元中，所述内层套管的长度为9米，所述外套的长度为7.8米至8.2米，这样，能够做成与现有的钢质套管长度适应的套管单元。
进一步地，所述套管单元的数目为几十节至几百节，能够连接成整个井下套管。
进一步地，所述内层套管的外径为4英寸到9英寸，即在现有的各种规格的钢质套管外都可以设置外套1，从而应用广泛。进一步地，所述内层套管的外径为5英寸到7英寸，这样，对于这个范围的固井套管，都可以设置外层橡胶套管1，从而保护了内层的固井套管。
进一步地，所述吸水膨胀装置的材质为吸水膨胀橡胶，便于吸水膨胀。
进一步地，所述高强度纤维的抗拉强度是石油钢管抗拉强度的10倍至15倍，能够更好的适应井下环境，消耗因地层错动所产生的拉伸力。
进一步地，所述高强度纤维为氨纶纤维，氨纶纤维为制作防弹衣的材质，抗拉强度较高，使用稳定。
如图2所示，将防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管下入页岩气储层层理、裂缝和断层发育井段中。固井过程中吸水膨胀橡胶2遇到水泥浆4中的水发生膨胀带动由高强度纤维制成的外套1向井壁5扩展，使得由高强度纤维制成的外套1与水泥浆4相互渗透。水泥浆固化后，高强度纤维与水泥浆4合为一体，形成高强度水泥环，提高组合套管强度。
在水力压裂过程中，若层理、裂缝和断层发育地层发生错动，所产生的剪切力作用于含有高强度纤维的水泥环上，高强度纤维制成的抗拉强度是石油钢管抗拉强度10-15倍，消耗因地层错动所产生的剪切力，从而保护了内层套管3。该组合套管结构简单，采用防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，对内层套管保护效果更明显。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (10)
1.一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：
钢制的内层套管，所述内层套管具有上接头和下接头；
由高强度纤维制成的外套，套设在所述内层套管之外；
吸水膨胀装置，设置在所述外套与所述内层套管之间，并嵌设在所述外套内；
其中，所述高强度纤维的抗拉强度是石油钢管抗拉强度的5倍以上。
2.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述吸水膨胀装置为柱状吸水膨胀橡胶，所述柱状吸水膨胀橡胶的长度方向垂直所述内层套管的轴向。
3.如权利要求2所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，每节套管单元中，沿所述内层套管的轴向设有多排平行的所述吸水膨胀装置，每排所述吸水膨胀装置包括多个沿所述内层套管的径向分布的柱状吸水膨胀橡胶，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶位于所述内层套管的同一径向截面上。
4.如权利要求3所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶均匀分布在所述内层套管的径向。
5.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述外套的外壁与环空的水泥环相交接。
6.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：多节串联的所述套管单元。
7.如权利要求6所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，相邻的两节所述套管单元中，上方的内层套管的下接头连接下方的内层套管的上接头。
8.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述内层套管的长度为9.0米至11.0米，所述外套的长度为8.5米至10.5米。
9.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述套管单元的数目为几十节至几百节。
10.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述内层套管的外径为5英寸到9.625英寸。
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