套管保护装置及套管井的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及套管井【技术领域】，特别是一种套管保护装置及一种套管井。本实用新型提供一种套管保护装置，用于保护地下的套管，其特征在于：所述套管保护装置包括多个保护筒，多个保护筒沿着所述套管的径向依次套设于所述套管上，每一保护筒的两端部各设有一限位机构，所述限位机构套设在所述套管上并相对于所述套管固定，用于限制对应保护筒的移动范围。在本实用新型的套管保护装置及套管井中，套管外包裹了保护筒，当水平方向地应力作用时，保护筒利用自己的抗压能力以及自由转动来应对地应力。保护筒可在套管上一定范围内移动，可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，解决了长期未解决的技术难题。
【专利说明】套管保护装置及套管井
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及套管井【技术领域】，特别是一种套管保护装置及一种套管井。
【背景技术】
[0002]套管钻井技术是指在钻井过程中，直接利用套管代替钻柱来完成钻井作业，即用套管代替钻杆和钻挺来对钻头施加扭矩和钻压，做到边钻进边下套管，钻完后套管留在井内作完井用的一种钻井技术。
[0003]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。套管井损坏严重地区主要有中国、美国、俄罗斯、北海白垩纪盆地等。杜永军在其博士论文(套损的影响因素地层的流体压力与地应力研宄，2005年)中指出: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。
[0004]现有的用于保护套管的一种套管保护装置，主要是采用在内管上联接套管接箍，且与上部套管联接，内管置于外管中，在外管与内管中间安装有密封环和弹簧，并在上部装有销钉，外管下端与下接头联接，下接头联接井下套管。当地层上升时，伸缩管内管脱离，滑动一段距离，能防止套管断裂，油井仍然能保持安全生产。但是其只能防止因地层上升造成套管断裂，对于水平方向的地应力造成的套管断裂没有任何效果。
实用新型内容
[0005]本实用新型目的在于提供一种套管保护装置和一种套管井，能够有效的保护埋入地下的套管不受水平方向的地应力破坏。
[0006]为达上述优点，本实用新型提供一种套管保护装置，用于保护地下的套管，其特征在于:所述套管保护装置包括多个保护筒，多个保护筒沿着所述套管的径向依次套设于所述套管上，每一保护筒的两端部各设有一限位机构，所述限位机构套设在所述套管上并相对于所述套管固定，用于限制对应保护筒的移动范围。
[0007]在本实用新型的一个实施例中，所述保护筒与所述套管之间或两个保护筒之间设有弹性填充物。
[0008]在本实用新型的一个实施例中，每一保护筒顶部的所述限位机构固定于所述保护筒内，每一保护筒底部的所述限位机构固定于所述保护筒外。
[0009]在本实用新型的一个实施例中，所述套管保护装置还包括一限位机构，所述限位机构套设于所述套管上，且位于所述保护筒中最外层的保护筒的上方。
[0010]在本实用新型的一个实施例中，所述保护筒的底部设有底板，所述保护筒的顶部设有顶板，所述套管穿过所述底板及所述顶板。
[0011]在本实用新型的一个实施例中，所述套管由数节管节组成，所述保护筒套在所述套管上的所述管节连接处。
[0012]在本实用新型的一个实施例中，所述保护筒分为多组，每一组中保护筒的数量为多个，多个保护筒沿着所述套管的径向依次套设于所述套管上。
[0013]在本实用新型的一个实施例中，所述保护筒为圆管结构。
[0014]在本实用新型的一个实施例中，所述保护筒为刚性保护筒。
[0015]本实用新型还提供一种套管井，其包括上述任意一种套管保护装置。
[0016]在本实用新型的套管保护装置及套管井中，套管外包裹了保护筒，当水平方向地应力作用时，保护筒利用自己的抗压能力以及自由转动来应对地应力。保护筒可在套管上一定范围内移动，可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，解决了长期未解决的技术难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1所示为本实用新型第一实施例的套管保护装置的示意图。
[0018]图2所示为图1的套管保护装置的保护筒的截面示意图。
[0019]图3所示为本实用新型第二实施例的套管保护装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0021]图1所示为本实用新型第一实施例的套管保护装置的示意图。请参见图1，本实施例的套管保护装置10用于保护埋入地下的套管20，包括多个保护筒11、弹性填充物13、限位机构15，其中限位机构15固定在套管20的外壁上，限位机构15用于对保护筒11进行限位，弹性填充物13设置在保护筒11的内部。多个保护筒11是指两个或两个以上的保护筒
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[0022]套管20长度为800m的圆形钢管，套管20外径为219mm ;套管20自地面311向下穿过岩层31、含水层33、岩层35后进入煤层37。套管保护装置10保护套管20不受岩层31、含水层33、岩层35及煤层37产生的地应力破坏。套管20露出地面311的部分长lm，深入煤层37的部分长4m。套管20由数根管节通过焊接连接在一起组成；套管井的钻孔孔径为400mm，套管20主要的承受应力作用区位于套管20地下300m?600m处。保护筒11为圆形钢管，三个保护筒11套在套管20上，所述三个保护筒11的壁厚相同，直径不同；三个保护筒11的内径分别为269mm、319mm、369mm，直径大的保护筒11的长度大于直径小的保护筒11的长度，三个保护筒11的长度分别为300m、350m、400m，但不以此为限。在本实用新型套管保护装置的其他实施例中，直径最小的保护筒11的内径可以等于套管20的外径。
[0023]保护筒11需要有足够的厚度保证保护筒11的强度能够克服地应力。保护筒11的下部固定有底板111，保护筒11的上部固定有顶板113，底板111和顶板113均为内径与套管20外径相同，外径与保护筒11内径相同的环形钢板，但不以此为限。底板111和顶板113既可以是一块完整的钢板直接加工而成，也可以由数块钢板焊接在一起制成。在本实用新型其他实施例中，保护筒11可以采用其他形状的管材，如截面为方形、多边形的管材；保护筒11也可以采用其他不易变形的材料制成的管材，如铜、铝、合金、塑料、木材、混凝土、钢筋混凝土。
[0024]图2所示为图1的套管保护装置的保护筒的截面的示意图。请一并参见图2，弹性填充物13设置在保护筒11的内部，所述弹性填充物13为橡胶层、橡胶粉、橡胶颗粒、泡沫塑料、海绵、弹性胶泥和弹簧其中的一种或几种。底板111和顶板113有效的防止弹性填充物撒漏。11、限位机构15可套设在所述套管20上，限位机构15固定在套管20的外壁上，限位机构15为焊接在套管20上的环形钢板，由于限位机构15承受保护筒11的非常大的重力，设置多个限位机构15可以保证保护筒11的限位；限位机构15设置在每个保护筒11的底板111、顶板113的下部附近以及顶板113的上部附近。底板111、顶板113与其下部的限位机构15接触。限位机构15可有效的对保护筒11进行限位。保护筒11可在一定范围内移动。套管保护装置10还包括一限位机构152，所述限位机构152套设于所述套管20上，且位于所述保护筒11中最外层的保护筒11的上方。
[0025]套管保护装置10可按以下步骤安装，但不以此为限。
[0026]第一步，预先在套管20地下600m的位置附近布置三个与套管20横截面平行的环形钢板制成的限位机构15，限位机构15需确保3个直径、长度不同的保护筒11均设置在套管20的主要承受地应力的区域，即地下300-600m范围，保护筒11的长度方向的中点最好都在地下450m附近；限位机构15的内外圆直径分别与对应的保护筒11的外径、套管20的外径相同；
[0027]第二步，在套管20上安装3个保护筒11的下部、并在下端3个保护筒11的下端焊接底板111 ;直径最小的保护筒11的可在焊接底板111之后安装到套管20上。
[0028]第三步，安装保护筒11剩余部分并填充弹性填充物13，先按保护筒11的直径从小到大在各保护筒11的顶部边缘焊接先焊接顶板113下的限位机构15再焊接顶板113，在小直径的保护筒11到达安装顶板113的位置以前直径大的保护筒11需要等小直径的保护筒11的顶板113安装完毕后才能安装高度高于小直径的保护筒11的部分。
[0029]第四步，在直径最大的保护筒11的上方1m处的套管20外壁上，焊接与套管20横截面平行的水平环形卡环，限位机构15的内外圆直径分别与对应的保护筒11的外径、套管20的外径相同。
[0030]在本实用新型套管保护装置10的其他实施例中，为了便于限位机构15安装可将限位机构15分成数个部分，这样限位机构15在安装到套管20上时无需套入套管20，可直接焊接到套管20上。
[0031]套管保护装置10与套管20安装完毕后，常规洗井，向钻孔内套管20外注入填充物，如水泥浆，固定套管20及周围岩层。即完成该地下气化用钻孔的施工。
[0032]图3所示为本实用新型第二实施例的套管保护装置的示意图。请参见图3，本实施例的套管保护装置10用于保护埋入地下的套管20，包括多组保护筒11和限位机构15，其中限位机构15固定在套管20的外壁上，限位机构15用于对保护筒11进行限位。多组保护筒11是指两组及两组以上的保护筒。
[0033]套管20长度为268m的圆形钢管，套管20外径为219mm ;套管20由数根管节通过焊接连接在一起组成，形成数个管节连接处20a ;套管井的终孔孔径400mm ;套管20自地面311向下穿过岩层31、含水层33、岩层35后进入煤层37。套管保护装置10保护套管20不受岩层31、含水层33、岩层35及煤层37产生的地应力破坏。
[0034]每组保护筒11包括两个以上的多个保护筒11沿着套管20的径向依次套设于所述套管20上。保护筒11为圆形钢管，直径不同的两种保护筒11套在套管20的若干个管节连接处20a的上下Im及1.5m范围内，所述两种保护筒11的壁厚可以不同，直径不同；两个保护筒11的内径分别为269mm、299mm，直径大的保护筒11的长度大于直径小的保护筒11的长度，两种保护筒11的长度分别为3m和2m，但不以此为限。保护筒11需要有足够的厚度，确保保护筒11的强度能够克服地应力。保护筒11的上部固定有顶板113，顶板113为内径与套管20外径相同，外径与保护筒11内径相同的环形钢板，但不以此为限。顶板113既可以是一块完整的钢板直接加工而成，也可以由数块钢板焊接在一起制成。
[0035]限位机构15固定在套管20的外壁上，限位机构15为焊接套管20的环形钢板，限位机构15设置在每个保护筒11的下部、顶板113的下部以及顶板113的上部附近，即在管节连接处20a的上方lm、l.5m,2m以及管节连接处20a的下方lm、l.5处设置限位机构15。需要提出的是限位机构15既可以是一块完整的钢板直接加工而成，也可以由数块钢板焊接在套管20上组成，限位机构15可有效的对保护筒11进行限位。保护筒11可一定范围内移动。
[0036]套管保护装置10可按以下步骤安装，但不以此为限。
[0037]第一步，在安装管节后，在管节连接处20a下方lm、l.5m及上方Im处焊接限位机构15 ；
[0038]第二步，套入直径小的带有顶板113的保护筒11 ;
[0039]第三步，焊接在管节连接处20a上方1.5m处的焊接限位机构15 ；
[0040]第四步，安装直径大的保护筒11 ;
[0041]第五步，在管节连接处20a上方2m处的焊接限位机构15。
[0042]套管保护装置10与套管20安装完毕后，常规洗井，向钻孔内套管20外注入填充物，如水泥浆，固定套管20及周围岩层。即完成该地下气化用钻孔的施工。
[0043]本实用新型还提供一种套管井，其包括套管保护装置10，套管保护装置10的结构及具体工作原理在此不再赘述。
[0044]综上所述，本实用新型的套管保护装置和套管井至少具有以下的优点:
[0045](I)在本实用新型的套管保护装置及套管井中，套管外包裹了保护筒，当水平方向地应力作用时，保护筒利用自己的抗压能力以及自由转动来应对地应力。保护筒可在套管上一定范围内移动，可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，解决了长期未解决的技术难题。
[0046](2)在本实用新型套管保护装置和套管井的一个实施例中，保护筒对形状、直径、材质的要求低，在选用保护筒时可以有效的利用废旧的管材，如废旧钢管、未达到建筑要求的但满足本实用新型套管保护装置要求强度的不合格混凝土管粧、箱梁等。
[0047](3)在本实用新型套管保护装置和套管井的一个实施例中，由于保护筒内部设置了弹性填充物，当保护筒遭受地应力时保护筒、弹性填充物和套管都承受一定的地应力，此外还可减小保护筒产生的变形，有效的提高了套管保护装置的整体抗变形能力和受压能力。
[0048](4)在本实用新型套管保护装置和套管井的一个实施例中，弹性填充物可以是橡胶层、橡胶粉、橡胶颗粒、泡沫塑料、海绵、弹性胶泥和弹簧其中的一种或几种。套管保护装置对材料要求低可由废旧的材料制成，一方面可降低成本，另一方面有效的实现废物利用。
[0049](5)在本实用新型套管保护装置和套管井的一个实施例中，采用钢管制成的保护筒，由于钢管在承受地应力时变形会存在较大的回复力，当直径大的保护筒挤压直径小的保护筒时，直径大的保护筒依然具有回复力，这大大提高了套管保护装置的整体抗压能力。
[0050](6)在本实用新型套管保护装置和套管井的一个实施例中，将套管保护装置仅设置在承受地应力能力较差的管节连接处，减少或去除了在套管在承受地应力能力较好的区域的套管保护装置。
[0051](7)在本实用新型套管保护装置和套管井的一个实施例中，由于采用套管保护装置保护套管，降低了对套管强度的要求，降低了套管的成本。
[0052]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种套管保护装置(10)，用于保护地下的套管(20)，其特征在于:所述套管保护装置(10)包括多个保护筒(11)，多个保护筒(11)沿着所述套管(20)的径向依次套设于所述套管(20)上，每一保护筒(11)的两端部各设有一限位机构(15)，所述限位机构(15)套设在所述套管(20)上并相对于所述套管(20)固定，用于限制对应保护筒(11)的移动范围。
2.根据权利要求1所述的套管保护装置(10)，其特征在于:所述保护筒(11)与所述套管(20)之间或两个保护筒(11)之间设有弹性填充物(13)。
3.根据权利要求1所述的套管保护装置(10)，其特征在于:每一保护筒(11)顶部的所述限位机构(15)固定于所述保护筒(11)内，每一保护筒(11)底部的所述限位机构(15)固定于所述保护筒(11)夕卜。
4.根据权利要求3所述的套管保护装置(10)，其特征在于:所述套管保护装置(10)还包括一限位机构(152)，所述限位机构(152)套设于所述套管(20)上，且位于所述保护筒(11)中最外层的保护筒(11)的上方。
5.根据权利要求1所述的套管保护装置(10)，其特征在于:所述保护筒(11)的底部设有底板(111)，所述保护筒(11)的顶部设有顶板(113)，所述套管(20)穿过所述底板(111)及所述顶板(113)。
6.根据权利要求1所述的套管保护装置(10)，其特征在于:所述套管(20)由数节管节组成，所述保护筒(11)套在所述套管(20)上的所述管节连接处(20a)。
7.根据权利要求1所述的套管保护装置(10)，其特征在于:所述保护筒(11)分为多组，每一组中保护筒(11)的数量为多个，多个保护筒(11)沿着所述套管(20)的径向依次套设于所述套管(20)上。
8.根据权利要求1所述的套管保护装置(10)，其特征在于:所述保护筒(11)为圆管结构。
9.根据权利要求1所述的套管保护装置(10)，其特征在于:所述保护筒(11)为刚性保护筒。
10.一种套管井，其特征在于:所述套管井包括权利要求1至9任一项权利要求所述的套管保护装置(10)。
【文档编号】E21B17/10GK204252862SQ201420639451
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】王媛媛 申请人:新奥气化采煤有限公司