专利名称：可防采动损坏的地面钻井套管的制作方法
技术领域：
本发明涉及地面钻井施工中用于固井的套管，特别涉及一种可防止岩层移动而受 到损坏的柔性地面钻井固井套管。
背景技术：
井下煤层开采过程中，其后方将形成卸压空间，在其竖向方向依次形成冒落带、裂 隙带和弯曲下沉带。地面钻井抽采采动影响区煤层瓦斯技术首先在煤层未开采之前，预先 从地面向开采煤层施工钻井，并进行固井、完井；然后通过开采煤层，使上覆煤岩受下部煤 层开采影响在纵向形成“竖三带”，形成地面钻井抽采瓦斯的流通通道。采动过程中卸压瓦 斯的来源主要有开采层煤层卸压瓦斯及邻近影响层卸压瓦斯两类①当煤层开采时，工作 面前方煤体、两边煤壁及后方的落煤受采动影响解吸甲烷，这部分瓦斯能通过冒落岩层间 较大空隙向地面钻井流动；②开采影响范围内的煤层受采动影响而产生卸压瓦斯，位于裂 隙带内煤层存在便于煤层气流动的的破断裂隙，为处于该层位的邻近层卸压瓦斯涌入到采 空区提供了流动通道，位于弯曲下沉带内的煤岩层形成离层张性裂隙，也为瓦斯的横向流 动提供通道。随着地面钻井的抽采，本煤层瓦斯及开采影响范围内的卸压瓦斯在地面钻井 的抽采负压作用下，通过多种通道进入钻井，实现开采煤层和影响范围内煤层的卸压瓦斯 抽采。地面钻井抽采采动影响区瓦斯适用于煤储层渗透性差，含气量高的煤层，特别适 合于煤层群条件下的瓦斯抽采。因此，在众多瓦斯抽采技术中，地面钻井抽采采动影响区卸 压瓦斯技术已成为该领域的发展方向。通过分析煤层上覆岩体在采动前后的受力状态，得出采空区覆岩在工作面推过前 后移动方向会发生改变当工作面推近时，向工作面方向移动，当工作面推过时，又会向工 作面推进方向移动。当岩层埋藏较深时，容易产生残余水平位移。在煤层开采影响下，强 度差别较大的岩层交界面极易发生较大的水平错动滑移和垂直离层位移，进而导致此区域 的地面钻井井筒被剪切破坏或拉伸破坏，岩层强度突变处即是地面钻井井筒破坏的危险位 置。在工作面推近过程中，岩层交界面处的位移呈现反复变化的趋势，岩层移动过程使抽采 钻井井筒受到剪切、拉压、扭转等多种力的反复作用，导致钻井套管的破坏往往不会是单一 的切断或拉断模式，井筒结构必须具有强大、较全面的抗破坏性能才能保证抽采钻井的使 用寿命。埋深足够深的条件下，当工作面推过后，位移方向最终表现出一致性其中，层间水 平滑移方向与工作面推进方向一致，层间垂直位移方向与自重方向一致，即产生了沉降。现有技术中，地面钻井固井套管通常是一体式结构，经上述分析可知，在煤层上覆 岩层频繁发生位移的条件下，该结构的套管将受到剪切、拉压、扭转等多种力的反复作用， 极易受到损坏，影响瓦斯的顺利抽采。因此，需探索一种地面钻井固井套管，使其可适应煤层上方覆岩层变化的情况，提 高钻井套管抗破坏能力，延长钻井的使用寿命，保障瓦斯抽采的顺利进行。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可防采动损坏的地面钻井套管，其目的是适应煤层上 方覆岩层在各种工况下发生位移的情况，提高钻井套管抗破坏能力，降低地面钻井破坏事 故，保障瓦斯抽采的顺利进行。本发明的可防采动损坏的地面钻井套管，包括管体、偏转接头和伸缩接头，所述管 体为至少两段，相邻管体之间通过偏转接头或伸缩接头连接。进一步，所述偏转接头包括一端为外球形结构的承接管I、一端为内半球形结构的 承接管II和一端为内半球形结构的压盖，所述压盖与承接管II以可拆卸的方式固定连接 形成一球形腔体，承接管I的外球形结构伸入球形腔体内形成球铰结构；进一步，所述承接管II的内半球形结构与承接管I的外球形结构之间、压盖的内 半球形结构与承接管I的外球形结构之间均设置0形密封圈；进一步，所述伸缩接头包括外承接管和内承接管，所述内承接管以滑动配合的方 式伸入外承接管内，内承接管与外承接管之间设置用于限制两者相对滑动的锁止机构；进一步，所述内承接管伸入外承接管一端的外圆上设置周向台阶，所述伸缩接头 还包括外套于内承接管并与外承接管以可拆卸的方式固定连接的导向套，导向套、外承接 管内壁、内承接管外壁和台阶共同围成密闭空间，密闭空间内充有液压介质，所述内承接管 壁上设置泄压阀形成锁止机构；进一步，所述锁止机构为沿径向贯穿外承接管壁和内承接管壁的安全销；进一步，所述外承接管与内承接管的滑动配合面之间设置密封圈I ；进一步，所述导向套与内承接管的滑动配合面之间设置密封圈II和防尘圈。发明的有益效果本发明的可防采动损坏的地面钻井套管，包括管体、偏转接头 和伸缩接头，所述管体为至少两段，相邻管体之间通过偏转接头或伸缩接头连接，使用时， 根据对岩层位移情况的分析结果，在易导致套管受剪切和扭转的岩层对应的深度使用偏转 接头对管体进行连接，在易导致套管受拉压的岩层对应的深度使用伸缩接头对管体进行连 接，在既对套管造成剪切、扭转，又对套管造成拉压的岩层对应深度的小范围内，同时采用 偏转接头和伸缩接头串接后对管体进行连接，以使套管适应岩层的变化，减少地面钻井套 管损坏事故，保障瓦斯抽采的顺利进行。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为本发明的结构示意图；图2为本发明实施例2中伸缩接头的结构示意图。
具体实施例方式实施例1 图1为本发明的结构示意图，如图所示本实施例的可防采动损坏的地面钻井套 管，包括管体1、偏转接头和伸缩接头，所述管体1为至少两段，本实施例采用三段管体，由 上至下第一段管体与第二段管体之间通过伸缩接头连接，第二段管体与第三段管体之间通 过偏转接头连接，根据对岩层位移情况的分析结果，将偏转接头设置在岩层发生位移会对钻井套管产生剪切和扭转作用的对应深度，将伸缩接头设置在岩层发生位移会对钻井套管 产生拉压作用的对应深度，使套管在偏转接头和伸缩接头的作用下随岩层的移动而偏移、 扭转、拉长或压缩，以保护套管不受损坏，减少地面钻井套管损坏事故，保障瓦斯抽采的顺 利进行。当然，在既对套管造成剪切、扭转，又对套管造成拉压的岩层，也可采用在对应深度 的小范围内，同时采用偏转接头和伸缩接头串接后对管体进行连接，同样可以达到保护套 管不受损坏的目的。本实施例中，所述偏转接头包括一端为外球形结构的承接管I 2、一端为内半球形 结构的承接管II 3和一端为内半球形结构的压盖4，所述压盖4与承接管II 3通过螺栓固 定连接形成一球形腔体，承接管I 2与承接管II 3之间通过球形结构和球形腔体铰接，以 形成可扭转和折弯的球铰结构，为实现承接管I的球形结构能放入球形腔体并与其形成球 铰结构，应先将承接管I的球形结构与承接管II的内半球形结构配合，再使压盖的内半球 形结构与承接管I的球形结构配合，最后通过螺栓将压盖与承接管II连接。本实施例中，所述承接管II 3的内半球形结构与承接管I 2的外球形结构之间设 置0形密封圈5，所述压盖4的内半球形结构与承接管I 2的外球形结构之间设置0形密封 圈5，以防止水泥浆和水进入球铰配合面影响其功能。本实施例中，所述伸缩接头包括外承接管6和内承接管7，所述内承接管7以滑动 配合的方式伸入外承接管6内，内承接管7与外承接管6之间设置用于限制两者相对滑动 的锁止机构，所述锁止机构为沿径向贯穿外承接管6壁和内承接管7壁的安全销10，在安全 销的作用下，套管在安装时不至于因下方管体的自重而使套管拉伸，当岩层发生沉降等竖 直方向的位移时，安全销在外承接管与内承接管之间的伸缩力作用下失效，使套管可跟随 岩层的移动而伸缩。本实施例中，所述外承接管6与内承接管7的滑动配合面之间设置密封圈111，所 述导向套8与内承接管7的滑动配合面之间设置密封圈II 12和防尘圈13，以防止水泥浆 和水进入外承接管和内承接管相对滑动所需的空间内而使伸缩接头失效。实施例2 图2为本发明实施例2中伸缩接头的结构示意图，如图所示本实施例的可防采动 损坏的地面钻井套管中，所述内承接管7伸入外承接管6—端的外圆上设置周向台阶7a，所 述伸缩接头还包括外套于内承接管7并与外承接管6以螺纹连接的方式固定连接的导向套 8，导向套8、外承接管6内壁、内承接管7外壁和台阶7a共同围成密闭空间，密闭空间内充 有液压介质，所述内承接管7壁上设置连通密闭空间与外界的泄压阀9形成锁止机构，除采 用泄压阀式的锁止机构外，其余均与实施例1结构相同，使用时，使密闭空间内充满液压介 质，在液压力的作用下，套管在安装时不至于因下方管体的自重而使套管拉伸，当岩层发生 沉降等竖直方向的位移时，外承接管与内承接管之间相对滑动的趋势使限压阀受到的压力 增加，压力增加至一定值时限压阀打开，使套管可跟随岩层的移动而伸缩。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。
权利要求
一种可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于包括管体(1)、偏转接头和伸缩接头，所述管体(1)为至少两段，相邻管体(1)之间通过偏转接头或伸缩接头连接。
2.根据权利要求1所述的可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于所述偏转接头 包括一端为外球形结构的承接管I (2)、一端为内半球形结构的承接管11(3)和一端为内半 球形结构的压盖(4)，所述压盖(4)与承接管II (3)以可拆卸的方式固定连接形成一球形腔 体，承接管1(2)的外球形结构伸入球形腔体内形成球铰结构。
3.根据权利要求2所述的可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于所述承接管 11(3)的内半球形结构与承接管1(2)的外球形结构之间、压盖(4)的内半球形结构与承接 管I (2)的外球形结构之间均设置0形密封圈(5)。
4.根据权利要求1所述的可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于所述伸缩接头 包括外承接管(6)和内承接管(7)，所述内承接管(7)以滑动配合的方式伸入外承接管(6) 内，内承接管(7)与外承接管(6)之间设置用于限制两者相对滑动的锁止机构。
5.根据权利要求4所述的可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于所述内承接管 (7)伸入外承接管(6) —端的外圆上设置周向台阶(7a)，所述伸缩接头还包括外套于内承 接管⑵并与外承接管(6)以可拆卸的方式固定连接的导向套(8)，导向套(8)、外承接管 (6)内壁、内承接管(7)外壁和台阶(7a)共同围成密闭空间，密闭空间内充有液压介质，所 述内承接管(7)壁上设置泄压阀(9)形成锁止机构。
6.根据权利要求4所述的可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于所述锁止机构 为沿径向贯穿外承接管(6)壁和内承接管(7)壁的安全销(10)。
7.根据权利要求5或6所述的可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于所述外承 接管(6)与内承接管(7)的滑动配合面之间设置密封圈1(11)。
8.根据权利要求7所述的可防采动损坏的地面钻井套管，其特征在于所述导向套(8) 与内承接管(7)的滑动配合面之间设置密封圈11(12)和防尘圈(13)。
全文摘要
本发明公开了一种可防采动损坏的地面钻井套管，包括管体、偏转接头和伸缩接头，所述管体为至少两段，相邻管体之间通过偏转接头或伸缩接头连接，使用时，根据对岩层位移情况的分析结果，在易导致套管受剪切和扭转的岩层对应的深度使用偏转接头对管体进行连接，在易导致套管受拉压的岩层对应的深度使用伸缩接头对管体进行连接，在既对套管造成剪切、扭转，又对套管造成拉压的岩层对应深度的小范围内，同时采用偏转接头和伸缩接头串接后对管体进行连接，以使套管适应岩层的变化，减少钻井套管损坏事故，保障地面钻井瓦斯抽采的顺利进行。
文档编号E21B17/00GK101915063SQ20101024445
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者刘洋, 孙东玲, 孙海涛, 孙炳兴, 岳超平, 张军, 张玉明, 晁建伟, 李日富, 林府进, 武文宾, 江万刚, 贾泉敏, 陈金华, 隆清明 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院