专利名称：抗冰隔水套管组合结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海上石油工程设备，尤其是一种用于海上钻井隔水套管抗冰的抗 冰隔水套管组合结构。
背景技术：
对于海上钻井而言，隔水套管是必不可少的重要钻井设备。冬季由于有海冰覆盖， 冰区跨度大，冰力大，对表层隔水套管侧向作用力大，因此表层隔水套管的抗冰能力对于冬 季海上钻井安全作业起着重要的影响。目前，提高表层隔水导管抗冰能力的常规方法是一，采用双层隔水导管套管结构，如图1所示，即外层采用直径为76. 2厘米的外层 隔水套管1’，内层采用直径为60. 96厘米的内层隔水套管2’，在内层隔水套管2’的内部又 套设一表层套管3’，两层隔水套管的长度都是从水上井口到泥线以下50米。这种结构类型 在进行内层隔水套管2’下入施工时，内层隔水套管2’锤入深度很难控制，并且会浪费大量 的内层隔水套管2’，施工时间和费用会大大增加。二，采用单层隔水套管结构，另外增加一个导管架水平层，使用导管架水平层来扶 正单层隔水套管，起到提高隔水套管的抗冰能力。这种结构类型增加了导管架建造和施工 的工作量，建造和作业费用增加巨大。三，采用大尺寸隔水套管结构，来提高隔水套管的抗冰能力，这种结构类型将增加 隔水套管的钢材用量，使隔水套管的作业费用大大增加。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种抗冰隔水套管组合结构，其可以在冰区 范围局部增加表层隔水套管厚度，增强表层隔水套管抗侧应力的刚度和抗弯能力，有效地 提高隔水套管抗冰能力。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种抗冰隔水套管组合结构，包括一 表层套管、一套设在所述表层套管之外的外层隔水套管，其特征在于对应于冰区厚度范 围，在所述外层隔水套管与表层套管之间夹设一内层隔水套管；所述内层隔水套管的长度 小于所述外层隔水套管的长度且大于所述冰区厚度；所述外层隔水套管与内层隔水套管之 间的环空部分，以及所述内层隔水套管与表层套管之间的环空部分均以水泥浇注固结。所述内层隔水套管的上部和下部分别与所述表层套管固定连接，并随所述表层套 管同时钻入。所述内层隔水套管两端分别通过连接接头与表层套管螺纹连接。所述连接接头包括内固定管及外固定管，所述内固定管与外固定管之间间隔设置 有多个连接板，相邻的连接板之间形成有导流孔，所述内固定管的上端通过螺纹与所述表 层套管连接，所述外固定管的下端通过螺纹与所述内层隔水套管连接。所述连接接头的内固定管与外固定管之间还设置有两个以上的加强筋。所述内层隔水套管顶部高出海平面3 8米，所述内层隔水套管水下长度为4 8米，最佳为所述内层隔水套管长10米，且其水上、水下长度均为5米。所述内层隔水套管的厚度范围为20 51mm，最佳为25mm。所述外层隔水套管的内径可选择36英寸或30英寸，内层隔水套管2的内径可选
择24英寸或20英寸，表层套管3的内径可选择131英寸或91英寸，实施时可根据需要进行适当地组合。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、简化的内层隔水套管的长度控制在冰区范围，相当于增加了冰区范围的局部外 层隔水套管的厚度，从而有效地提高了外层隔水套管在冰区范围内局部的抗侧应力的刚 度，而且增大了与冰区范围对应的局部表层套管的抗侧应力的刚度，从而提高隔水套管的 整体抗冰能力。2、简化的内层隔水套管的上部和下部与表层套管通过连接接头进行连接，内层隔 水套管上部通过上接头与表层套管连接，内层隔水套管下部通过下接头与表层套管连接。 内层隔水套管随表层套管同时下入，内层隔水套管与表层套管之间环空以水泥固结来固 定，从而避免了现有技术中内层隔水套管钻入深度不易控制的缺点，不仅便于施工，而且减 少了套管材料用量。3、针对冬季表层隔水套管受到的海冰作用力，简化隔水套管组合结构，用以抵抗 冬季海冰作用，能够保证冬季钻井作业安全。4、对钻完井工期无影响，且节约了大量的工程费用等。
图1为常用的双层隔水套管结构示意图；图2为本发明的抗冰隔水套管组合结构的具体实施例的应用示意图；图3为图2的俯视示意图；图4为本发明的抗冰隔水套管组合结构所用的连接接头的侧视示意图；图5为本发明的抗冰隔水套管组合结构所用的连接接头的立体结构示意图。
具体实施例方式为了对本发明所要解决的问题、解决问题所采取的技术方案以及采取方案所产生 的有益效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。如图1所示，本发明的一种抗冰隔水套管组合结构，实质为一种局部加厚的隔水 套管结构，是一种简化的双层隔水套管结构。它包括一外层隔水套管1、一内层隔水套管 2、一表层套管3。外层隔水套管1套设于表层套管3之外；内层隔水套管2对应于冰区厚 度4，设置在外层隔水套管1与表层套管3之间。内层隔水套管2的长度小于外层隔水套管 1的长度且大于冰区厚度，以便在冰区范围内，局部增加外层隔水套管1的厚度。外层隔水 套管1与内层隔水套管2之间的环空部分，以及内层隔水套管2与表层套管3之间的环空 部分均以水泥浇注固结(图中未示出)。本发明简化了现有技术的内层隔水套管结构，简化后的内层隔水套管2长度控制 在冰区厚度4内，针对冬季海冰的作用力，本发明相当于增加了冰区范围内的局部外层隔水套管1的厚度，从而有效地提高了外层隔水套管1在冰区范围内局部抗侧应力的刚度，增 大了对表层套管3的保护力度。一并参照图2 图5，靠近海平面附近的局部表层套管3之外套设有简化的内层隔 水套管2，内层隔水套管2的上端部和下端部分别与表层套管3固定连接，以便在安装隔水 套管时，内层隔水套管2随表层套管3同时钻入。其中一实施例中，内层隔水套管2的上端 部和下端部分别通过连接接头5与表层套管3固定连接，连接接头5的结构及其与它们的 连接方式为连接接头5包括内固定管6和外固定管7，内固定管6和外固定管7之间间隔 连接有多个连接板8，相邻的连接板8之间形成有导流孔9。内固定管6和外固定管7上均 具有螺纹，内固定管6和表层套管3相螺接，外固定管7和内层隔水套管2相螺接，连接接 头5、表层套管3以及内层隔水套管2上的螺纹较佳应符合API标准规范。由于本发明相邻的连接板8之间形成有导流孔9，导流孔9可以使内层隔水套管2 的内、外之间连通，从而能够满足流体上、下流动和水泥浆上返流动。
较佳地，连接接头5的内固定管6与外固定管7之间还设有多个加强筋10，从而使 内层隔水套管2与表层套管3连接更为牢固。本发明图4、图5所示的实施例中，连接接头 5设有八个连接板8和四条加强筋10。本发明的抗冰隔水套管组合结构安装完成后，外层隔水套管1和内层隔水套管2 之间的环空，以及内层隔水套管2与表层套管3之间的环空均以水泥(图中未示)浇注固 结，以避免现有技术内层隔水套管2钻入深度不易控制的缺点，且减少了套管材料用量，增 大了冰区范围局部外层隔水套管1的抗弯刚度。具体实现过程是1)在外层隔水套管1打入后，使用一个钻头从外层隔水套管1里面钻出一个井眼， 井眼的深度较佳是稍微大于表层套管3的下入长度，钻头直径小于外层隔水套管1的内径， 而大于表层套管3外径。2)钻好井眼后，把预先组合好的内层隔水套管2与表层套管3的组合结构下入井 眼。3)组合结构下好后，先从表层套管3内部打入一定量的前置液对表层套管3外部 的环空进行清洗，然后打入水泥浆，水泥浆通过表层套管3底部上返到表层套管3与井眼之 间的环空。4)利用顶替液把表层套管3内部的水泥浆全部顶出表层套管3内部，其中，水泥浆 的用量要经过科学计算，保证水泥浆在表层套管3与井眼之间环空中的上返高度达到内层 隔水套管2顶部以上至少3米位置处。这样由于导流孔9的作用，在内层隔水套管2与内 部的表层套管3之间就充满了水泥浆，外层隔水套管1与内层隔水套管2之间也都充满了 水泥浆。等待水泥浆凝固一定时间后，在这三个管柱之间形成了水泥固结，从而使这段管柱 组合结构的抗冰能力大大提高。本发明的外层隔水套管1、内层隔水套管2以及表层套管3的各规格型号、尺寸参 数可以根据具体的实施情况来设置。例如，外层隔水套管1的内径可选择36英寸或30英
寸，内层隔水套管2的内径可选择24英寸或20英寸，表层套管3的内径可选择131英寸或
O
英寸，实施时可根据需要进行适当地组合，本发明的一具体实施例中，外层隔水套管1、
O内层隔水套管2、表层套管分别采用30英寸、20英寸、131英寸，以保证较佳的抗冰能力。
O本发明中内层隔水套管2的长度大于海冰厚度，并对应于冰区范围设置，内层隔 水套管2长度应控制在一个合理范围，通过强度计算和稳定性分析结果，较佳地，安装好后 的内层隔水套管2的顶部高出海平面3 8米，内层隔水套管2的水下长度应控制在5 8米。在一具体实施例中，内层隔水套管2的长度约为10米，且其水上、水下长度约为5米 左右，以便提供较佳的强度和稳定性 。另外，内层隔水套管2的壁厚应满足抗冰强度要求， 厚度范围一般在20 51mm，在一具体实施例中，内层隔水套管2的厚度为25mm。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保护范围。 任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和技术方案的前提下所作出的等同变化与 修改，均应在本发明保护的范围之内。
权利要求
一种抗冰隔水套管组合结构，包括一表层套管、一套设在所述表层套管之外的外层隔水套管，其特征在于对应于冰区厚度范围，在所述外层隔水套管与表层套管之间夹设一内层隔水套管；所述内层隔水套管的长度小于所述外层隔水套管的长度且大于所述冰区厚度；所述外层隔水套管与内层隔水套管之间的环空部分，以及所述内层隔水套管与表层套管之间的环空部分均以水泥浇注固结。
2.如权利要求1所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述内层隔水套管的上 部和下部分别与所述表层套管固定连接，并随所述表层套管同时钻入。
3.如权利要求1或2所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述内层隔水套管 两端分别通过连接接头与表层套管螺纹连接。
4.如权利要求3所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于，所述连接接头包括内固 定管及外固定管，所述内固定管与外固定管之间间隔设置有多个连接板，相邻的连接板之 间形成有导流孔，所述内固定管的上端通过螺纹与所述表层套管连接，所述外固定管的下 端通过螺纹与所述内层隔水套管连接。
5.如权利要求4所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述连接接头的内固定 管与外固定管之间还设置有两个以上的加强筋。
6.如权利要求1 5任一所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述内层隔水 套管顶部高出海平面3 8米，所述内层隔水套管水下长度为4 8米。
7.如权利要求6所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述内层隔水套管长10 米，且其水上、水下长度均为5米。
8.如权利要求1 5任一所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述内层隔水 套管的厚度范围为20 51mm。
9.如权利要求8所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述内层隔水套管的厚 度为25mm。
10.如权利要求1 5任一所述的抗冰隔水套管组合结构，其特征在于所述外层隔水 套管的内径为30英寸，所述内层隔水套管的内径为20英寸，所述表层套管的内径为13.英寸。
全文摘要
本发明公开了一种抗冰隔水套管组合结构，该抗冰隔水套管组合结构包括一表层套管和一外层隔水套管，外层隔水套管套设于所述表层套管外；一内层隔水套管，对应于冰区范围设置在所述外层隔水套管与表层套管之间，且内层隔水套管的长度小于外层隔水套管的长度、大于冰区厚度，以在冰区范围局部增加外层隔水套管厚度，外层隔水套管、内层隔水套管之间的环空部分以及内层隔水套管与表层套管之间的环空部分均以水泥浇注固结。本发明内层隔水套管与表层套管之间固连，避免了内层隔水套管锤入深度不易控制的缺点，同时减少了材料用量，增大了冰区范围内局部隔水套管的抗弯刚度。本发明能够有效提高隔水套管抗冰能力，且对钻井工期无影响，能节约大量的工程费用。
文档编号E21B7/12GK101812975SQ20101015991
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者刘书杰, 唐文波, 杨成, 杨进, 谢梅波, 邓建明, 韩丰欣, 马英文 申请人:中国海洋石油总公司;中海石油研究中心;中国石油大学(北京)