用于钻井过程中防塌的可变径套管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于钻井过程中防塌的可变径套管，包括由一整块弹性板材弯成的套管本体(1)，套管本体(1)的两端叠合形成叠合段(2)，所述叠合段(2)设有使套管本体(1)只能往直径扩大方向变形的卡接结构(3)。该可变径套管用于钻井过程的井壁防塌且施工方便，使用该可变径套管能防止井壁垮塌或阻止井壁的进一步垮塌从而减少钻井中的安全问题、降低钻井成本、保证油气资源的勘探开发进度。
【专利说明】用于钻井过程中防塌的可变径套管
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油天然气钻井工程领域，具体涉及一种用于钻井过程中防塌的可变 径套管。
【背景技术】
[0002] 随着石油勘探开发的深度不断提高，勘探开发的难度日益增大，钻井过程中遇到 的地层复杂情况越来越多。当钻头通过泥岩、砂岩与泥岩接触面、煤层等这些易垮塌地层进 行气体钻井作业时，井口或井壁容易出现垮塌。井口或井壁若坍塌会出现下钻遇阻、遇卡、 埋钻等复杂情况。不仅带来了安全问题，增加了钻井成本，而且严重影响油气资源的勘探开 发进度。
[0003] 尤其是在超深井钻井过程中，钻到易垮塌地层时，若不能及时阻止井壁的进一步 垮塌，等到通道被堵死，将大幅地增加钻井成本，延长钻井作业周期。有时还需要将气体钻 井转换成泡沫钻井或者转换成常规的钻井液钻井，由于气体钻井、泡沫钻井以及钻井液钻 井适用的工况不同，适用气体钻井的工况在换成泡沫钻井或钻井液钻井后，容易给施工带 来很大的不便。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种用于超深井中防塌且施工方便的可变径套 管，使用该可变径套管能防止井壁垮塌或阻止井壁的进一步垮塌从而减少钻井中的安全问 题、降低钻井成本、保证油气资源的勘探开发进度。
[0005] 本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用于钻井过程中防塌的可变 径套管，包括由一整块弹性板材弯成的套管本体，套管本体的两端叠合形成叠合段,所述叠 合段设有使套管本体只能往直径扩大方向变形的卡接结构。
[0006] 与现有技术相比，本发明的用于钻井过程中防塌的可变径套管具有以下优点。在 本发明中，套管本体在卡接结构的限制下只能向直径扩大方向变形。在使用前套管本体会 设有卡箍等限制变形结构。当钻井过程中遇到易垮塌地层时，将本发明的用于钻井过程中 防塌的可变径套管下放入易垮塌层，将卡箍等限制变形结构松开。由于套管本体由一整块 弹性板材弯成，在弹性力作用下套管本体往直径扩大的方向变形。套管本体的外壁紧贴于 井壁，从而达到防止井壁垮塌或及时阻止井壁的进一步垮塌的目的。由于本发明施工方便、 能防塌和阻止井壁的进一步垮塌，从而能减少因井壁垮塌而带来的安全问题、降低钻井成 本、保证油气资源的勘探开发进度。
[0007] 作为本发明的一种具体实施例，所述卡接结构包括设在板材一端的卡扣和设在板 材另一端的卡槽。卡槽和卡扣结构简单，容易实现通过卡扣和卡槽的配合使得套管本体只 能往直径扩大方向变形的目的。
[0008] 作为本发明的一种改进，所述卡槽包括供卡扣移动的倾斜面和限制卡扣移动的卡 止面。卡止面限制卡扣往套管本体直径缩小的方向移动，从而限制了套管本体往直径缩小 的方向变形。卡扣只能沿倾斜面移动，此时套管本体往直径扩大的方向变形。
[0009] 作为本发明的另一种改进，所述倾斜面的倾斜角α为10°?45°。倾斜角α太 小，不仅加工时不太方便，而且为了过度平缓，倾斜面长度要延长，进一步造成叠合段长度 增加。倾斜角太大，套管本体直径扩大时容易出现因过度不平缓而产生振动的现象。
[0010] 作为本发明的还有一种改进，设有若干个所述卡槽，其中各个所述卡槽的倾斜面 的倾斜角沿套管本体的直径扩大方向减小。套管本体往直径扩大方向变形时倾斜角越来越 小，受到的阻力越来越小而且过度更平缓。相反的，套管本体往直径缩小方向受到的阻力越 来越大。只能通过工具使套管本体往直径缩小的方向变形。
[0011] 作为本发明的另一种优选，所述卡扣有两个，两个卡扣设在板材的同一端且分别 位于所述叠合段的起始和末尾。两个卡扣与多个卡槽配合可实现多种直径，方便用于不同 直径的井壁。
[0012] 作为本发明的另一种具体实施例，所述卡接结构包括分设在板材一端的第一锯齿 以及与第一锯齿配合的第二锯齿。第一锯齿与第二锯齿配合容易实现套管本体只能往直径 扩大方向变形的目的。而且第一锯齿和第二锯齿容易加工和实现。
[0013] 作为本发明的还有一种优选，所述第一锯齿和第二锯齿均为非对称锯齿。通过非 对称锯齿可以实现套管本体只能往直径扩大方向变形，非对称锯齿在套管本体往直径缩小 方向移动时卡止。
[0014] 作为本发明的还有一种优选，所述叠合段的长度占板材宽度的5%?15%。叠合 段的长度太短，容易出现往直径扩大方向变形时管径扩大小，达不到对井壁强有力的支撑。 叠合段的长度太长，增加了成本。而且叠合段的长度太长的套管本体用于大直径的井壁时， 往直径扩大方向变形扩大慢，达不到快速往直径扩大方向变形支撑井壁的目的。
[0015] 除以上所述的优点外，本发明的用于钻井过程中防塌的可变径套管还具有以下优 占·
[0016] 1.本发明的可变径套管在往直径扩大方向变形后的管内径与原井眼尺寸很接近， 几乎不发生井眼直径的缩小，不会阻碍钻头的正常通过。
[0017] 2.本发明的可变径套管往直径扩大方向变形后，套管本体紧贴井壁，达到封堵和 防止井壁坍塌的目的。为气体钻井提供合适的井壁条件，从而有效提高钻井速度，缩短钻井 和建井周期。
[0018] 3.本发明的可变径套管下入井眼时无需悬挂到上层套管，可以直接在裸眼井段的 垮塌层附近进行往直径扩大方向变形后支撑井壁。减小了施工风险及施工难度，降低了施 工成本。
[0019] 4.本发明的可变径套管依靠自身的弹性力和强度自动与垮塌层附近井壁紧密接 触，并使原先作用在井壁的气体岩屑作用在本发明的可变径套管的内壁上。无需浇注水泥 本发明的可变径套管就能达到保护井壁及固井的目的。
[0020] 5.本发明的可变径套管在扩径过程中不需外加动力，具有结构简单、施工方便、扩 径成功率高、能耗低的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1所示是本发明用于钻井过程中防塌的可变径套管的一种具体实施例。
[0022] 图2所示是本发明用于钻井过程中防塌的可变径套管的另一种具体实施例。
[0023] 图中所示：1、套管本体，2、叠合段，3、卡接结构，3. 1、卡扣，3. 2、卡槽，3.2. 1、倾斜 面，3. 2. 2、卡止面，3. 3、第一锯齿，3. 4、第二锯齿。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0025] 本发明的用于钻井过程中防塌的可变径套管，包括由一整块弹性板材弯成的套管 本体1，套管本体1的两端叠合形成叠合段2,所述叠合段2设有使套管本体1只能往直径 扩大方向变形的卡接结构3。
[0026] 图1所示为本发明的一种具体实施例。在该实施例中，所述卡接结构3包括设在 板材一端的卡扣3. 1和设在板材另一端的卡槽3. 2。
[0027] 所述卡槽3. 2包括供卡扣3. 1移动的倾斜面3. 2. 1和限制卡扣3. 1移动的卡止面 3. 2. 2。所述倾斜面3. 2. 1和卡止面3. 2. 2经平面连接。所述倾斜面3. 2. 1、卡止面3. 2. 2 和平面构成凹陷的卡槽3. 2。所述卡槽3. 2可以为一至多个。
[0028] 所述倾斜面3. 2. 1的倾斜角α为10。?45。。
[0029] 在一个未示出的实施例中，设有若干个所述卡槽3. 2,其中各个所述卡槽3. 2的倾 斜面3. 2. 1的倾斜角沿套管本体1的直径扩大方向减小。在套管本体1往直径扩大方向变 形时，由于各个卡槽3. 2的倾斜面3. 2. 1的倾斜角越来越小，因此套管本体1受到的阻力变 小，导致变形更迅速。
[0030] 在图1所示的实施例中，所述卡扣3. 1有两个，两个卡扣3. 1设在板材的同一端且 分别位于所述叠合段2的起始和末尾。
[0031] 图2所示为本发明的另一种具体实施例。在该实施例中，所述卡接结构3包括分 设在板材一端的第一锅齿3. 3以及与第一锅齿3. 3配合的第二锅齿3. 4。
[0032] 所述第一锅齿3. 3和第二锅齿3. 4均为非对称锅齿。非对称锅齿指的是，锅齿顶 点两侧关于通过顶点的轴线不对称。通过设置这种非对称锯齿，使得套管本体1只能沿着 使其直径扩大方向的变形。
[0033] 在图1和图2中，所述叠合段2的长度占板材宽度的5%?15%。优选为8%? 10%。
[0034] 在以上实施例中，所述弹性板材是指具有一定强度的弹性合金板材。如 2Crl9Ni9Mo3J9, lCrl7Ni7 等。
[0035] 虽然已经参考若干实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明 的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实 施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并 不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1. 一种用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，包括由一整块弹性板材弯成 的套管本体（1)，套管本体（1)的两端叠合形成叠合段（2)，所述叠合段（2)设有使套管本 体（1)只能往直径扩大方向变形的卡接结构（3)。
2. 根据权利要求1所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，所述卡接 结构（3)包括设在板材一端的卡扣（3. 1)和设在板材另一端的卡槽（3. 2)。
3. 根据权利要求2所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，所述卡槽 (3. 2)包括供卡扣（3. 1)移动的倾斜面（3. 2. 1)和限制卡扣（3. 1)移动的卡止面（3. 2. 2)。
4. 根据权利要求3所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，所述倾斜 面（3. 2. 1)的倾斜角α为10°?45°。
5. 根据权利要求4所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，设有若干 个所述卡槽（3. 2)，其中各个所述卡槽（3. 2)的倾斜面（3. 2. 1)的倾斜角沿套管本体（1)的 直径扩大方向减小。
6. 根据权利要求5所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，所述卡扣 (3. 1)有两个，两个卡扣（3. 1)设在板材的同一端且分别位于所述叠合段（2)的起始和末 尾。
7. 根据权利要求1所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，所述卡接 结构（3)包括分设在板材一端的第一锅齿（3. 3)以及与第一锅齿（3. 3)配合的第二锅齿 (3. 4)。
8. 根据权利要求7所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征在于，所述第一 锯齿（3. 3)和第二锯齿（3. 4)均为非对称锯齿。
9. 根据权利要求1?8中任何一项所述的用于钻井过程中防塌的可变径套管，其特征 在于，所述叠合段（2)的长度占板材宽度的5%?15%。
【文档编号】E21B17/00GK104088587SQ201310110149
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年4月1日 优先权日:2013年4月1日
【发明者】赵金海, 张军, 张克坚, 何江 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院