專利名稱：抗冰隔水套管組合結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種海上石油工程設備，尤其是一種用于海上鉆井隔水套管抗冰的抗 冰隔水套管組合結構。
背景技術：
對于海上鉆井而言，隔水套管是必不可少的重要鉆井設備。冬季由于有海冰覆蓋， 冰區跨度大，冰力大，對表層隔水套管側向作用力大，因此表層隔水套管的抗冰能力對于冬 季海上鉆井安全作業起著重要的影響。目前，提高表層隔水導管抗冰能力的常規方法是一，采用雙層隔水導管套管結構，如圖1所示，即外層采用直徑為76. 2厘米的外層 隔水套管1’，內層采用直徑為60. 96厘米的內層隔水套管2’，在內層隔水套管2’的內部又 套設一表層套管3’，兩層隔水套管的長度都是從水上井口到泥線以下50米。這種結構類型 在進行內層隔水套管2’下入施工時，內層隔水套管2’錘入深度很難控制，并且會浪費大量 的內層隔水套管2’，施工時間和費用會大大增加。二，采用單層隔水套管結構，另外增加一個導管架水平層，使用導管架水平層來扶 正單層隔水套管，起到提高隔水套管的抗冰能力。這種結構類型增加了導管架建造和施工 的工作量，建造和作業費用增加巨大。三，采用大尺寸隔水套管結構，來提高隔水套管的抗冰能力，這種結構類型將增加 隔水套管的鋼材用量，使隔水套管的作業費用大大增加。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種抗冰隔水套管組合結構，其可以在冰區 范圍局部增加表層隔水套管厚度，增強表層隔水套管抗側應力的剛度和抗彎能力，有效地 提高隔水套管抗冰能力。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種抗冰隔水套管組合結構，包括一 表層套管、一套設在所述表層套管之外的外層隔水套管，其特征在于對應于冰區厚度范 圍，在所述外層隔水套管與表層套管之間夾設一內層隔水套管；所述內層隔水套管的長度 小于所述外層隔水套管的長度且大于所述冰區厚度；所述外層隔水套管與內層隔水套管之 間的環空部分，以及所述內層隔水套管與表層套管之間的環空部分均以水泥澆注固結。所述內層隔水套管的上部和下部分別與所述表層套管固定連接，并隨所述表層套 管同時鉆入。所述內層隔水套管兩端分別通過連接接頭與表層套管螺紋連接。所述連接接頭包括內固定管及外固定管，所述內固定管與外固定管之間間隔設置 有多個連接板，相鄰的連接板之間形成有導流孔，所述內固定管的上端通過螺紋與所述表 層套管連接，所述外固定管的下端通過螺紋與所述內層隔水套管連接。所述連接接頭的內固定管與外固定管之間還設置有兩個以上的加強筋。所述內層隔水套管頂部高出海平面3 8米，所述內層隔水套管水下長度為4 8米，最佳為所述內層隔水套管長10米，且其水上、水下長度均為5米。所述內層隔水套管的厚度范圍為20 51mm，最佳為25mm。所述外層隔水套管的內徑可選擇36英寸或30英寸，內層隔水套管2的內徑可選
擇24英寸或20英寸，表層套管3的內徑可選擇131英寸或91英寸，實施時可根據需要進行適當地組合。本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、簡化的內層隔水套管的長度控制在冰區范圍，相當于增加了冰區范圍的局部外 層隔水套管的厚度，從而有效地提高了外層隔水套管在冰區范圍內局部的抗側應力的剛 度，而且增大了與冰區范圍對應的局部表層套管的抗側應力的剛度，從而提高隔水套管的 整體抗冰能力。2、簡化的內層隔水套管的上部和下部與表層套管通過連接接頭進行連接，內層隔 水套管上部通過上接頭與表層套管連接，內層隔水套管下部通過下接頭與表層套管連接。 內層隔水套管隨表層套管同時下入，內層隔水套管與表層套管之間環空以水泥固結來固 定，從而避免了現有技術中內層隔水套管鉆入深度不易控制的缺點，不僅便于施工，而且減 少了套管材料用量。3、針對冬季表層隔水套管受到的海冰作用力，簡化隔水套管組合結構，用以抵抗 冬季海冰作用，能夠保證冬季鉆井作業安全。4、對鉆完井工期無影響，且節約了大量的工程費用等。
圖1為常用的雙層隔水套管結構示意圖；圖2為本發明的抗冰隔水套管組合結構的具體實施例的應用示意圖；圖3為圖2的俯視示意圖；圖4為本發明的抗冰隔水套管組合結構所用的連接接頭的側視示意圖；圖5為本發明的抗冰隔水套管組合結構所用的連接接頭的立體結構示意圖。
具體實施例方式為了對本發明所要解決的問題、解決問題所采取的技術方案以及采取方案所產生 的有益效果有更加清楚的理解，現對照
本發明的具體實施方式
。如圖1所示，本發明的一種抗冰隔水套管組合結構，實質為一種局部加厚的隔水 套管結構，是一種簡化的雙層隔水套管結構。它包括一外層隔水套管1、一內層隔水套管 2、一表層套管3。外層隔水套管1套設于表層套管3之外；內層隔水套管2對應于冰區厚 度4，設置在外層隔水套管1與表層套管3之間。內層隔水套管2的長度小于外層隔水套管 1的長度且大于冰區厚度，以便在冰區范圍內，局部增加外層隔水套管1的厚度。外層隔水 套管1與內層隔水套管2之間的環空部分，以及內層隔水套管2與表層套管3之間的環空 部分均以水泥澆注固結(圖中未示出)。本發明簡化了現有技術的內層隔水套管結構，簡化后的內層隔水套管2長度控制 在冰區厚度4內，針對冬季海冰的作用力，本發明相當于增加了冰區范圍內的局部外層隔水套管1的厚度，從而有效地提高了外層隔水套管1在冰區范圍內局部抗側應力的剛度，增 大了對表層套管3的保護力度。一并參照圖2 圖5，靠近海平面附近的局部表層套管3之外套設有簡化的內層隔 水套管2，內層隔水套管2的上端部和下端部分別與表層套管3固定連接，以便在安裝隔水 套管時，內層隔水套管2隨表層套管3同時鉆入。其中一實施例中，內層隔水套管2的上端 部和下端部分別通過連接接頭5與表層套管3固定連接，連接接頭5的結構及其與它們的 連接方式為連接接頭5包括內固定管6和外固定管7，內固定管6和外固定管7之間間隔 連接有多個連接板8，相鄰的連接板8之間形成有導流孔9。內固定管6和外固定管7上均 具有螺紋，內固定管6和表層套管3相螺接，外固定管7和內層隔水套管2相螺接，連接接 頭5、表層套管3以及內層隔水套管2上的螺紋較佳應符合API標準規范。由于本發明相鄰的連接板8之間形成有導流孔9，導流孔9可以使內層隔水套管2 的內、外之間連通，從而能夠滿足流體上、下流動和水泥漿上返流動。
較佳地，連接接頭5的內固定管6與外固定管7之間還設有多個加強筋10，從而使 內層隔水套管2與表層套管3連接更為牢固。本發明圖4、圖5所示的實施例中，連接接頭 5設有八個連接板8和四條加強筋10。本發明的抗冰隔水套管組合結構安裝完成后，外層隔水套管1和內層隔水套管2 之間的環空，以及內層隔水套管2與表層套管3之間的環空均以水泥(圖中未示)澆注固 結，以避免現有技術內層隔水套管2鉆入深度不易控制的缺點，且減少了套管材料用量，增 大了冰區范圍局部外層隔水套管1的抗彎剛度。具體實現過程是1)在外層隔水套管1打入后，使用一個鉆頭從外層隔水套管1里面鉆出一個井眼， 井眼的深度較佳是稍微大于表層套管3的下入長度，鉆頭直徑小于外層隔水套管1的內徑， 而大于表層套管3外徑。2)鉆好井眼后，把預先組合好的內層隔水套管2與表層套管3的組合結構下入井 眼。3)組合結構下好后，先從表層套管3內部打入一定量的前置液對表層套管3外部 的環空進行清洗，然后打入水泥漿，水泥漿通過表層套管3底部上返到表層套管3與井眼之 間的環空。4)利用頂替液把表層套管3內部的水泥漿全部頂出表層套管3內部，其中，水泥漿 的用量要經過科學計算，保證水泥漿在表層套管3與井眼之間環空中的上返高度達到內層 隔水套管2頂部以上至少3米位置處。這樣由于導流孔9的作用，在內層隔水套管2與內 部的表層套管3之間就充滿了水泥漿，外層隔水套管1與內層隔水套管2之間也都充滿了 水泥漿。等待水泥漿凝固一定時間后，在這三個管柱之間形成了水泥固結，從而使這段管柱 組合結構的抗冰能力大大提高。本發明的外層隔水套管1、內層隔水套管2以及表層套管3的各規格型號、尺寸參 數可以根據具體的實施情況來設置。例如，外層隔水套管1的內徑可選擇36英寸或30英
寸，內層隔水套管2的內徑可選擇24英寸或20英寸，表層套管3的內徑可選擇131英寸或
O
英寸，實施時可根據需要進行適當地組合，本發明的一具體實施例中，外層隔水套管1、
O內層隔水套管2、表層套管分別采用30英寸、20英寸、131英寸，以保證較佳的抗冰能力。
O本發明中內層隔水套管2的長度大于海冰厚度，并對應于冰區范圍設置，內層隔 水套管2長度應控制在一個合理范圍，通過強度計算和穩定性分析結果，較佳地，安裝好后 的內層隔水套管2的頂部高出海平面3 8米，內層隔水套管2的水下長度應控制在5 8米。在一具體實施例中，內層隔水套管2的長度約為10米，且其水上、水下長度約為5米 左右，以便提供較佳的強度和穩定性 。另外，內層隔水套管2的壁厚應滿足抗冰強度要求， 厚度范圍一般在20 51mm，在一具體實施例中，內層隔水套管2的厚度為25mm。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發明的保護范圍。 任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和技術方案的前提下所作出的等同變化與 修改，均應在本發明保護的范圍之內。
權利要求
一種抗冰隔水套管組合結構，包括一表層套管、一套設在所述表層套管之外的外層隔水套管，其特征在于對應于冰區厚度范圍，在所述外層隔水套管與表層套管之間夾設一內層隔水套管；所述內層隔水套管的長度小于所述外層隔水套管的長度且大于所述冰區厚度；所述外層隔水套管與內層隔水套管之間的環空部分，以及所述內層隔水套管與表層套管之間的環空部分均以水泥澆注固結。
2.如權利要求1所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述內層隔水套管的上 部和下部分別與所述表層套管固定連接，并隨所述表層套管同時鉆入。
3.如權利要求1或2所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述內層隔水套管 兩端分別通過連接接頭與表層套管螺紋連接。
4.如權利要求3所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于，所述連接接頭包括內固 定管及外固定管，所述內固定管與外固定管之間間隔設置有多個連接板，相鄰的連接板之 間形成有導流孔，所述內固定管的上端通過螺紋與所述表層套管連接，所述外固定管的下 端通過螺紋與所述內層隔水套管連接。
5.如權利要求4所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述連接接頭的內固定 管與外固定管之間還設置有兩個以上的加強筋。
6.如權利要求1 5任一所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述內層隔水 套管頂部高出海平面3 8米，所述內層隔水套管水下長度為4 8米。
7.如權利要求6所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述內層隔水套管長10 米，且其水上、水下長度均為5米。
8.如權利要求1 5任一所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述內層隔水 套管的厚度范圍為20 51mm。
9.如權利要求8所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述內層隔水套管的厚 度為25mm。
10.如權利要求1 5任一所述的抗冰隔水套管組合結構，其特征在于所述外層隔水 套管的內徑為30英寸，所述內層隔水套管的內徑為20英寸，所述表層套管的內徑為13.英寸。
全文摘要
本發明公開了一種抗冰隔水套管組合結構，該抗冰隔水套管組合結構包括一表層套管和一外層隔水套管，外層隔水套管套設于所述表層套管外；一內層隔水套管，對應于冰區范圍設置在所述外層隔水套管與表層套管之間，且內層隔水套管的長度小于外層隔水套管的長度、大于冰區厚度，以在冰區范圍局部增加外層隔水套管厚度，外層隔水套管、內層隔水套管之間的環空部分以及內層隔水套管與表層套管之間的環空部分均以水泥澆注固結。本發明內層隔水套管與表層套管之間固連，避免了內層隔水套管錘入深度不易控制的缺點，同時減少了材料用量，增大了冰區范圍內局部隔水套管的抗彎剛度。本發明能夠有效提高隔水套管抗冰能力，且對鉆井工期無影響，能節約大量的工程費用。
文檔編號E21B7/12GK101812975SQ20101015991
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月28日 優先權日2010年4月28日
發明者劉書杰, 唐文波, 楊成, 楊進, 謝梅波, 鄧建明, 韓豐欣, 馬英文 申請人:中國海洋石油總公司;中海石油研究中心;中國石油大學(北京)