本實(shí)用新型涉及石油、天然氣鉆完井領(lǐng)域，具體涉及油田所用的鉆井套，特別是一種防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管。

背景技術(shù)：

隨著頁(yè)巖氣資源開發(fā)的深入以及水力壓裂技術(shù)的廣泛應(yīng)用，頁(yè)巖氣區(qū)塊在水力壓裂時(shí)套管出現(xiàn)了不同程度的損壞，對(duì)頁(yè)巖氣資源的開發(fā)帶來很大的危害。目前大部分頁(yè)巖氣井的套管都是采用具有高強(qiáng)度的單層套管，但現(xiàn)有的套管容易發(fā)生塑性變形甚至發(fā)生破壞，最終導(dǎo)致頁(yè)巖氣儲(chǔ)層水力壓裂改造工作無法繼續(xù)進(jìn)行，降低了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層水力壓裂段數(shù)和井生產(chǎn)生命周期。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題：頁(yè)巖氣井使用的套管水力壓裂的過程中容易發(fā)生塑性變形甚至發(fā)生破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管，以解決頁(yè)巖氣井使用的套管水力壓裂過程中容易發(fā)生塑性變形甚至發(fā)生破壞的問題。

為此，本實(shí)用新型提出一種防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管，所述防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管包括：至少一節(jié)套管單元，每節(jié)套管單元包括：

鋼制的內(nèi)層套管，所述內(nèi)層套管具有上接頭和下接頭；

由高強(qiáng)度纖維制成的外套，套設(shè)在所述內(nèi)層套管之外；

吸水膨脹裝置，設(shè)置在所述外套與所述內(nèi)層套管之間，并嵌設(shè)在所述外套內(nèi)；

其中，所述高強(qiáng)度纖維的抗拉強(qiáng)度是石油鋼管抗拉強(qiáng)度的5倍以上。

進(jìn)一步地，所述吸水膨脹裝置為柱狀吸水膨脹橡膠，所述柱狀吸水膨脹橡膠的長(zhǎng)度方向垂直所述內(nèi)層套管的軸向。

進(jìn)一步地，每節(jié)套管單元中，沿所述內(nèi)層套管的軸向設(shè)有多排平行的所述吸水膨脹裝置，每排所述吸水膨脹裝置包括多個(gè)沿所述內(nèi)層套管的徑向分布的柱狀吸水膨脹橡膠，每排所述吸水膨脹裝置中，多個(gè)所述柱狀吸水膨脹橡膠位于所述內(nèi)層套管的同一徑向截面上。

進(jìn)一步地，每排所述吸水膨脹裝置中，多個(gè)所述柱狀吸水膨脹橡膠均勻分布在所述內(nèi)層套管的徑向。

進(jìn)一步地，所述外套的外壁與環(huán)空的水泥環(huán)相交接。

進(jìn)一步地，所述防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管包括：多節(jié)串聯(lián)的所述套管單元。

進(jìn)一步地，相鄰的兩節(jié)所述套管單元中，上方的內(nèi)層套管的下接頭連接下方的內(nèi)層套管的上接頭。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)層套管的長(zhǎng)度為9.0米至11.0米，所述外套的長(zhǎng)度為8.5米至10.5米。

進(jìn)一步地，所述套管單元的數(shù)目為幾十節(jié)至幾百節(jié)。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)層套管的外徑為5英寸到9.625英寸。

本實(shí)用新型具有如下有益效果：將本實(shí)用新型的防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管下入頁(yè)巖氣儲(chǔ)層層理、裂縫和斷層發(fā)育井段中。固井過程中吸水膨脹橡膠遇到水泥漿中的水發(fā)生吸水膨脹，帶動(dòng)高強(qiáng)度纖維向井壁擴(kuò)展，使得高強(qiáng)度纖維與水泥漿相互滲透。水泥漿固化后，高強(qiáng)度纖維與水泥合為一體。在水力壓裂作業(yè)過程中，若層理、裂縫和斷層發(fā)育地層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，所產(chǎn)生的剪切力作用于含有高強(qiáng)度纖維的水泥環(huán)上，高強(qiáng)度纖維抗拉強(qiáng)度較高，消耗因地層錯(cuò)動(dòng)所產(chǎn)生的剪切力，從而保護(hù)內(nèi)層套管不受損傷。該組合套管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管，對(duì)內(nèi)層套管保護(hù)效果更明顯。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管的工作原理圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

1(由高強(qiáng)度纖維制成的)外套 2-柱狀吸水膨脹橡膠，3-內(nèi)層套管，4-水泥漿，5-井壁

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明本實(shí)用新型。

申請(qǐng)人在頁(yè)巖氣井水力壓裂施工過程中發(fā)現(xiàn)：由于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層層理、裂縫和斷層發(fā)育，在水力壓裂施工過程中會(huì)引發(fā)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層微地震事件，地層發(fā)生一定尺度的錯(cuò)動(dòng)。地層錯(cuò)動(dòng)所引起的剪切力通過水泥環(huán)間接作用在套管上，該剪切力可以分解為一對(duì)力偶及一對(duì)相反的拉伸力，在該拉伸力的作用下，套管發(fā)生塑性變形甚至發(fā)生破壞，最終導(dǎo)致頁(yè)巖氣儲(chǔ)層水力壓裂改造工作無法繼續(xù)進(jìn)行，降低了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層水力壓裂段數(shù)和井生產(chǎn)生命周期。

為此，申請(qǐng)人提出了一種充填式高強(qiáng)度纖維外層組合套管，以解決頁(yè)巖氣井筒水力壓裂時(shí)保護(hù)套管不受損害。

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管包括：至少一節(jié)套管單元，每節(jié)套管單元包括：

鋼制的內(nèi)層套管3，例如為鋼質(zhì)的固井套管，所述內(nèi)層套管具有上接頭和下接頭；

由高強(qiáng)度纖維制成的外套1，套設(shè)在所述內(nèi)層套管3之外；

吸水膨脹裝置，設(shè)置在所述外套1與所述內(nèi)層套管3之間，并嵌設(shè)在所述外套1內(nèi)；吸水膨脹裝置可以通過過盈配合與內(nèi)層套管3相連；

其中，所述高強(qiáng)度纖維的抗拉強(qiáng)度是P110鋼級(jí)石油鋼管抗拉強(qiáng)度的10倍以上。高強(qiáng)度纖維可以選用具有上述較高抗拉強(qiáng)度的各種合適纖維。

進(jìn)一步地，所述吸水膨脹裝置為柱狀吸水膨脹橡膠2，所述柱狀吸水膨脹橡膠2的長(zhǎng)度方向垂直所述內(nèi)層套管的軸向，以實(shí)現(xiàn)徑向膨脹。

進(jìn)一步地，每節(jié)套管單元中，沿所述內(nèi)層套管的軸向設(shè)有多排平行的所述吸水膨脹裝置，每排所述吸水膨脹裝置包括多個(gè)沿所述內(nèi)層套管的徑向分布的柱狀吸水膨脹橡膠2，每排所述吸水膨脹裝置中，多個(gè)所述柱狀吸水膨脹橡膠2位于所述內(nèi)層套管的同一徑向截面上，以便制作。

進(jìn)一步地，每排所述吸水膨脹裝置中，多個(gè)所述柱狀吸水膨脹橡膠均勻分布在所述內(nèi)層套管的徑向，以實(shí)現(xiàn)均勻膨脹。

進(jìn)一步地，所述外套1的外壁與環(huán)空的水泥環(huán)，即井壁5相交接，外套1得以固定，從而以保護(hù)內(nèi)層套管3。

進(jìn)一步地，所述防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管包括：多節(jié)串聯(lián)的所述套管單元。這樣，井下的整個(gè)套管都能得到有效保護(hù)。

進(jìn)一步地，相鄰的兩節(jié)所述套管單元中，上方的內(nèi)層套管的下接頭連接下方的內(nèi)層套管的上接頭。相鄰的下接頭和上接頭通過螺紋連接，這樣能形成連續(xù)穩(wěn)定的連接。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)層套管的長(zhǎng)度為8.8米至9.2米，所述外套的長(zhǎng)度為7.5米至8.5米。這樣，便于單節(jié)套管單元的制作。進(jìn)一步地，每節(jié)所述套管單元中，所述內(nèi)層套管的長(zhǎng)度為9米，所述外套的長(zhǎng)度為7.8米至8.2米，這樣，能夠做成與現(xiàn)有的鋼質(zhì)套管長(zhǎng)度適應(yīng)的套管單元。

進(jìn)一步地，所述套管單元的數(shù)目為幾十節(jié)至幾百節(jié)，能夠連接成整個(gè)井下套管。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)層套管的外徑為4英寸到9英寸，即在現(xiàn)有的各種規(guī)格的鋼質(zhì)套管外都可以設(shè)置外套1，從而應(yīng)用廣泛。進(jìn)一步地，所述內(nèi)層套管的外徑為5英寸到7英寸，這樣，對(duì)于這個(gè)范圍的固井套管，都可以設(shè)置外層橡膠套管1，從而保護(hù)了內(nèi)層的固井套管。

進(jìn)一步地，所述吸水膨脹裝置的材質(zhì)為吸水膨脹橡膠，便于吸水膨脹。

進(jìn)一步地，所述高強(qiáng)度纖維的抗拉強(qiáng)度是石油鋼管抗拉強(qiáng)度的10倍至15倍，能夠更好的適應(yīng)井下環(huán)境，消耗因地層錯(cuò)動(dòng)所產(chǎn)生的拉伸力。

進(jìn)一步地，所述高強(qiáng)度纖維為氨綸纖維，氨綸纖維為制作防彈衣的材質(zhì)，抗拉強(qiáng)度較高，使用穩(wěn)定。

如圖2所示，將防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管下入頁(yè)巖氣儲(chǔ)層層理、裂縫和斷層發(fā)育井段中。固井過程中吸水膨脹橡膠2遇到水泥漿4中的水發(fā)生膨脹帶動(dòng)由高強(qiáng)度纖維制成的外套1向井壁5擴(kuò)展，使得由高強(qiáng)度纖維制成的外套1與水泥漿4相互滲透。水泥漿固化后，高強(qiáng)度纖維與水泥漿4合為一體，形成高強(qiáng)度水泥環(huán)，提高組合套管強(qiáng)度。

在水力壓裂過程中，若層理、裂縫和斷層發(fā)育地層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，所產(chǎn)生的剪切力作用于含有高強(qiáng)度纖維的水泥環(huán)上，高強(qiáng)度纖維制成的抗拉強(qiáng)度是石油鋼管抗拉強(qiáng)度10-15倍，消耗因地層錯(cuò)動(dòng)所產(chǎn)生的剪切力，從而保護(hù)了內(nèi)層套管3。該組合套管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用防止頁(yè)巖氣井壓裂時(shí)套管變形的組合套管，對(duì)內(nèi)層套管保護(hù)效果更明顯。

以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。為本實(shí)用新型的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。