防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管制造技术

本发明专利技术提供了一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：钢制的内层套管，所述内层套管具有上接头和下接头；由高强度纤维制成的外套，套设在所述内层套管之外；吸水膨胀装置，设置在所述外套与所述内层套管之间，并嵌设在所述外套内；其中，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的10倍以上。本发明专利技术的组合套管结构简单，采用防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，对内层套管保护效果明显。

Combined casing for preventing casing deformation during shale gas well fracturing

The invention provides a combined casing to prevent deformation of shale gas well fracturing, the combination of casing deformation of shale gas fracturing includes at least one casing unit, each unit includes: a casing steel inner casing, the inner casing of the upper joint and the lower joint is made of high strength; fiber jacket is arranged at the outside of the inner casing; the water swelling device is arranged between the casing and the inner casing, and embedded in the outer sleeve; the tensile strength of the high strength fiber is 10 times more than the P110 grade oil pipe tensile strength. The combined sleeve of the invention has simple structure and adopts a combined sleeve which prevents the deformation of the casing when the shale gas well is fractured, and the protective effect of the inner casing tube is obvious.

【技术实现步骤摘要】
防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管
本专利技术涉及石油、天然气钻完井领域，具体涉及油田所用的钻井套，特别是一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管。
技术介绍
随着页岩气资源开发的深入以及水力压裂技术的广泛应用，页岩气区块在水力压裂时套管出现了不同程度的损坏，对页岩气资源的开发带来很大的危害。目前大部分页岩气井的套管都是采用具有高强度的单层套管，但现有的套管容易发生塑性变形甚至发生破坏，最终导致页岩气储层水力压裂改造工作无法继续进行，降低了页岩气储层水力压裂段数和井生产生命周期。综上所述，现有技术中存在以下问题：页岩气井使用的套管水力压裂的过程中容易发生塑性变形甚至发生破坏。
技术实现思路
本专利技术提供一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，以解决页岩气井使用的套管水力压裂过程中容易发生塑性变形甚至发生破坏的问题。为此，本专利技术提出一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：钢制的内层套管，所述内层套管具有上接头和下接头；由高强度纤维制成的外套，套设在所述内层套管之外；吸水膨胀装置，设置在所述外套与所述内层套管之间，并嵌设在所述外套内；其中，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的10倍以上。进一步地，所述吸水膨胀装置为柱状吸水膨胀橡胶，所述柱状吸水膨胀橡胶的长度方向垂直所述内层套管的轴向。进一步地，每节套管单元中，沿所述内层套管的轴向设有多排平行的所述吸水膨胀装置，每排所述吸水膨胀装置包括多个沿所述内层套管的径向分布的柱状吸水膨胀橡胶，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶位于所述内层套管的同一径向截面上。进一步地，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶均匀分布在所述内层套管的径向。进一步地，所述外套的外壁与环空的水泥环相交接。进一步地，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：多节串联的所述套管单元。进一步地，相邻的两节所述套管单元中，上方的内层套管的下接头连接下方的内层套管的上接头。进一步地，所述内层套管的长度为9.0米至11.0米，所述外套的长度为8.5米至10.5米。进一步地，所述套管单元的数目为几十节至几百节。进一步地，所述内层套管的外径为5英寸到9.625英寸。进一步地，所述吸水膨胀装置的材质为吸水膨胀橡胶。进一步地，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的11倍以上。进一步地，所述高强度纤维为芳纶纤维或高强度碳纤维。本专利技术具有如下有益效果：将本专利技术的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管下入页岩气储层层理、裂缝和断层发育井段中。固井过程中吸水膨胀橡胶遇到水泥浆中的水发生吸水膨胀，带动高强度纤维向井壁扩展，使得高强度纤维与水泥浆相互渗透。水泥浆固化后，高强度纤维与水泥合为一体。在水力压裂作业过程中，若层理、裂缝和断层发育地层发生错动，所产生的剪切力作用于含有高强度纤维的水泥环上，高强度纤维抗拉强度较高，消耗因地层错动所产生的剪切力，从而保护内层套管不受损伤。该组合套管结构简单，采用防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，对内层套管保护效果更明显。附图说明图1为本专利技术的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管的结构示意图；图2为本专利技术的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管的工作原理图。附图标号说明：1(由高强度纤维制成的)外套2-柱状吸水膨胀橡胶，3-内层套管，4-水泥浆，5-井壁具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术。申请人在页岩气井水力压裂施工过程中发现：由于页岩气储层层理、裂缝和断层发育，在水力压裂施工过程中会引发页岩气储层微地震事件，地层发生一定尺度的错动。地层错动所引起的剪切力通过水泥环间接作用在套管上，该剪切力可以分解为一对力偶及一对相反的拉伸力，在该拉伸力的作用下，套管发生塑性变形甚至发生破坏，最终导致页岩气储层水力压裂改造工作无法继续进行，降低了页岩气储层水力压裂段数和井生产生命周期。为此，申请人提出了一种充填式高强度纤维外层组合套管，以解决页岩气井筒水力压裂时保护套管不受损害。如图1和图2所示，本专利技术的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：钢制的内层套管3，例如为钢质的固井套管，所述内层套管具有上接头和下接头；由高强度纤维制成的外套1，套设在所述内层套管3之外；吸水膨胀装置，设置在所述外套1与所述内层套管3之间，并嵌设在所述外套1内；吸水膨胀装置可以通过过盈配合与内层套管3相连；其中，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的10倍以上。高强度纤维可以选用具有上述较高抗拉强度的各种合适纤维。进一步地，所述吸水膨胀装置为柱状吸水膨胀橡胶2，所述柱状吸水膨胀橡胶2的长度方向垂直所述内层套管的轴向，以实现径向膨胀。进一步地，每节套管单元中，沿所述内层套管的轴向设有多排平行的所述吸水膨胀装置，每排所述吸水膨胀装置包括多个沿所述内层套管的径向分布的柱状吸水膨胀橡胶2，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶2位于所述内层套管的同一径向截面上，以便制作。进一步地，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶均匀分布在所述内层套管的径向，以实现均匀膨胀。进一步地，所述外套1的外壁与环空的水泥环，即井壁5相交接，外套1得以固定，从而以保护内层套管3。进一步地，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：多节串联的所述套管单元。这样，井下的整个套管都能得到有效保护。进一步地，相邻的两节所述套管单元中，上方的内层套管的下接头连接下方的内层套管的上接头。相邻的下接头和上接头通过螺纹连接，这样能形成连续稳定的连接。进一步地，所述内层套管的长度为9.0米至11.0米，所述外套的长度为8.5米至10.5米。这样，便于单节套管单元的制作。进一步地，每节所述套管单元中，所述内层套管的长度为9米，所述外套的长度为8.5米，这样，能够做成与现有的钢质套管长度适应的套管单元。进一步地，所述套管单元的数目为几十节至几百节，能够连接成整个井下套管。进一步地，所述内层套管的外径为5英寸到9.625英寸，即在现有的各种规格的钢质套管外都可以设置外套1，从而应用广泛。进一步地，所述内层套管的外径为5英寸到9.625英寸，这样，对于这个范围的固井套管，都可以设置外层橡胶套管1，从而保护了内层的固井套管。进一步地，所述吸水膨胀装置的材质为吸水膨胀橡胶，便于吸水膨胀。进一步地，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的10倍以上，能够更好的适应井下环境，消耗因地层错动所产生的拉伸力。进一步地，所述高强度纤维为芳纶纤维或高强度碳纤维，芳纶纤维或高强度碳纤维为制作防弹衣的材质，抗拉强度较高，使用稳定。如图2所示，将防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管下入页岩气储层层理、裂缝和断层发育井段中。固井过程中吸水膨胀橡胶2遇到水泥浆4中的水发生膨胀带动由高强度纤维制成的外套1向井壁5扩展，使得由高强度纤维制成的外套1与水泥浆4相互渗透。水泥浆固化后，高强度纤维与水泥浆4合为一体，固化后形成高强度水泥环，提高组合套管强度。在水力压裂过程中，若层理、裂缝和断层发育地层发生错动，所产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：钢制的内层套管，所述内层套管具有上接头和下接头；由高强度纤维制成的外套，套设在所述内层套管之外；吸水膨胀装置，设置在所述外套与所述内层套管之间，并嵌设在所述外套内；其中，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的10倍以上。

【技术特征摘要】
1.一种防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管包括：至少一节套管单元，每节套管单元包括：钢制的内层套管，所述内层套管具有上接头和下接头；由高强度纤维制成的外套，套设在所述内层套管之外；吸水膨胀装置，设置在所述外套与所述内层套管之间，并嵌设在所述外套内；其中，所述高强度纤维的抗拉强度是P110钢级石油钢管抗拉强度的10倍以上。2.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述吸水膨胀装置为柱状吸水膨胀橡胶，所述柱状吸水膨胀橡胶的长度方向垂直所述内层套管的轴向。3.如权利要求2所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，每节套管单元中，沿所述内层套管的轴向设有多排平行的所述吸水膨胀装置，每排所述吸水膨胀装置包括多个沿所述内层套管的径向分布的柱状吸水膨胀橡胶，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶位于所述内层套管的同一径向截面上。4.如权利要求3所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，每排所述吸水膨胀装置中，多个所述柱状吸水膨胀橡胶均匀分布在所述内层套管的径向。5.如权利要求1所述的防止页岩气井压裂时套管变形的组合套管，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：项德贵，陈朝伟，王倩，赵庆，王鹏飞，王思敏，赵亦朋，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11