气井套管环空密封完整性失效预防装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，包括粘附在套管外周、用于对水泥环进行受力保护的套筒。其中，套筒弹性模量为5‑10MPa，泊松比为0.25‑0.5，厚度为4‑8mm。本实用新型专利技术通过在套管外周增加一层缓冲介质，完全或一定程度上吸收因井下压力变化导致的套管变形，减小套管内压力对水泥环受力的影响，避免套管内压力过高时水泥环的失效破坏，达到预防套管环空密封完整性失效及由此产生的环空带压和环空窜流问题的目的。

【技术实现步骤摘要】
气井套管环空密封完整性失效预防装置
本技术涉及天然气勘探开发领域，特别涉及一种气井套管环空密封完整性失效预防装置。
技术介绍
气窜引起的套管环空带压是高压气井持续面临的难题之一。现有的气井环空带压治理措施如挤水泥修复和化学堵漏等存在成本高、效果差和作业难度大等问题。另外，频繁的压力监测和放喷作业，同样也会增加气井的管理难度和生产成本。因此，可以说气井一旦出现环空带压问题，无论采取何种补救和治理措施势必会付出巨大的时间、人工成本以及高额的费用，极大地降低了气井的开发经济效益。中国专利申请CN103775019A《套管环空封隔装置》公开了一种由遇水膨胀的材料制成的套筒，用于对套管和钻井内壁之间的环空进行封隔的封隔装置。此封隔装置代替了传统的水泥环，起到很好的环空密封问题。虽然此申请文件中提到了通过水泥环进行环空封隔存在一定的问题，但是由于油气井水泥经济方便，性能参数可调、尺寸可控，因此，利用水泥对套管外环空进行封固还是有一定存在的意义。目前，对于由水泥环本身材料缺陷造成的套管环空密封失效的问题，特别是固井后的长期生产过程中井下工况变化对水泥环的破坏，缺少有效的解决和控制手段。
技术实现思路
根据上述不足之处，本技术为常规水泥固井，提供了一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，用于对水泥环进行受力保护，防止水泥环由井下工况及压力变化所导致的失效破坏。为实现上述目的，本技术的技术方案在于：一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，包括粘附在套管外周、用于对水泥环进行受力保护的套筒。优选的是：套筒其弹性模量为5-10MPa，泊松比为0.25-0.5，厚度为4-8mm。优选的是：用于制备套筒的材料，按重量份数计包括以下成分：本技术还提供一种对气井套管环空密封完整性失效进行预防的方法，包括如下步骤：S1：对套管外周进行除尘、清洗、喷砂、脱脂处理后晾干；S2：在套管外周刷涂胶黏剂；S3：根据套筒的厚度，将套筒模具套设于套管外周，在套管与套筒模具之间灌入套筒原料，通过硫化装置进行硫化；S4：硫化完成后，将套筒模具取下，套筒即粘附在套管外周，放置至少24h后，将粘附有套筒的套管按常规操作置于气井内，即可起到预防气井套管环空密封完整性失效的作用。本技术的有益效果在于：本技术通过在套管外周增加一层缓冲介质，完全或一定程度上吸收因井下压力变化导致的套管变形，减小套管内压力对水泥环受力的影响，避免套管内压力过高时水泥环的失效破坏，达到预防套管环空密封完整性失效及由此产生的环空带压和环空窜流问题的目的。本技术可以从油气井建井之初，完全或一定程度上预防气井中的套管环空密封完整性失效，作用效果贯穿气井的整个生命周期。本技术只是对原有套管作简单处理，简便易行，成本低廉，且不改变原施工工艺，也无需任何专门配套设施，相较于出现套管环空密封完整性失效的种种问题再治理具有巨大的经济效益。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术套管的结构示意图；图3是本技术的使用状态图；图4是本技术水泥环内壁径向应力随套管压力变化曲线；图5是本技术水泥环内壁PEEQ随套管压力变化曲线。图中，1-套管；2-套筒；3-水泥环；4-地层。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术做进一步说明。本技术涉及一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，如图1所示，包括粘附在套管1外周、用于对水泥环3进行受力保护的套筒2。由图3可知，油气井井筒由套管1、水泥环3和地层4三部分组成，理想状态下为同心嵌套结构。井筒主要承受来自于套管1内部的套管压力，以及外围地层的地应力两种压力。传统的井筒由于内外部压力的不均匀，极易造成水泥环3的裂缝甚至破损，这样使得气井出现环空带压的问题，带来很大的损失。本方法中在套管外壁附着一层特定厚度和性质的缓冲介质作为缓冲层，即套筒2，将套管1和水泥环3之间的刚性接触变为弹性接触，通过套筒2吸收一定的压力及形变，改善套管1压力下水泥环的受力状况，确保水泥环的完整性。作为一种优选的实施例，套筒其弹性模量为5-10MPa，泊松比为0.25-0.5，厚度为4-8mm。套筒2的材料不限定，只要能达到上述要求即可。另外，套筒还需要具有耐油、耐热、耐磨、弹性好、变形易恢复、寿命长的特点。套筒的厚度需根据水泥环在井下所受压力极值及所用套管尺寸进行选取，但厚度范围不超过4-8mm。根据图1及图2的对比可以知道，套筒2设置在套管1的接箍和安装螺纹之间的位置，确保不影响套管的正常安装。作为一种优选的实施例，用于制备套筒的材料，按重量份数计包括以下成分：本技术还提供一种对气井套管环空密封完整性失效进行预防的方法，包括如下步骤：S1：对套管1外周进行除尘、清洗、喷砂、脱脂处理后晾干；S2：在套管1外周刷涂胶黏剂；S3：根据套筒的厚度，将套筒模具套设于套管外周，在套管1与套筒模具之间灌入套筒原料，通过硫化装置进行硫化；S4：硫化完成后，将套筒模具取下，套筒2即粘附在套管1外周，放置至少24h后，将粘附有套筒的套管按常规操作置于气井内，即可起到预防气井套管环空密封完整性失效的作用。步骤1中的除尘、清洗、喷砂和脱脂为常规操作，是为了对套管外周做预处理，去掉套管外周的杂物和油渍，防止对套管的硫化造成影响。步骤2中，根据使用的胶黏剂不同，可以一步刷涂，也可以分步刷涂，根据胶的性质的不同，每次刷涂之间间隔一定的时间，确保后期胶黏剂能更好的发挥作用。常规的采用刷涂法将底涂型胶粘剂均匀涂于粘结表面，室温干燥至少30min，待底胶完全干燥后，刷涂面涂型胶粘剂，室温干燥至少30min。步骤3中，可以在套管及套筒模具之间设置夹持装置，用于确保套管与套筒模具处于同心位置，确保套筒厚度的均匀。硫化的温度、压力及时间根据所采用的胶料的配方的不同适当调整，完全硫化即可。套筒2对套管1外环空的水泥环3进行受力保护。使用时，可根据需要，在不同深度井段处及不同层次套管外周加装本技术装置。以套管为单位使用本技术装置，且需在选定井段连续使用。当本技术的套管环空密封完整性预防装置随着套管下入井眼内，后按常规固井程序进行施工作业，使套筒、水泥环紧紧固结在一起，共同对套管外环空形成密封。当井下工况变化导致套管变形时，本技术装置中的套筒由于具备良好的弹性变形能力，可以吸收套管对水泥环的挤压作用力，起到保护水泥环受力的作用。本技术的作用原理为通过在套管外加入一层高弹性缓冲介质，减小套管内压力对水泥环的影响，避免水泥环在套管内压力过高时发生失效破坏，确保水泥环对套管外环空的有效密封。实施例1一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，包括粘附在套管1外周、用于对水泥环3进行受力保护的套筒2。其中，套筒其弹性模量为5MPa，泊松比为0.25，厚度为4mm。用于制备套筒的材料，按重量份数计包括以下成分：丁腈橡胶100份；硫化剂DCP5份；硫化剂硫磺0.45份；高耐磨炭黑25份；半补强炭黑5份；2份防老剂445；促进剂氧化锌0.5份；促进剂活性氧化镁0.4份。本技术还提供一种对气井套管环空密封完整性失效进行预防的方法，包括如下步骤：S1：对套管1外周进行除尘、清洗、喷砂、脱脂处理后晾干；S2：在套管1外周刷涂胶黏剂；S3：根据套筒2的厚度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，其特征在于：包括粘附在套管(1)外周、用于对水泥环(3)进行受力保护的套筒(2)；所述的套筒(2)其弹性模量为5‑10MPa，泊松比为0.25‑0.5，厚度为4‑8mm。

【技术特征摘要】
1.一种气井套管环空密封完整性失效预防装置，其特征在于：包括粘附在套管(1)外周、用于对水泥环(3)进行受...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵效锋，管志川，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东,37