[发明专利]用于钻井过程中防塌的可变径套管

说明书

技术领域

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

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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点：

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。