CN204457462U - 钻井套管装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钻井套管装置，设置于钻井孔内，包括外套管以及位于所述外套管内部的内套管，所述外套管和所述内套管相互套接，且所述外套管的内径大于所述内套管的外径，且所述外套管与所述钻井孔的井壁之间设有环状空隙。本实用新型所述钻井套管采用双套管结构，当所述双套管使用完毕后，可以使用钻井套管切割设备直接从所述外套管的底部切割，从而实现对所述套管的大部分回收利用。

Description

钻井套管装置

技术领域

本实用新型涉及一种煤炭地下气化技术领域，尤其是指一种钻井套管装置。

背景技术

煤炭地下气化技术主要是指煤、焦炭或者半焦等固体燃料在高温常压或者加压条件下与气化剂发生反应，转化为气体产物或少量残渣的过程。所述气化剂主要是水蒸气、空气(或者氧气)或者它们的混合气。煤炭气化过程可用于生产燃料煤气，作为工业窑炉用气或者城市煤气，也可用于制造混合气，作为合成氨、合成甲醇和合成液体燃料的原料，因此煤炭气化技术是煤化工的重要技术之一。

目前常用的煤炭地下气化技术一般在原始煤层中通过从地面打煤层钻孔实现，由于钻孔的施工需要穿过地下的含水层，为了避免所述含水层中的水向钻孔内渗漏，需要通过水泥固定钻孔后形成的井，且在井中设置钢质套管，从而阻断含水层与钻孔内的联系。煤炭地下气化产品的成本构成中，钻井费用占有很高的比重，而套管费用又在钻井费用中占很大的比例。所述钻井套管是指用于支撑钻井井壁的钢管，以保证钻井过程进行和完井后整个钻井的正常运行。在目前煤炭地下气化的实际工作中，钻井在完成使命后，一般处于环保观测、废弃或封堵等状态，而很少对套管进行回收和再利用。制约钻井套管回收的主要问题之一是目前尚没有一种既满足工艺要求又利于钻井套管回收的钻井套管结构。

为了克服上述问题，现有文献提供了煤炭地下气化出气孔双套管换热装置及保护方法，该方法是由地面向煤层打的钻孔，形成固井固定在地层中；钻孔内沿固井井壁放置双套管，所述双套管包括内套管和外套管，内套管和外套管之间设有环形间隙，外套管深度小于内套管深度，外套管底部与内套管之间用环形连接板焊接，内套管外侧焊接注水管，构成双套管换热装置；由注水管注入常温水，由内套管和外套管的环形空间排出热水或水蒸气到地面使用，当气化过程结束后，在外套管底部以上切断内套管，回收内套管和注水管。上述文献虽然实现降低了套管温度，有利于套管稳定，延长了钻孔的使用寿命，回收了煤气显热，提高气化过程热效率，且内套管、注水管可回收，降低了钻孔成本。但是上述装置还是存在以下问题：由于所述外套管的内圆周壁均套接在所述内套管的外圆周壁上，回收内套管时，仅能回收与所述外套管相互套接的部分，导致回收内套管的数量有限，再者，所述外套管的外圆周壁都需要固定在钻孔内，不但固井时间较长，而且工作效率低。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中所述双套管回收时回收的套管数量有限从而提供一种不但固井时间短且套管的大部分都能回收利用的钻井套管装置。

为解决上述技术问题，本实用新型所述的一种钻井套管装置，设置于钻井孔内，包括外套管以及位于所述外套管内部的内套管，所述外套管和所述内套管相互套接，且所述外套管的内径大于所述内套管的外径，所述外套管与所述钻井孔的井壁之间设有环状空隙。

在本实用新型的一个实施例中，所述外套管的底部和所述内套管的顶部相互套接。

在本实用新型的一个实施例中，所述外套管的底部固定在所述钻井孔内，所述内套管上顶部以下的位置均固定在所述钻井孔内。

在本实用新型的一个实施例中，所述外套管的底部在所述环状空隙内设有阻挡件，所述内套管上顶部以下的位置均固定在所述钻井孔内。

在本实用新型的一个实施例中，所述阻挡件是胶塞。

在本实用新型的一个实施例中，所述外套管接触地面的位置设有硬化面，且所述硬化面与所述外套管之间设有缝隙。

在本实用新型的一个实施例中，所述硬化面上沿所述外套管的圆周设有若干个注水孔，所述注水孔与所述环状空隙相通。

在本实用新型的一个实施例中，所述硬化面上设有支撑所述外套管的支撑架。

在本实用新型的一个实施例中，所述硬化面内包含有硬化材料，所述硬化材料是钢筋混凝土材料。

在本实用新型的一个实施例中，所述硬化面的硬化面积应不小于钻井套管回收中配套钻机在钻井井口安装所需的面积。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

在本实用新型的钻井套管装置中，所述外套管与所述钻井孔的井壁之间设有环状空隙，所述外套管的外圆周壁不必全部固定在所述钻井孔内，从而使所述双套管的固井时间短且能提高工作效率；当所述双套管使用完毕后，由于所述外套管与所述钻井孔的井壁之间存在空间，因此可以使用钻井套管切割设备直接对所述外套管进行切割，从而实现对所述套管的回收利用。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型所述的钻井套管装置示意图；

图2是本实用新型所述注水孔的俯视图；

图3是本实用新型所述钻井套管装置的局部放大图。

具体实施方式

实施例一：

参考图1所示，本实施例所述的钻井套管装置，设置于钻井孔10内，包括外套管11以及位于所述外套管11内部的内套管12，所述外套管11和所述内套管12相互套接，且所述外套管11的内径大于所述内套管12的外径，所述外套管11的底部和所述内套管12的顶部相互套接，且所述外套管11与所述钻井孔10的井壁之间设有环状空隙13。

本实用新型所述的钻井套管装置，设置于钻井孔10内，所述钻井孔10依次通过地面、含水层17以及煤层顶板18直至深入地下煤层19中，包括外套管11以及位于所述外套管11内部的内套管12，所述外套管11设置在所述钻井孔10的上方，所述内套管12设置在所述钻井孔10的下方，所述外套管11从地面向所述含水层17以上延伸，所述外套管11的顶端位于地面以上；所述内套管12从所述含水层17以上向所述地下煤层19延伸，且所述外套管11的内径大于所述内套管12的外径，所述外套管11和所述内套管12相互套接，由于所述钻井套管采用双套管结构，因此利于所述钻井套管的回收，且所述外套管11的底部和所述内套管12的顶部相互套接，因此整个套管的材料相对较少，适当降低了成本；所述外套管11与所述钻井孔10的井壁之间设有环状空隙13，所述外套管11的外圆周壁不必全部固定在所述钻井孔10内，从而使所述双套管的固井时间短且能提高工作效率；当所述双套管使用完毕后，由于所述外套管11与所述钻井孔10的井壁之间存在空间，因此可以使用钻井套管切割设备直接从所述外套管11的底部切割，从而实现对所述外套管11的大部分回收利用。

为了实现所述外套管11与所述内套管12相互稳固的套接在所述钻孔10内，所述外套管11的底部固定在所述钻井孔10内，所述内套管12上顶部以下的位置均固定在所述钻井孔10内。具体地，所述外套管11底端至所述含水层17以上2米之间均需固定在所述钻井孔10内，所述外套管11的其它部分无需固定在钻井孔10内就能实现使所述外套管11固定在钻井孔10内。所述内套管12的底端位于所述地下煤层19中，其具***置在所述煤层顶板14以下伸入所述地下煤层19的1米至3米之间，所述内套管12的顶端位于所述含水层17以上4米处，且从所述内套管12顶端以下的1米至2米的位置无需固定在所述钻孔10内。

所述外套管11接触地面的位置设有硬化面14，所述硬化面14通过对地面进行硬化处理形成，所述硬化面14内包含有硬化材料，例如所述硬化材料是钢筋混凝土材料，通过采用钢筋混凝土就能实现地面的硬化，其中，所述钢筋混凝土的强度不应低于C15，且满足钻井使用及套管回收过程中不发生地面塌陷的要求。同时，所述硬化面14的硬化面积应不小于钻井套管回收中配套钻机在钻井井口安装所需的面积，以便于安装钻机且有利于所述套管的回收利用。其中所述钻井是指在地质勘探或钻井过程中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备，主要作用是带动钻具破碎井底岩石，下入或提出在井内的钻具。

所述硬化面14与所述外套管11之间设有缝隙，即所述外套管11不能与地面硬化的钢筋混凝土接触，所述缝隙可使所述外套管11沿所述硬化面14上、下伸缩，具体地，所述硬化面14与所述外套管11之间缝隙的距离一般不大于3cm。

如图2和图3所示，所述硬化面14上沿所述外套管12的圆周设有若干个注水孔15，具体地，沿所述外套管12的圆周面均匀分布有八个注水孔15，所述注水孔的直径为30mm，相邻两个注水孔之间的水平距离为150mm。所述外套管11与所述钻井孔10的井壁之间设有环状空隙17，所述注水孔15与所述环状空隙17相通，通过所述注水孔15可以将常温液态水注入至所述环状空隙17内，向所述环状空隙17内加入常温液态水的目的是为使所述外套管11在煤层气化中均匀降温，从而使外套管11的温度始终处于100℃以下，以减少温度过高对外套管11造成的不利影响。若在煤层气化中产生的热量影响所述外套管11时，所述环状空隙17内注入常温液态水后，所述外套管11发生相对均匀的伸缩量变化，并可以减少所述外套管11的伸缩量，以降低所述外套管11发生断裂的可能性，对所述外套管11起到保护作用，从而延长了所述外套管11的使用寿命。

由于所述外套管11和所述内套管12相互套接，所述外套管11的底部承载所述内套管12，为了减少所述外套管11所承载的重量，所述硬化面14上设有支撑所述外套管11的支撑架16，所述支撑架16一端位于所述硬化面14上，另一端通过钢筋焊接在所述外套管11的外壁上，所述支撑架16的支撑强度满足所述外套管11的支撑需求，且不影响所述外套管11的上下伸缩，为了保证支撑强度，可以沿所述钻孔10设置若干个支撑架16，并使所述外套管11在井口的位置相对固定。

本实施例所述的钻井套管装置在使用结束后，可以对钻井底部进行必要处理后对所述外套管11进行回收，其中所述钻井底部的处理方式可以采取水泥封堵或泥浆封堵等措施；所述外套管11的回收的方式为：使用钻井套管切割设备对所述外套管11底部固井临界处进行切割，即可在所述外套管套接部112底端至所述含水层17以上2米位置处切割所述外套管11，使所述外套管11在所述钻孔10内上、下分离，待所述外套管11上、下分离后，开始使用钻机、吊车等设备逐根回收所述外套管11。

需要说明的是：本实施例所述钻井套管装置可以作为地下气化炉进气钻井和出气钻井使用。钻井套管装置作为地下气化炉进气钻井使用时，应控制进气压力不超过钻井套管中所述环状空隙13水封的可承受压力，如水封高度300米时，则进气压力不大于3.0MPa；所述钻井套管装置作为地下气化炉出气钻井使用时，应注意及时为所述环状空隙13中补充常温液态水，以避免所述环状空隙13内由于受热导致水蒸发，从而保证所述外套管11均匀的受热。

本实用新型所涉及的钻机类型需根据钻井的类型和钻井尺寸确定，一般选用HXY-5A,SPS2000等型号的钻机。所述的钻井套管，一般为无缝钢管、石油套管等可实现强制冷缩材质的套管；可回收的外套管11的直径一般不小于50mm。

本实用新型所述的钻井套管回收工艺不仅可以应用在煤炭地下气化领域中，也可以根据需要应用在其他领域的钻井套管回收中，如石油开采钻井，输水井等。

另外，外套管11与内套管12的套接方式可不以本实施例为限，例如，在其他实施例中，外套管11的下半部分可套接于内套管12的上半部分上。

实施例二：

本实施例提供一种钻井套管装置，是在实施例一基础上的变形，在本实施例中实现所述外套管11与所述内套管12相互稳固的套接在所述钻孔10内的方式与实施例一不同：所述外套管11无需固定在所述钻孔10内，但是由于所述外套管11的内径大于所述内套管12的外径，为了防止煤层气化过程中产生的气体从所述外套管11与所述内套管12之间泄露到所述钻孔10内，所述外套管11与所述内套管12之间设有阻挡件，所述阻挡件可以是胶塞或者其它密封阻件，此时所述内套管12上顶部以下的位置均固定在所述钻井孔10内。具体地，所述内套管12的底端位于所述地下煤层19中，其具***置在所述煤层顶板14以下伸入所述地下煤层19的1米至3米之间，所述内套管12的顶端位于所述含水层17以上4米处，且从所述内套管12顶端以下的1米至2米的位置无需固定在所述钻孔10内。

本实施例所述的钻井套管装置在使用结束后，对钻井底部进行必要处理后所述外套管11的回收的方式为：使用钻井套管切割设备直接从所述外套管11的底部设有所述阻挡件的临界位置处进行切割，从而实现所述外套管11的回收利用。

综上，本实用新型所述的钻井套管装置具有以下优点：

1.在本实用新型的钻井套管装置中，所述外套管与所述钻井孔的井壁之间设有环状空隙，所述外套管的外圆周壁不必全部固定在所述钻井孔内，从而使所述双套管的固井时间短且能提高工作效率；当所述双套管使用完毕后，由于所述外套管与所述钻井孔的井壁之间存在空间，因此可以使用钻井套管切割设备直接对所述外套管进行切割，从而实现对所述套管的回收利用。

2.在本实用新型的钻井套管装置的一个实施例中，所述钻井套管采用双套管结构，有利于所述钻井套管的回收，且所述外套管的底部和所述内套管的顶部相互套接，因此整个套管的材料相对较少，适当降低了成本；使用钻井套管切割设备直接从所述外套管的底部切割，从而实现对所述套管的大部分回收利用。

3.在本实用新型的钻井套管装置的一个实施例中，所述外套管接触地面的位置设有硬化面，所述硬化面通过对地面进行硬化处理形成，同时，所述硬化面积应不小于钻井套管回收中配套钻机在钻井井口安装所需的面积，以便于安装钻机且有利于所述套管的回收利用。

4.在本实用新型的钻井套管装置的一个实施例中，所述硬化面上设有注水孔，所述注水孔与所述环状空隙相通，通过所述注水孔可以将常温液态水注入至所述环状空隙内。若在煤层气化中产生的热量影响所述外套管时，所述空隙内注入常温液态水后，所述外套管发生相对均匀的伸缩量变化，并可以减少所述外套管的伸缩量，以降低所述外套管发生断裂的可能性，对所述外套管起到保护作用，从而延长了所述外套管的使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种钻井套管装置，设置于钻井孔(10)内，包括外套管(11)以及位于所述外套管(11)内部的内套管(12)，所述外套管(11)和所述内套管(12)相互套接，且所述外套管(11)的内径大于所述内套管(12)的外径，其特征在于：所述外套管(11)与所述钻井孔(10)的井壁之间设有环状空隙(13)。

2.根据权利要求1所述的钻井套管装置，其特征在于：所述外套管(11)的底部和所述内套管(12)的顶部相互套接。

3.根据权利要求2所述的钻井套管装置，其特征在于：所述外套管(11)的底部固定在所述钻井孔(10)内，所述内套管(12)上顶部以下的位置均固定在所述钻井孔(10)内。

4.根据权利要求3所述的钻井套管装置，其特征在于：所述外套管(11)的底部在所述环状空隙(13)内设有阻挡件。

5.根据权利要求4所述的钻井套管装置，其特征在于：所述阻挡件是胶塞。

6.根据权利要求1所述的钻井套管装置，其特征在于：所述外套管(11)接触地面的位置设有硬化面(14)，且所述硬化面(14)与所述外套管(11)之间设有缝隙。

7.根据权利要求6所述的钻井套管装置，其特征在于：所述硬化面(14)上沿所述外套管(12)的圆周设有若干个注水孔(15)，所述注水孔(15)与所述环状空隙(13)相通。

8.根据权利要求6所述的钻井套管装置，其特征在于：所述硬化面(14)上设有支撑所述外套管(11)的支撑架(16)。

9.根据权利要求6所述的钻井套管装置，其特征在于：所述硬化面(14)内包含有硬化材料，所述硬化材料是钢筋混凝土材料。

10.根据权利要求9所述的钻井套管装置，其特征在于：所述硬化面(14)的硬化面积应不小于钻井套管回收中配套钻机在钻井井口安装所需的面积。