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1、中国石油钻井工程技术研究院钻井机械所 2010年6月,膨胀管套损井补贴技术,目录,一、膨胀管技术简介 二、膨胀管修复套损井技术 三、成功案例 四、与威德福膨胀管系统的对比,膨胀管技术是1999年在美国首先发展起来的一项新技术， “它将是21世纪石油工业发展的核心技术之一”。 膨胀管：是一种由特殊材料制成、具有良好塑性的金属钢管，下入井内后通过机械或液压的方法在直径方向膨胀1030%左右，以满足不同工艺的要求; 同时，在冷做冷作硬化效应下，管材强度和刚性得到提高。,一、膨胀管技术简介,1. 膨胀管技术原理(1),一、膨胀管技术简介,1. 膨胀管技术原理(2),井眼尺寸：,d D( 22x),式中
2、：D：补贴段套管内径 d：膨胀后膨胀管内径 ：膨胀管壁厚 x：密封环压缩后厚度,一、膨胀管技术简介,1. 膨胀管技术原理(3),膨胀管关键技术-管材,并非所有管材都适合用作膨胀管 管材的机械性能严重影响胀管压力 工程应用主要追求胀管后的性能指标,一、膨胀管技术简介,1. 膨胀管技术原理(4),锥角影响胀管力的大小 表面经过特殊处理,1. 膨胀管技术原理(4),膨胀管关键技术-膨胀锥,一、膨胀管技术简介,压力腔（发射器）的设计必须保证可靠的连接与密封,膨胀管关键技术-压力腔,1. 膨胀管技术原理(4),一、膨胀管技术简介,膨胀管关键技术-膨胀螺纹连接技术,1. 膨胀管技术原理(4),一、膨胀管技
3、术简介,1. 膨胀管技术原理(4),膨胀管关键技术-密封与悬挂,一、膨胀管技术简介,2.膨胀管技术的主要应用(1),裸眼系统 作为应急套管及时处理钻井过程中的复杂井况,套管系统 修复损坏的套管，恢复正常生产,尾管悬挂系统 替代常规尾管悬挂系统，获得更大的通径和悬挂力,一、膨胀管技术简介,2.膨胀管技术的主要应用(2),最终目标： 以全井同一尺寸套管代替现有的多层套管结构。,一、膨胀管技术简介,3.膨胀管技术在国外应用情况亿万奇公司,1990年初， Shell Technology Ventures公司开始进行可行性研究 1993年在挪威的海牙进行了第一次概念性试验 1993-1998年，开始对
4、该项技术进行深入系统的研究工作，工作重点主要集中在管材和连接方式的研究上 1998年12月Shell Technology Ventures 公司和Halliburton Energy Services 公司合资成立了一家专门致力于可膨胀管技术发展与商业化运作的合资公司Enventure Global Technology公司（亿万奇公司） 1999年3月22-29日,在美国德州的休斯顿进行了模拟井下实验 1999年11月在Chevron、USA进行了第一次现场应用试验 截止至2009年1月，共在23个国家为200个用户成功进行了1032次施工作业，胀管总长度达到了282公里,一、膨胀管技术简
5、介,3.膨胀管技术在国外应用情况威德福公司,2002年3月，可膨胀尾管悬挂系统第一次在印度尼西亚使用，2002年7月，第一次在美国的加利弗尼亚使用并获得成功。 2004年8月MetalSkin套管修补系统在中国塔里木油田DH1-6-7井首次应用。 截至目前，已先后在多个国家和地区成功使用1500多次。,一、膨胀管技术简介,4.膨胀管技术国内应用情况,2001年开始进行膨胀管技术的研究 2003年实际应用膨胀管进行套管补贴 2005年实现膨胀管螺纹联接 目前已工业化规模推广套管补贴技术400多口井 成功实现了长段膨胀管补贴应用 在斜井、高温井上成功应用 膨胀管管柱尺寸已系列化 现场施工规范化,一
6、、膨胀管技术简介,（一）套管损害机理及形式,1、套管损害机理 根据国内外油田开发的经验分析可知，引起套管损坏的因素很多，也很复杂，归纳起来可以大致分为井身、地质、工程技术、腐蚀、永冻层解冻和再结冻等因素。 对于一个具体的油田或一口井，其中某一类因素很可能是主导因素，其它为次要因素，而更多的是多种因素综合作用的结果。 2、套管损害形式 套管损坏基本类型主要有变形、破裂、错断、腐蚀穿孔和密封性损坏等。其中变形、错断和腐蚀等是较为常见的损坏形态。 在实际套损井中大多是以上多种套损类型的综合表现。,二、膨胀管修复套损井技术,2、套管损害形式-套管变形,套管变形是指套管局部段产生较大的塑性变形但并未断裂
7、的一种损坏形式，主要有椭圆变形、径向凹陷变形、缩径变形和弯曲变形等四种形式。,椭圆变形： 往往是由于套管受不均匀外挤压力使得局部段套管呈椭圆形状。,凹陷变形： 主要是受到某一方向力作用或由于套管本身某局部位置强度不足等因素引起套管局部凹陷。,缩径变形: 在注采压差的长期作用下造成套管某局部处缩径，使套管横截面上呈现内凹椭圆形。,弯曲变形： 套管变形出现轴线偏移，并伴随有椭圆变形。通常是由于岩层相对滑移剪切套管，使套管在水平方向上弯曲,二、膨胀管修复套损井技术,套管错断是最常见的套管损坏类型，包括非塌陷型和塌陷型两种。 非塌陷型套管错断: 是由于泥岩、页岩在注水区域经长期浸泡膨胀而发生岩体滑移，
8、当这种速度超过30mm年时，将导致套管剪断，发生横向错位，在套管产生横向错断后，便向上、向下各自方向收缩。 塌陷型套管错断: 是由于地层滑移、地壳升降等因素，导致套管错断，地应力使水泥环脱落、岩壁塌陷，泥、沙和脱落的水泥及岩壁碎屑、小的碎块等在地层压力作用下从错断口处涌入井筒内并向上涌积，并最终卡埋井内管柱及工具。,2、套管损害形式-套管错断,二、膨胀管修复套损井技术,套管腐蚀机理很复杂，常见的有4种类型：电化学腐蚀，化学腐蚀、细菌腐蚀和氢脆，而最普遍的就是电化学腐蚀。同时，由于管材本身质量缺陷，也会导致管材受到破坏，轻则会出现腐蚀小坑，严重的会出现腐蚀穿孔。,2、套管损害形式-套管腐蚀,二、
9、膨胀管修复套损井技术,膨胀管修复套损井技术是指利用膨胀管的膨胀性能在井下对套管损坏处进行“补贴”和密封，以达到修复损坏套管目的。,（二）技术介绍,适应范围: 各类错断、破损、变形和腐蚀类套损修复； 高温注气井的套损修复； 对已射孔井段的补贴封堵； 钻井过程中套管的磨损及磨穿的修复。,二、膨胀管修复套损井技术,常规套损井修复方法： 波纹管补贴法 衬管两端挤胀法 衬管两端铅封法 爆炸补贴法 套损井取换套法 套损井侧钻修复法 膨胀管补贴技术特点： 工艺简单，施工费用低 适应于多种套损类型井的修复 修复后可获得较大的通径 悬挂能力强，密封可靠，加固作用明显 修复后不影响采油、修井、增产改造等后续作业,
10、二、膨胀管修复套损井技术,膨胀管规格尺寸,二、膨胀管修复套损井技术,膨胀后，机械性能达到API标准J55或N80套管同等钢级水平 膨胀施工压力不高于40MPa 修复完成后，补贴段密封压力不低于15MPa，膨胀管抗内压可达45MPa，抗外压可达25MPa,膨胀管性能参数,不同密封方式,二、膨胀管修复套损井技术,主要工具组成,膨胀管管柱主要有膨胀管总成、膨胀锥总成、下底堵总成、连接杆总成组成。,膨胀锥总成,下底堵总成,膨胀管总成,连接杆总成,施工工具主要有定径刮铣器、磨鞋、打压泵、高压管线等组成,定径刮铣器,磨鞋,打压泵,高压管线,二、膨胀管修复套损井技术,常规膨胀管技术修复套损井施工工艺包括井眼
11、准备、通径、定径刮管和胀管补贴四个步骤。单井施工时间一般约为2-3天，实际施工时间有所差异。,施工工艺,二、膨胀管修复套损井技术,施工工艺,二、膨胀管修复套损井技术,施工工艺,二、膨胀管修复套损井技术,2007年10月29日开始补贴施工，期间由于修井队工具不配套和封隔器质量等原因，造成工期滞后，于2007年11月14日完成施工。试压13MPa，稳压30分钟压降小于0.3MPa，补贴成功，该井已正常生产。,案例1 胜利油田王24井,采用1148膨胀管对套损段进行补贴修复，总长96m，最大外径118.5mm，膨胀后内径106mm，补贴位置为1718m1814m 。,补贴方案,腐蚀泄漏。,漏失原因,
12、1761.01762.3m 1800.2m1800.8m,漏失位置,137.7x7.72mm,待补套管规格,4906.11m,井 深,1975.10.21,完钻日期,油 井,井 类 型,胜利油田王24,井 名 称,补贴段上点1718m,补贴段下点1814m,上漏点,下漏点,三、成功案例,案例1 胜利油田王24井,三、成功案例,2008年7月16日至2008年7月17日施工完毕，试压21MPa，稳压30分钟压力小于0.3MPa，补贴成功，该井目前状况良好。,制定对805.6m816.0m套管段补贴方案 ，补贴总长度为10.4m 。,补贴方案,射孔段出水严重，无法正常生产。,漏失原因,807.6m
13、810.6m 809.0m814.0m,漏失位置,139.77.72mm,待补套管规格,1500m,井 深,2006.10.24,完钻日期,气 井,井 类 型,吉林油田农5-7,井 名 称,补贴段上点805.6m,补贴段下点816m,上漏点,下漏点,案例2 吉林油田农5-7井,三、成功案例,案例2 吉林油田农57井,三、成功案例,2009年1月24日12点开始施工，2009年1月25日凌晨补贴成功，目前该井已正常生产，日产油254吨，日产气6000方。,针对井况，确定补贴段在13901427m之间，总长度为37m 。,补贴方案,井深1408m处技术套管由于钻具起下磨损伤害而出现2m磨穿段，且在
14、磨穿段上下约15m段有一道纵向凹槽,漏失原因,1393m1423m,漏失位置,244.511.05mm,待补套管规格,4906.11m,井 深,2009.1,完钻日期,油 井,井 类 型,华北油田宁古8x 井,井 名 称,补贴段上点1390m,补贴段下点1427m,漏失段,案例3 华北油田宁古8x井,三、成功案例,案例3 华北油田宁古8x井,三、成功案例,三、成功案例,大庆X6-1-127井 2003年11月08日作业，采用1148膨胀管，补贴段741749m 大庆X4-1-330 井 2003年11月14日作业，采用1148膨胀管，补贴段964972m 大庆X6-11-629井 2006年7
15、月12日作业，采用1148膨胀管，补贴段798819m 华北采油四厂京708井 2005年12月10日作业，采用1148膨胀管，补贴段1542.6m 1560m，首次使用了膨胀螺纹密封连接技术 华北采油五厂泽10-23X井 2006年1月12日作业，采用1147膨胀管，补贴段803m808m 华北采油一厂雁50-5井 2006年4月16日作业，采用1147膨胀管，补贴段13451358.5m 华北采油四厂泉5117井 2006年11月1日作业，采用1148膨胀管，补贴段20092021m,下列为部分施工井情况（大庆油田与华北油田）,辽河油田海19-22井 2006年7月20日作业，采用1468
16、膨胀管，补贴段1653.2m1643.6m与 1622.81615.4m 辽河曙光采油厂曙2-3-14井 2006年11月21日作业，采用1148膨胀管，补贴段207215m 辽河冷东采油厂冷43-50-556井（热采井） 2008年4月22日作业，采用1468mm膨胀管，套损位置为636.19m处，补 贴位置631.90640.30m 辽河冷东采油厂冷43-40-550井（热采井） 2008年5月9日作业，采用1468mm膨胀管，套损位置为1323.92m 1332.5m,补贴位置13211335m,下列为部分施工井情况（辽河油田）,三、成功案例,吉林油田红75169井 2006年8月21日作业，采用1148膨胀管，补贴段13841372m（连接脱 扣套管） 吉林油田农286
