膨胀管补贴技术

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1、膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 前 言 膨胀管分为割缝膨胀管和实体膨胀管。 割缝膨胀管主要用于封隔复杂层段、防砂。 实体膨胀管主要用于修补套管和进行多分支井、单一井径 油井的完井等。 膨胀管在堵漏、修复、防塌和防砂方面为钻井和井下作业 提供了一种新的方法和手段,可使用膨胀管来减小上部井眼尺寸 ,以节省井口设备、钻井液、循环时间、水泥、钻头等费用, 有 较高的推广价值。 提 纲 膨胀管补贴技术发展历程 膨胀管补贴工艺技术原理 膨胀管补贴工艺施工程序 工 艺 分 析 与 认 识 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补

2、贴技术发展历程 可膨胀套管技术是上世纪90年代初由壳牌公司（Royal Dutch Shell） 提出来的。 1993年壳牌公司在挪威的海牙（Hague）完成了第一次概念性实验：利 用一种用于汽车防撞区的材料，套管之间采用焊接方式，实现了内径膨 胀率22%24%。 1998年开始研究螺纹连接技术，于9月完成了膨胀变形后管材性能仍然 符合API标准规范L-80、K-55、J-55的材料膨胀实验，为工业应用做好 了准备。 同年12月，壳牌和哈里伯顿合作组建了环球工艺技术公司 （Enventure)，专门从事可膨胀套管技术的商业运作。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实

3、 践践 膨胀管补贴技术发展历程 1999年3月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。目的是裸 眼内封堵漏层，胀管长度300米，套管内壁从193.7mm(75/8in) 膨胀到244.5mm(95/8in)，膨胀率达26%。 到2007年12月 Enventure共为全球70家公司作业了636口井，膨 胀套管总长超过205000英尺、膨胀螺纹接头7500个，其中2007 年一年作业近100口井。 目前可进行工业应用。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴技术发展历程 国内于1999年开始

4、观注这项新技术及其应用，在技术调研的同时，开展 了技术预研工作。 2000年完成了概念性实验，即用一种 21912的管材实现了内径膨胀 率20%。 利用有限元方法完成了膨胀机理分析。 研究确定了膨胀套管对材料性能、管径与壁厚的基本要求。 通过对近十种样管的筛选，优选出二种管材，（00Cr19Ni10和20G）实现 了预定的膨胀率，膨胀后管材机械性能接近N80套管水平，可进行工业应 用。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴技术发展历程 开发了膨胀变 形后达到API标 准J55钢级水平 的膨胀管材， 可用于13 3/8”、9 5/8”、7”、5 ”套

5、管系列 。 2003年在大庆 进行了首次施 工。 至目前据不完 全统计，套管 修复施工已达 到300口井。 u 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 膨胀管补贴工艺是一种机械膨胀装置集合体, 靠液体压 力推进, 下井的膨胀管管件通过膨胀锥体或心轴推进产生冷 拔一样的塑性变形, 达到扩大膨胀管管径形成密封的目的。 主要用于封堵漏失层和高压水层、封隔破裂带、修补损坏套 管和封堵已射孔套管。补贴长度不限, 可封堵连续补孔层位, 具有耐压能力高、有效期长的特点。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴

6、工艺技术原理 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，在冷做硬化效 应下，管材强度和刚性得到提高，膨胀变 形后的机械性能达到API套管钢级的同等水 平。 1 1 膨膨 胀胀 管管 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 当金属材料受到的应力超过材料的屈服 极限应力时, 塑性变形开始, 应力增大, 变 形不再随应力呈线性增加, 解除应力时材料 保持变形后的形状。达到强度极限应力时, 材料最终破坏。膨胀管基于金属材料这一特 性, 选择了一个膨胀

7、区间, 即膨胀管膨胀过 程中, 使应力始终保持在材料的屈服点以上 合理的范围,使其适度的膨胀,避免材料的破 坏,如图 2 2 膨胀管材料特性膨胀管材料特性 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 2 2 膨胀管材料特性膨胀管材料特性 膨胀管是一种由特殊材料制成的具 有良好塑性的金属钢管, 膨胀管材料性 能要求材料延伸率高, 易于膨胀变形, 变形后机械性能基本达到普通套管水平, 即膨胀变形后达到API标准N80钢级水平. 在井下通过机械或液压的方法使膨胀管 在直径方向上膨胀1030%左右, 同时, 在冷做硬化效应下提高自身刚性 膨膨 胀胀

8、管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 2 2 膨胀管材料特性膨胀管材料特性 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 3 3 膨胀管核心技术膨胀管核心技术 1.膨胀管材技术（包括管材化学成份、 性能、热处理状态和尺寸公差 控制标准） 膨胀管材料性能要求材料延伸率高，易 于膨胀变形，膨胀变形后机械性能基本达到 普通套管水平。 2.膨胀管连接技术（膨胀螺纹技术） 膨胀后的螺纹密封技术（等径同步膨 胀） 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 4

9、 4 膨胀管补贴工艺管柱结构膨胀管补贴工艺管柱结构 膨胀管补贴工艺管柱结构分为内外管柱,各部分组成如下: 外管柱组成:浮鞋总成+涨头+膨胀管+悬挂器 内管柱组成:对接器(卡瓦锁紧)+张力杆(或小管柱)+扶正器+ 安全接头+管柱至地面 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 4 4 膨胀管补贴工艺管柱结构膨胀管补贴工艺管柱结构 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 4 4 膨胀管补贴工艺管柱结构膨胀管补贴工艺管柱结构 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实

10、践践 膨胀管补贴工艺技术原理 5 5 膨胀管施工工艺技术原理膨胀管施工工艺技术原理 高压流体 送井管柱 密封环 膨胀管1 膨胀管尾 膨胀管2 套管 膨胀连接螺纹 下接头 膨胀锥 对井筒处理后, 用管柱将膨胀管及其组件 输送到预定位置后, 在地面用高压泵正注工作 液通过油管、连接杆内腔, 穿过膨胀头进入膨 胀管下部封闭空间, 以液体传递压强的特性, 迫使膨胀头上行, 膨胀管被膨胀头扩径膨胀紧 贴在套管壁上产生塑性变形, 在高压上顶力的 作用下管柱负荷趋向降低, 上提管柱到管柱悬 重, 持续打压并上提管柱, 当胀头上行至膨胀 管上端时, 油套连通, 泵压下降, 膨胀管完成 整体膨胀, 紧贴于套管并

11、锚定与密封。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 6 6 其它膨胀管应用原理其它膨胀管应用原理 133/8” 95/8” 7” 5” 常规钻井中是将常规钻井中是将13”13”、9”9”、7”7”、5”5”不不 同尺寸的套管逐次下入井中，从井口到同尺寸的套管逐次下入井中，从井口到 目的层的尺寸是逐渐缩小的。带来的问目的层的尺寸是逐渐缩小的。带来的问 题是当未能回接到井口时，产生井内台题是当未能回接到井口时，产生井内台 阶，造成下入工具困难。阶，造成下入工具困难。 工程结果有可能因为有限的套管程序达工程结果有可能因为有限的套管程序达 不到

12、目的层。不到目的层。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 6 6 其它膨胀管应用原理其它膨胀管应用原理 7” 可膨胀套管技术的最终目标是实现使用同一尺寸套管代 替原来的多层套管成为可能。实现一种小尺寸套管钻到 底的目标，使复杂的深井能较顺利的钻到目的层，最大 限度降低钻井工作量，预计可以使钻井成本下降3050% 。 可膨胀套管技术应用将使传统的井身结构发生重大变革 ，实现钻更深的直井和更长的大位移井，更经济地到达 储层。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 6 6 其它膨胀管

13、应用原理其它膨胀管应用原理 7” 可膨胀套管的优点是可以封堵任意一个复杂地层，可 以从根本上解决多个复杂地层与有限套管程序的矛盾 ，使复杂的深井能较顺利的钻到目的层，也从根本上 解决了大尺寸井眼钻速慢的问题。 可膨胀套管技术是勘探开发西部及东部深部油气藏急 需的关键技术。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴工艺技术原理 6 6 其它膨胀管应用原理其它膨胀管应用原理 切削量： 230m3 切削量： 70m3 泥浆/水泥量： 445m3 泥浆/水泥量： 150m3 使用的钻机大使用的钻机小 133/8” 95/8” 7” 5”7” 使用可膨胀套管技术

14、预计节约钻井费用在50%以上。 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管 1 1 井筒处理井筒处理 验证套管的完整性及畅通情况, 同时对管柱进行试压, 验证油管的密 封性和完好程度, 以满足后续的高压施工。 通 井 刮削器, 对套管内壁进行清理, 并进行热水洗井, 以便更好的清理和清 除套管内的油污、硬蜡和铁锈、垢、毛刺等, 保证膨胀管能顺利下到 预定深度。 套管刮削 工具见下图,用循环液作为驱动刮削片伸缩的媒介迫使刮削片与套 管充分接触, 以更彻底的清除套管内壁的毛刺、铁锈和垢等, 从而 更有效的确保可膨胀管与套管的密封性。 定径刮铣 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管 2 2 下膨胀管外管柱总坐于井口下膨胀管外管柱总坐于井口 依据需要封堵补贴层段长度, 考虑一定 附加量确定膨胀管的长度 确定长度 将最后一根膨胀管下入后坐于井口 坐井口 将带有导向式浮鞋总成及内置膨胀头+膨 胀管下入井内, 依次接入一定量的膨胀 管继续下入 下外管总成 连接膨胀螺纹 下入膨胀管 膨膨 胀胀 管管 补补 贴贴 工工 艺艺 及及 应应 用用 实实 践践 膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管 3 3 从外管内下