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膨胀管技术及应用一绪论
二国内外技术的研究与应用
1国外方面
2 国内方面
三文章内容
第一章膨胀管的材料分析
1 高品质膨胀管材料的探索
2 不同材料的膨胀管分析
3 一些高性能钢材膨胀管的分析
4胀筛管的基管材料的分析
第二章膨胀管的设计原理及研究
1膨胀管技术机理和研究
2 膨胀管推力理论方面研究
3 膨胀管弹塑性力学分析研究
4膨胀管力学性能和动力方面研究
第三章膨胀管技术发展和应用
1膨胀管加固技术的发展和应用
2膨胀管在钻井过程中的发展和应用
3膨胀管技术在油田开发方面的应用
4膨胀管技术在大港油田中的应用
第四章膨胀管技术的突破和未来
1中国在膨胀管技术的突破2膨胀管技术在中国的未来
一绪论
在传统的油气井钻井作业中,随着井深的增加,下入井眼中的套管层次也在增加,从而使可利用的井眼直径越来越小。
在深井超深井钻井中, 井眼直径的不断缩小有可能导致无法最终钻达目的层。
而膨胀管技术是专门解决这一问题的，实体膨胀管技术是在钻井工程领域发展起来的一项用于钻进过程中充当临时技术套管作用的一项新技术。
随着油田的开采, 油水井套管损坏日趋严重, 介绍了实体膨胀管技术原理及实体膨胀管技术的最新发展方向, 从油田开发这个角度出发, 介绍了该技术在油田开发过程中进行套管补贴、侧钻井完井等多项领域内进行应用的技术优势, 就胜利石油管理局钻井工艺研究院开发的小尺寸实体膨胀管技术在国内石油开发系统中的应用进行了介绍, 该技术的研制成功,
二国内外膨胀管技术的研究和应用
1国外方面。
实体膨胀管技术在TK4-463CH井的应用【摘要】油田进入开发后期, 低产、停产及报废井越来越多, 如何利用侧钻井技术的节约投资、中靶精度高、剩余油富集规模要求小等优势, 挖掘断块小屋脊、井间滞留区等小规模剩余油富集区, 进一步提高储量动用程度和采收率, 是一项亟待解决的问题。
采用侧钻井膨胀管完井技术有效地扩大了井眼尺寸, 使得常规尺寸井眼中的各种措施易于在侧钻井中实施，为今后在钻井及完井过程中优化井身结构、减少井下复杂情况提供了一个新的解决方案。
而且膨胀套管技术作为一种新兴的技术已经越来越受到石油行业的重视，应用该技术可以改变现有的井身结构，增大完井井径，有利于后续钻井作业及完井作业。
而目前大部分膨胀管作业时应用在修井及套管补贴作业中。
TK6-463CH井为西北油田分公司裸眼井内使用实体膨胀管作业的目前国内使用井深最深，难度最大的一口井，本井的成功再次为西北局一些难以继续开采的老井提供了新的机会。
【关键词】TK6-463CH；膨胀套管；老井开窗1.国内实体膨胀管的现状1.1胜利油田膨胀管井概况套管开窗侧钻技术是在定向井技术基础上发展起来的。
国外侧钻井已从常规侧钻井发展到短半径侧钻水平井和连续油管侧钻井, 并且代表侧钻井新技术的短半径水平井和连续油管侧钻井所占比例在逐年增加。
胜利油田开窗侧钻工作起始于20 世纪80年代中期, 至今已形成了一整套适合胜利油田地质特点的中短半径侧钻水平井及常规侧钻定向井钻采修配套技术, 并且已先后在95/8 in、7 in 和51/ 2 in 套管中成功地完成了610 口各类开窗侧钻井。
另外, 目前胜利油田分公司共有停产停注井共5977 口, 占在用总井数的23. 0% , 其中停产井中套损井大约占49.4% 。
在目前经济技术条件下, 具备修复潜力的油井占停产油井总数的36. 6%。
经过几年的研究开发和引进, 胜利油田套损井治理技术得到了较大的完善和发展, 已经初步形成了套损井修复配套技术。
膨胀管概述及技术研究张继红1ZhangJihong 刘明君2LiuMingjun摘要：膨胀管技术诞生于20世纪80年代，主要用来优化井深结构、预防井壁掉块及坍塌、封堵高压层或低压漏失层、修补井中损坏的套管等。
被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。
本文主要介绍了可膨胀管的分类及优缺点，以及可膨胀管的相关技术研究。
关键词：膨胀管；膨胀椎；套管；膨胀管技术于20世纪80年代晚期诞生于壳牌石油公司[1]，在这之后的一段时间里，发展非常迅速。
90年代末期达到了商业化应用水平，目前在国外有多家石油技术服务公司可以提供膨胀管的技术服务，其中最有名的是壳牌和哈里伯顿合资的Enventure公司[2～3]。
国内多家公司和科研机构也在从事膨胀管技术的研究，但多是理论及实验室的研究。
膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，由于含碳量低，膨胀管比普通套管柔性好，可朔性强。
可膨胀管技术就是将待膨胀的套管下到井内，以机械或液压为动力，通过冷挤扩张的方法，由上到下或由下到上，通过压力或拉力使膨胀工具通过待膨胀的套管内孔，使其内径或外径由于朔性变形膨胀至设计的尺寸，从而完成待定工程目的的一种技术。
膨胀管技术具有以下优点：○1可有效地解决复杂地层的井壁稳定问题；○2减小井眼锥度、增加套管下深，以尽可能大尺寸井眼完井；○3可以减少上部井眼的尺寸和套管层数；○4修复套损井；○5使完井具有更大的灵活性；○6能改善尾管悬挂器的密封效果；○7可大大降低钻井成本；○8可取代砾石充填,降低完井成本。
因此，膨胀管技术被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。
1 膨胀管的分类及优缺点1.1 可膨胀管的分类可膨胀管根据其结构的不同，可分为纵向波纹管、实体膨胀管（SET）和割缝膨胀管（EST）三种。
其中，纵向波纹管技术是事先将套管压扁成腰状（如图1a），下入井中后再用专用工具将压扁部位胀开。
割缝膨胀管有一系列串联的,互相交错的轴向割缝,割缝的布置使管柱易于膨胀。
第36卷第5期2008年9月 石 油 钻 探 技 术PETROL EUM DRILL IN G TECHN IQU ESVol136,No15Sep.,2008收稿日期:2008201209;改回日期:2008208219作者简介:郭朝辉(1980-),男,2003年毕业于江汉石油学院机械设计制造及自动化专业,助理工程师,主要从事固井工具的研发工作。
联系电话:(0534)2566007!设备与工具#国外可膨胀尾管悬挂器的新进展郭朝辉1 马兰荣1 朱和明1 汪文昌2 彭汉标3(11中国石化石油勘探开发研究院德州石油钻井研究所,山东德州 253034;21中国石油大港油田公司采油与地面工程处,天津大港 300280;31中原石油勘探局塔里木钻井公司,新疆库尔勒 841000)摘 要:近年来,随着实体膨胀管技术的不断发展,国外成功研制了可膨胀尾管悬挂器并逐渐趋于成熟,在很多油气田投入工业性应用,取得了显著的经济效益。
详细介绍了里德公司的H ETS2L H悬挂器、TIW公司的XPA K悬挂器、哈里伯顿公司的VersaFlex悬挂器和威德福公司的EXR悬挂器的基本结构、工作原理及现场应用情况,分析了其优缺点,并在此基础上对国内可膨胀尾管悬挂器的研究与发展提出了建议。
关键词:可膨胀尾管悬挂器;尾管固井;现状;发展趋势中图分类号:TE925+12 文献标识码:B 文章编号:100120890(2008)0520066204可膨胀尾管悬挂器是在膨胀管技术的基础上发展起来的,它通过液压力或机械力将用可膨胀管材制成的悬挂器本体向外胀开,使其与上一级套管形成牢固的锚定连接,从而实现悬挂尾管[124]。
可膨胀尾管悬挂器具有外型尺寸小、入井安全方便、环空过流面积大,且在注水泥过程中能活动套管以提高顶替效率、密封能力好等诸多优于常规悬挂器的特点,而且在现场应用中显现出了巨大的经济效益和技术优势,尤其是与套管钻井技术相结合,可大大降低建井成本。
国外膨胀管技术的发展与应用 编译:马洪涛(胜利油田钻井工艺研究院)审校:纪常杰(大庆油田工程有限公司) 摘要 膨胀管技术是石油工业中迅速崛起的可明显降低钻井完井成本的一项新技术。
威德福公司在可膨胀防砂筛管领域居于领先地位,其膨胀管技术分为三类:可膨胀割缝管、实体膨胀管和膨胀系统。
哈里伯顿公司的膨胀产品包括可膨胀筛管系统和可膨胀尾管悬挂器/封隔器系统,这两种系统都经过了大量的室内和现场试验。
Enventure公司开发了三种实体膨胀管产品:可膨胀尾管系统、套管井衬管系统和可膨胀尾管悬挂器系统。
贝克石油工具公司的可膨胀产品包括可膨胀尾管悬挂器系统、六级分支井完井系统、可膨胀裸眼完井系统、套管补贴系统和膨胀封隔器。
基于世界各大公司膨胀管技术上的发展与应用,文章针对我国膨胀管技术现状提出了相关的看法和建议。
主题词 膨胀管技术 膨胀系统 实体膨胀管 可膨胀割缝管 商业应用一、膨胀管技术发展回顾最近几年膨胀管技术呈现爆炸式大发展,该技术对石油工业将产生革命性的影响。
例如等径井眼技术,一旦成熟,将极大地降低油井成本,并完全消除常规套管程序的缩径效应,井可以钻得更深,而总井深处的套管内径与常规井相比反而增大。
目前世界上提供膨胀管技术和膨胀产品的公司主要包括威德福公司、Enventure环球技术公司、哈里伯顿公司、贝克石油工具公司、斯伦贝谢公司以及RE AD油井服务公司。
另外,俄罗斯的鞑靼石油研究设计院的膨胀管技术也得到了广泛应用。
1,威德福公司自1998年以来,威德福公司一直在可膨胀防砂筛管(ESS)领域居于业界领先地位。
该技术发展迅速,目前已经成为降低成本、提高产量的标准方法。
该公司还对实体膨胀管技术进行了大规模研究与开发。
该公司的膨胀管技术分为三类:可膨胀割缝管(EST)、实体膨胀管(STE)、膨胀系统。
(1)可膨胀割缝管威德福公司的可膨胀割缝管包括以下三种类型:可膨胀防砂筛管(ESS)、井下衬管系统(ABL)、可膨胀完井尾管(ECL)。
◇可膨胀防砂筛管(ESS)威德福公司是可膨胀防砂筛管技术的主要供应商,目前已经在世界范围内进行了超过225次施工作业,膨胀筛管总长度达3612k m,并成功进行了世界上最长的膨胀作业,膨胀筛管长度超过1494m。
ESS作为一种可靠高效的防砂方法应用日趋增多。
ESS应用范围广泛,其中在裸眼井中应用占74%,在套管井中占26%。
与其他防砂方法相比可提高产量70%,降低成本超过20%。
威德福公司4年前在北海的一口气井首次使用了ESS。
这口高产气井至今仍稳定生产,无出砂。
另一个里程碑式的成果是在2002年末,威德福公司成功地为康纳科菲利普斯(ConocoPhilli p s)公司在渤海湾的蓬莱油田安装了连接器经过加强的<13917mm ESS,这是ESS在全球的第150次应用。
首批6口井,其中2口是射孔完井,另外4口是预射孔套管,然后用ESS完井。
◇井下衬管系统井下衬管系统能代替技术套管柱,而且确保井眼直径不减小。
要封固的井眼部分首先被扩眼,然后利用衬管加强,并用纤维水泥封固这部分井眼。
该技术能封固异常压力地层,以确保向更深的地层钻进。
开发这项技术的目的:一是减少钻井成本;二是简化高温、高压深井的设计。
在井身设计中考虑使用应急套管,这不仅增加了套管成本,而且还有许多其他不利因素。
应急套管上部的井眼/套管的直径必须大于应急套管,这样,不管是否真地使用了应急套管,其上部的钻井费用增加。
另外,钻大尺寸井眼耗时更长,处理复杂情况耗时更多。
在海上,大尺寸的套管要求使用大尺寸的导管,因此平台也必须加大。
用这种方式来设计钻井,费用很高。
如果钻井设计中不用应急套管,那么将节约大量的费用。
井下可膨胀衬管系统能够代替应急套管,而且消除了井眼直径越来越小的不利后果。
在深井钻井中,为避免井涌/井漏,必须安装附加的套管或尾管,这样可能由于套管的直径太小而导致不能钻至目的层或进入目的层。
这也是开发该技术的主要原因。
应用该技术可钻成深的勘探井、开发井、评价井和生产井,并使用足够直径的油管来开采。
◇可膨胀完井尾管威德福公司已经开发了可膨胀完井尾管技术,可以取代传统的割缝尾管或者注水泥射孔尾管。
该技术增强了井眼稳定性,提高了选择性隔离和处理能力,并减小了井眼尺寸。
该技术尤其适用于过油管侧钻油层完井,既可以到达受限制的油层段,同时也避免了困难的固井和射孔作业。
其他优点包括:①井眼增大,流通面积也增大,因此提高了产量;②允许再入油层进行修井作业,延长了油井寿命,也增强了老井的潜力;③重返油层灵活方便,通过插入封隔器或桥塞可以防止产水;④可适用于<8819mm到<24113mm的井眼。
(2)实体膨胀管实体膨胀管包括可膨胀尾管悬挂器(E LH)和MetalSkin套管修补系统。
◇可膨胀尾管悬挂器E LH系统可以悬挂ESS和其他不注水泥尾管。
ELH可以悬挂MetalSkin套管修补系统。
ELH使用柔性旋转技术膨胀,与外层套管形成金属对金属密封,使井眼最大化,方便将来的重入作业。
◇MetalSkin套管修补系统2003年中期,在加拿大阿尔伯塔省的冷湖油田威德福公司成功地安装了4套MetalSkin实体可膨胀套管修补系统,使4口井恢复生产。
该技术是一种金属对金属可膨胀套管系统,可以修补腐蚀或损坏的套管。
作业使用了威德福公司的柔性旋转膨胀系统(CRES)。
(3)膨胀系统传统EST膨胀锥是一种锥形工具,与膨胀心轴联合使用,用来膨胀各种割缝管。
威德福系统的根本优点是采用了柔性膨胀管技术。
下面介绍两种系统:轴向柔性膨胀膨胀系统(ACE)和柔性旋转膨胀系统(CRES)。
◇轴向柔性膨胀膨胀系统轴向柔性膨胀膨胀系统用来膨胀割缝管,可以消除割缝管与井壁之间的环空,支撑井眼并防止颗粒运移。
该系统包括一个由上向下膨胀的柔性膨胀工具、可回收系统、现场修整工具。
柔性膨胀工具包括两部分:用于初始膨胀的固定尺寸滚轴鼻、柔性轴向滚轴。
由于活塞可以随着井眼剖面的变化而伸出或缩回,使工具具有柔性。
◇柔性旋转膨胀系统柔性旋转膨胀系统是一种液压机械工具,用来膨胀实体管。
当与可膨胀尾管悬挂器施工工具一起使用时,可用来膨胀E LH。
它也用来膨胀更长的MetalSkin实体管系统。
如Por oFlex可膨胀筛管系统,该系统由上至下膨胀,轴向载荷小。
由于是滚动摩擦,摩擦力也大大减小,对套管内径的不规则性具有很好的适应能力,可以最大限度地防止被膨胀套管破裂。
该工具与膨胀前的套管匹配,很容易回收,并具有选择性膨胀能力。
2,哈里伯顿公司哈里伯顿公司的膨胀管产品包括可膨胀筛管系统(Por oFlex)和可膨胀尾管悬挂器/封隔器系统(VersaFlex),这两种系统都经过了大量的室内和现场试验。
(1)Por oFlex可膨胀筛管系统Por oFlex可膨胀筛管系统由于性能可靠,该系统正在迅速被人们接受。
该系统可用于套管井和裸眼井完井,主要有以下四方面特点:◇Por oFlex可膨胀筛管系统以近乎实体管的多孔中心管作为流动管道,具有很高的抗挤能力,并允许进行多种修井作业或附件安装。
封隔器、桥塞以及智能完井设备都可以很可靠地安装在膨胀后的中心管内。
另外,未穿孔管可以下入井内封隔页岩段或事故地层,以提高层位隔离能力。
◇通过一层可膨胀筛网就实现了过滤功能。
筛网是基于Pur olat or-Facet公司的Por op late设计制造的,虽然膨胀期间或膨胀后过筛网流动面积增大,但并不改变其微米额定值(过滤固体颗粒)。
◇可膨胀筛管采用了一体式螺纹连接,可以像套管那样在钻台上连接,如果必要的话还允许筛管在井内旋转,这减少了安装所需的钻机时间。
◇筛管通过液压膨胀,使整个膨胀过程实质上不依赖重力,这对于大位移井或者水平井作业来说很理想。
固定尺寸膨胀锥使整个筛管膨胀后内径一致。
自投入使用以来,没有发生中心管、筛网或者连接部件故障,也没有出砂。
Por oFlex膨胀筛管可用尺寸为15516mm和21519mm(均为膨胀后尺寸)。
施工作业表明进行可膨胀筛管完井需要一整套系统方法。
完井效率/性能比很大程度上与所钻井眼质量、钻井液、产层情况了解程度密切关联。
哈里伯顿公司与斯派里森公司和白劳德公司密切合作开发了一套工艺新技术,使整个系统协调以提高膨胀筛管完井的效力。
(2)VersaFlex尾管系统VersaFlex尾管系统采用了业界领先的实体膨胀管技术,以及哈里伯顿公司最好的固井设备、套管附件和浮动设备,可以形成可靠的尾管悬挂器系统。
普通尾管悬挂器上部失效率高达30%,由此导致的修补作业成本很高。
失效的主要原因是尾管悬挂器机械失效或者上封隔器失效,或者是水泥环不能封隔套管重叠段。
与传统的尾管悬挂器/封隔器系统相比该系统在机械方面有很大优势。
更重要的是,尾管悬挂器/封隔器没有运动部件或暴露的水力孔。
为了进一步保证尾管顶部的完整性,一体的尾管悬挂器/封隔器还包括抛光回接器,采用5个独立的橡胶元件提供环空密封。
膨胀工艺保证尾管悬挂器/封隔器不会提前坐放。
为了提高水泥环的可靠性,系统允许增大循环速率以获得紊流。
另外,哈里伯顿公司还与En2 venture环球技术公司合作开发了专用的注水泥设计,可以消除窜槽、气窜。
(3)近钻头扩眼器哈里伯顿的Security DBS公司为可膨胀产品市场推出了一种近钻头扩眼器(NBR)。
切削臂可以通过现有套管跟在一个标准钻头后面,可将套管下井眼尺寸扩大20%。
NBR已经在世界范围内超过500个钻具组合上使用。
3,E NVE NT URE公司前实体膨胀管99%的施工进尺是由Enventure 公司实施的,该公司开发了三种实体膨胀管产品。
(1)可膨胀尾管系统可膨胀尾管系统(OHL)主要解决井眼稳定以及地层压力(破裂压力)等产生的问题。
在不减小井眼直径的情况下多下一层套管,可以钻达更深的储层或者隔离水层,对于老油田挖潜增效有重要意义。
目前该系统作业时最大泥浆密度为118g/ c m3,最大井斜超过100°,膨胀深度大于7925m。
可膨胀尾管系统可以过窗口安装和膨胀,这样就不再需要锻铣套管。
最近的一次套管开窗膨胀管作业是在墨西哥湾进行的。
<19317mm〔24415mm 可膨胀尾管系统安装在<24415mm套管内,共膨胀了610m的套管,其中窗口下方膨胀了579m。
作业商预计节约成本达200万美元。
(2)套管井衬管系统套管井衬管系统(CHL)主要用于作业,尤其适合修补大段损坏的套管。
Enventure公司于2002年6月在马来西亚沙捞越海上的E11气井安装并膨胀了1373m的衬管。
(3)可膨胀尾管悬挂器系统可膨胀尾管悬挂器系统(ELH)集传统的尾管悬挂器和尾管上封隔器的功能于一体,结构简单可靠,避免了环形空间可能发生的漏失,而且增加了悬挂器和尾管内部的可用内径。
