膨胀套管护壁技术研究现状及其工作原理

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。

可膨胀管关键技术及机理简述【摘要】为应对在石油钻井工程中堵漏、修复、防砂和防塌等技术难题，国内外开始研究可膨胀管技术。

现如今可膨胀管技术已经成为石油工业领域发展迅速的技术之一。

国外已成功应用可膨胀管技术，国内对于该技术也相应的进行了理论研究和室内室外实验。

可膨胀管技术可用于多种类型油井的建井、完井及固井作业。

其使用范围相对来说比较广，从陆地到浅海，甚至到深海。

本文针对可膨胀管关键技术及膨胀机理进行简述。

【关键词】完井及固井；可膨胀管技术；石油工业领域可膨胀管技术就是将下到井眼中的钻井管柱，在管材塑性变形区域内，通过液压或机械驱动锥体，使管柱径向膨胀并发生永久塑性变形，达到所需生产管柱内径，从而“节省”井眼直径、缩小钻孔尺寸的一种钻井新技术。

该技术最终目标是可用同一种直径的钻头钻进，并用同一种直径的套管完井，优质快速、高效地钻达预定层，实现同一直径的钻井、完井、固井，能提高钻井作业效率和固井质量，以及改善现有的井身结构和解决修井系列难题，降低成本，提高经济效益。

本文对可膨胀管的关键技术进行阐述并对可膨胀管发展提出建议。

1.可膨胀管关键技术1.1可膨胀管材料的挑选可膨胀管在塑性变形区域内膨胀[3]（见图1），这就要求其材料在膨胀过程中应具有良好的塑性变形能力，低的屈服强度和屈强比、足够的抗拉强度、良好的塑性、冲击韧性和抗腐蚀、磨损及断裂等性能[4]。

许瑞萍等通过实验研究，提出了可膨胀管材料铁基膨胀合金设计准则，认为可膨胀管材料应具备高塑性、高强度、高加工硬化率和强塑性等特点，可采用材料在外加应力的作用下，发生奥氏体γ转变为ε马氏体相变来提高材料的强塑性[5]。

目前所用的可膨胀管材料是经过特殊热处理后普通油田管材用的钢材，热处理后能增加材料的塑性、延展性和断裂韧性，降低缺陷敏感性[6]。

理论和实践证明，管体在膨胀后，管体长度将收缩3%～4%，壁厚将减少3%～6%；管柱在膨胀后其抗拉强度有所增加，但抗外挤压强度会下降至膨胀前的50%～60%，其原因普遍认为是金属的包辛格效应造成的。

膨胀管技术及在K井的应用1膨胀管技术简介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、可塑性强，可以通过机械或者液压的方法使管体发生永久塑性变形，从而满足钻井施工中的特殊需要。

膨胀管广泛应用于钻井、完井及修井等方面，在钻井方面主要用于弥补井身结构缺陷和封隔缩径、坍塌、井漏或高压层段。

膨胀管技术在处理复杂地层和压力体系方面有独特的优势，并可以增加套管层次，简化井身结构。

可膨胀套管技术，就是通过在井下将钻井管柱径向膨胀，使其内、外径扩大，实现使用同一尺寸的套管代替现行的多层套管，以提高应对多个复杂地层的封隔能力，提高作业成功率，降低钻井成本。

该项技术具有重要的意义：一是可以简便有效地解决复杂井段的井壁稳定问题；二是可以减少上部井眼的尺寸和套管层数，这样可以钻更深的直井和大位移井；三是可以修复老井被损坏的套管；四是可以大大降低钻井和完井成本。

2膨胀管在钻井作业中的应用在钻超深井或在海洋深水区作业以及需要钻穿高压地层、枯竭层或易塌、易漏地层时，在常规作业中往往采取下中间套管进行的方式，以确保施工安全。

但钻井越深，套管层数就越多，这样导致最终井眼减小，在有的情况下，还有可能导致不能按计划到达目的层。

而且，由于要求最初的井眼直径很大，增加了对钻机负荷、钻井设备及钻井液处理能力的要求。

采用膨胀管技术可以简化井身结构，减小套管层次，可避免这种情况的发生。

膨胀管技术可以为钻井过程中出现的复杂问题提供应急方案，尤其适用于钻进高压层、漏失层、泥页岩蠕动层、盐岩蠕动层。

能封隔膨胀性页岩层和漏失层，防止井眼缩径。

此技术还可以应用于多种类型的油井建井，能满足大位移井、侧钻井、水平井、多分支井以及小井眼井对井眼和套管尺寸的要求。

用于老井侧钻时，可降低重钻成本，使套管内径损失最小。

3膨胀管技术原理膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，根据其本体结构的不同可分为实体膨胀管和割缝膨胀管2种。

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。

可膨胀套管技术的研究作者：秦景峰来源：《中国科技纵横》2013年第24期【摘要】可膨胀套管技术，是我国在我国钻井行业的先进技术，在未来几年该技术将备用与大型的油田的生产中，我国的套管技术起步较晚，与国外相比存在一定的差距，本文通过对我国现在管材的研究现状以及不同式宫类型的膨胀套管用钢的选材，性能要求以及组织设计的目标。

与此同时，还对未来可膨胀套管技术的研究作了展望。

【关键词】可膨胀套管背景及需求优势国外发展历程国内发展及规划关键技术1 可膨胀套管以及操作1.1 可膨胀套管可膨胀套管是有特殊材料制成的钢管，并且具有很好的塑性，在井下可以通过或者液压的方式，使可膨胀套管在直径方向上膨胀10%到30%的，与此同时，在冷做硬化的作用下加强自身的刚性。

1.2 可膨胀套管的操作可膨胀套管的操作在井下的操作较为简单，具体实施操作大致可以分为以下三个步骤首先；需要钻开即将使用的可膨胀套管的井段。

其次；将可膨胀套管下入需要的目标井段中，可膨胀套管的横截面类似于一般的棺管材，横截面都成圆形，不同的是，可膨胀套管之间有接头，接头与可膨胀套管之间以螺纹紧密连接，为了达到可膨胀的目的，螺纹必须符合规定的质量要求。

再次；用一个特别设计的芯轴将胀开可膨胀套管。

2 可膨胀套管的优势与传统的套管相比，可膨胀套管的优点主要表现为，在井下施工过程中，可以随时封堵任意一个复杂的地层，可以有效的解决多次复杂地层与有线套管程序的矛盾。

使复杂的神经能够较为顺利的钻到目的层。

从而从根本上解决了大尺寸井眼钻井速度慢的问题。

可膨胀套管技术是勘探岩开发徐步以及东部深度油气层所需的关键技术。

3 可膨胀套管的关键技术在实际的施工过程中，有很多的石油工作者，怎对施工过程的难题，一直探索用单一的直径的钻头钻井，以便于优质快速高效的到达目的层。

并且单一直径的太管完毕，可膨胀套管技术就是想该技术发展的第一步，目前，可膨胀套管技术在石油钻采行业主要的应用有以下五个方面：（1）钻井方面。

膨胀管技术研究及在油田的应用王燕新;刘兴国;周启成【摘要】膨胀管是一项用于钻井、完井和修井作业过程中的新技术,它能有效解决井眼变径和套管损坏等作业难题,又可以为作业节约大量成本,被认为是二十一世纪钻井和采油行业的核心技术之一.本文主要从膨胀管在国内外发展状况、不同类型膨胀管工作原理及其优缺点和在油田的应用情况进行了介绍,为以后该技术的应用推广提供了理论依据.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2013(000)024【总页数】2页(P112-113)【关键词】膨胀管;钻完井;套管层次;套损修复【作者】王燕新;刘兴国;周启成【作者单位】塔里木石油勘探开发指挥部第四勘探公司,新疆库尔勒841000;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;长江大学石油工程学院,湖北武汉430100【正文语种】中文【中图分类】TE256从能源发展角度来看,石油依然处在世界能源发展的前沿位置,石油钻探和开发也正朝着深地层、浅海以及深海领域发展,这也逐渐加大了石油钻井的难度.在钻井过程中,钻遇深井、超深井、高温高压井以及漏失严重和枯竭储层时,以前的钻井技术都是采用直径大小不同的钻头钻进,然后下入不同大小直径的套管进行固井以达到封固不同储层.利用这种固井完井方式,井深越深,套管层数越多,井眼直径要求就越大;相反,如果直径大小一定,钻成的井眼直径就会很小,在未钻至目的层时就已无法将钻头下至井底;或者即使已经钻至目的层,井眼直径太小,根本无法满足后期采油、增产以及套管损坏后修复作业的要求.石油技术人员一直在寻找一种更好的解决方法,以达到既安全又快速高效钻至目的层,最理想的方法就是用同直径钻头钻井,然后用同直径套管固井和完井,膨胀管技术的问世就可以很好的满足这种要求.二十世纪八十年代,壳牌公司的石油工程研发人员就开始研究膨胀管技术,并在一九九九年十一月使该项技术进行了首次成功的油田现场应用.从那以后,膨胀套管无论在技术方面还是经济效益方面都获得了很大地成功.膨胀管技术的概念在2000年引入国内,但直到2001年才引起国内钻井行业的足够重视.我国对膨胀管的研究,主要从套管损坏修复工作着手,以套管补贴为研究对象.而对于膨胀管管材选取的研究,大多都采用了以下两条基本技术路线:一种是在国内所生产管材中进行优选,然后再不断加快自我研发进程;另一种是与一些单位进行合作,研究并开发出专用的膨胀管管材,从而满足膨胀管技术发展的要求.经过这几年不懈的努力,膨胀管技术在国内钻井、完井及修井等作业中也得到了一定程度的应用.1 膨胀管分类膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管,根据它本体结构不同可以分为实体膨胀管和割缝膨胀管两种.实体膨胀管可通过机械方式或液压方式使膨胀锥通过膨胀管柱,从而令管柱发生永久性胀大,膨胀率可达10%~30%;割缝膨胀管只能通过机械方式胀管,但割缝膨胀管的膨胀率要比实体膨胀管大很多,最大可达60%.2 工艺原理膨胀管胀管的过程改变了膨胀管的组织结构和机械性能,使它的强度指标得到提高,而塑性指标下降.通过选择或调整膨胀管管材、控制膨胀率等技术手段,在完成胀管过程后可以获得满意的机械性能指标,从而满足石油钻井和采油的使用要求.实体膨胀管胀管工作过程.将膨胀管管柱下入井下预定位置后,从芯轴内注入高压胀管液(清水或泥浆),在胀头下端与下堵头间形成高压容腔,当高压容腔内的压力达到一定值时,就会驱动膨胀锥与下堵头间产生轴向反向相对运动,如果下堵头以及可膨胀管柱运动受到制约(例如下堵头碰到井底等),则膨胀锥将沿轴线向上运动.在膨胀锥向上运动过程中,锥面将对可膨胀管内径以及外径进行膨胀;随着膨胀锥的轴向运动,整个膨胀管柱径向都会得到膨胀,膨胀锥到达膨胀管柱上端,最终与管柱脱离,胀管过程结束.它的胀管过程分为"从下到上"或"从上到下"两种方式(如下图)."从上到下"过程首先要完成膨胀管的坐挂,然后膨胀锥与膨胀管脱离连接,然后下放胀管.Weatherford公司为此开发了旋转膨胀技术,在膨胀锥本体上有3个可旋转膨胀头,膨胀锥与膨胀管的相对滚动使它们之间的摩擦力更小."从下到上"是膨胀锥位于膨胀管底部,通过中心管注入钻井液或清水憋压形成压差,推动膨胀锥上行,同时上提钻具.Envenfure公司采用的就是此种方式.膨胀管膨胀工艺过程3 优缺点在钻井中,采用膨胀管技术可以减少套管层次,使钻井能过到达更深的目的层.在修井中,膨胀管能够满足长井段的补贴要求,连接更简便,并且在膨胀后丝扣的密封性能依然良好.老井原有套管与膨胀管之间不需要填充其它介质,而是利用金属对金属的膨胀密封,接触面配合良好,因此两层套管之间无缝隙.膨胀补贴套管,能够对漏失部位进行有效封堵,同时加固了老井原有套管,提高了套管的抗外挤强度.膨胀管串两端的密封橡胶件具有耐压、耐高温、耐腐蚀的特性,可保证很长的有效期.3.1 割缝膨胀管3.1.1 优点割缝管膨胀性好,膨胀后直径是原直径的几倍;所需要的驱动力较小,施工操作较容易;对管材的要求比较低,可以使用常规的套管管材,因此成本也比较低;主要应用于水平井完井所用的割缝筛管,还可以用作防砂筛管.3.1.2 缺点只可以用作技术套管,不能作为油层生产套管;使用割缝膨胀管时,固井方法只能采用平衡塞法,而不能采用顶替注水泥;割缝管强度较低、抗内压能力较差,主要通过水泥环的强度支撑井壁.因此,为满足水泥环的厚度和强度,必须对井筒进行扩眼;同时对水泥要求也较高,一般采用纤维水泥.3.2 实体膨胀管3.2.1 优点实体管强度高,抗压、抗拉能力强,并且在膨胀前后强度变化不大;可以用作油层生产套管;固井过程中可以采用顶替法注水泥.3.2.2 缺点实体管的膨胀性较差,膨胀率仅有百分之二十五,并且膨胀过程中所需要的膨胀力接近割缝管的三十倍,实体管对管材的要求较高,所需成本也较高.4 应用范围目前膨胀管的应用领域主要有以下几个方面:优化井身结构,减少套管层次,减小井眼直径,节约钻井成本.应用于深井和超深井钻井时,可以减小井眼锥度,井身结构设计路径更多,因此可以钻达更深的储层.封隔复杂地层.当钻井过程中遇到突发情况(井塌、缩径、井漏或高压油气层)无法继续钻进时,可以采用膨胀管封堵复杂地层,同时还不影响井径尺寸,为下一步继续钻进创造条件.当设计套管因为某些原因无法下到预定位置时,可以通过采用膨胀管技术进行补救,用膨胀管封隔未能封堵的地层.进行套管损坏修补作业.①修补磨损的固井技术套管.深井钻井作业中,长时间钻进容易磨坏技术套管,采用内衬式膨胀管可增强套管承压能力.②修补老井完井生产套管.对于已经被腐蚀破损的生产套管,可通过内衬补贴或采用膨胀管回接的方法,恢复老井生产.③封隔不同射孔层层段.5 结论近几年,膨胀管在国内的到了快速发展,在胜利油田、塔里木油田等地区得到了一定范围的应用,对解决复杂地层钻进及老井套损修复作业提供了技术支持.但国内对该技术的研究仍然与国外水平有一定差距,无论是在管材选择及工艺优化方面,都还需要不断提高改进.本文对膨胀管技术进行了详细介绍,希望对膨胀管技术的发展及以后油田的普及应用提供理论借鉴.[参考文献][1] 李作会.膨胀管关键技术研究及首次应用[J].石油钻采工艺,2004,26(3):17~19.[2] 张建兵,施太和,练章华.钻井实体膨胀管技术[J].石油机械,2003,31(增刊):128~131.[3] 陈超.实体膨胀管固井技术在TK1051井的应用[J].西部探矿工程,2012,2:95~97.[4] 张东海.膨胀管技术的现状及未来[J].特种油气藏,2007,1:3~6.[5] 马海涛,林觉振,王海涛,宋胜利,刘鲲.应用于套管补贴的膨胀管技术[J].石油钻采工艺.2005,27(1):70~71.。

膨胀套管护壁技术研究现状及其工作原理分析摘要：在地质钻探的过程中，膨胀套管护壁技术逐渐发展成主要的方法。

基于此，文章将膨胀套管护壁技术作为主要研究内容，阐述其具体的研究现状与工作原理，希望有所帮助。

关键词：膨胀套管护壁技术；研究现状；工作原理膨胀套管护壁技术是现阶段的全新技术，一般在石油开采领域中应用。

此技术的应用时间并不长，且仅仅被应用于石油勘探和开采中。

伴随膨胀套管护壁技术的深入研究与开发，在实际应用方面，不仅能够推进深部地质矿产勘探工作的有效进行，同时也能够为科学钻探提供有价值的参考依据，进一步优化国内石油钻井水平与城市管网的修复水平。

由此可见，深入研究并分析膨胀套管护壁技术研究现状及其工作原理具有一定的现实意义。

一、膨胀套管护壁技术研究现状阐释膨胀套管护壁技术属于新型技术，但是在其实际发展的过程中，国内外研究的成果与进度有所差异。

为此，以下将通过国外研究与国内研究两个方面对膨胀套管护壁技术的研究现状展开讨论。

（一）国外研究国外膨胀套管护壁技术的研究始终处于初级开发阶段，而所开发的膨胀套管也只有有缝和无缝两种类型，在采油与定向钻井当中得到了有效地应用。

而所开发的膨胀工具主要包括实心锥反拉膨胀工具与旋转拟和膨胀工具两种类型[1]。

在实际钻进的过程中，若遇到了不稳定的孔段、漏失地层、容易坍塌的地层与高压异常的地层，采用套管护壁，就能够保证套管的下入，随后将小一级别的钻头下入，但孔深的结构相对复杂，所以会直接增加钻进的成本支出。

通过对膨胀套管的使用即可对以上问题加以解决，特别是应急套管并不需要将井眼的尺寸减小，仅仅将问题井段隔离即可，无需选择对整个孔段隔离，有效地降低井筒管壁的层数，使得孔眼的尺寸达到最大，有效地节省钻井的成本。

（二）国内研究在我国，对于膨胀套管的研究也并不多，但是研究的重点始终为膨胀套管应用于油管修复与采油领域。

另外，针对非开挖旧管替换技术而言，即便与膨胀套管有相似之处，但仍存在明显的差异。

膨胀管技术一纸阐一、膨胀管原理膨胀管是一种由特殊材料制成具有良好塑性的金属钢管，下入井内通过机械或液压的方法，使其在径向膨胀10-30%，以满足套管补贴、裸眼井段的封隔等不同工艺要求，膨胀后屈服强度和抗拉强度得到提高，达到或接近N80套管水平。

二、膨胀管技术膨胀管技术主要分三类：套管井膨胀管技术，裸眼井膨胀管技术，膨胀式尾管悬挂器技术。

（一）套管井膨胀管技术1、常规膨胀管补贴主要应用在套管变形、漏失、错段、薄弱套管加固以及封堵射孔层。

目前在国内每年规模施工150-200段，适用于API139.7mm、177.8mm、244.5mm套管及其他非标套管补贴。

139.7mm套管补贴后通径104mm-108mm；177.8mm套管补贴后通径139mm-143mm；244.5mm套管补贴后通径195mm-200mm。

常规井膨胀管补贴悬挂力≥40吨，密封压力≥15MPa，工作温度120℃（可订制更高级别膨胀管）。

2、耐高温膨胀管补贴金属+耐高温弹性体组合密封悬挂，使膨胀管的材料组合耐高温密封和悬挂功能各自独立又相互补充，实现超高温密封悬挂双保险。

膨胀管金属密封耐高温热采井最大工作温度达350℃以上，可承受多轮次注蒸汽吞吐对膨胀管密封性的要求。

3、耐高压膨胀管补贴满足高压注水井补贴密封需求：高压注水油田对膨胀管补贴后的密封压力要求高，需达到35MPa-45MPa，满足高压注水密封要求。

满足压裂井补贴密封需求：很多油田要求膨胀管补贴后的密封压力达到70MPa（超高压），对新钻井套管漏失、老井封层实施膨胀管补贴，满足后续压裂对套管密封性要求。

4、水平井膨胀管补贴修井、井筒再造重复压裂最新开发的耐高压膨胀管+可溶或可磨铣膨胀（跨接）管组合补贴技术，满足国内油田各类水平井修井补贴、井筒再造膨胀管封层重复压裂需求。

膨胀管补贴后压裂抗内压可达70-90MPa。

根据需要可订制可溶或可磨铣(暂堵)用膨胀管，补贴压裂后可全面恢复水平井原有套管通径。