膨胀管技术与应用
马青芳
中石油钻井院
2014.09
主要内容
1
膨胀管技术简介
2
膨胀管套管补贴技术
3
膨胀套管钻完井技术
4
膨胀式尾管悬挂技术
5
膨胀管定位多分支井技术
一、膨胀管技术简介
膨胀管技术是1999年在美国首先发展起来的一项新技术。
膨胀管是一种由特殊材料制成、具有良好塑性的金属钢管，可通过机械
或液压的方法在直径方向膨胀10～30%，并在冷做硬化效应下，管材强
度和刚性得到提高。膨胀管技术利用膨胀管的特性为石油技术服务。
膨胀管应用技术：
1）膨胀管套管补贴技术；
2）膨胀套管钻完井技术；
3）膨胀式尾管悬挂技术；
4）膨胀管定位多分支井技术
一、膨胀管技术简介
膨胀管关键技术（5项）：
1.膨胀管关键技术之一—管材
Ø
并非所有管材都适合用作膨胀管
Ø
管材的机械性能严重影响胀管压力
Ø
工程应用主要追求胀管后的性能指标
一、膨胀管技术简介
膨胀管关键技术（5项）：
密封环
2.膨胀管关键技术之二—膨胀锥
Ø
锥角的设计，影响膨胀力的大小
套管
Ø
材料的选择
膨胀管
Ø
表面特殊处理
3.膨胀管关键技术之三—发射腔
膨胀锥
压力腔
下封头
一、膨胀管技术简介
膨胀管关键技术（5项）：
4.膨胀管关键技术之四-膨胀螺纹
5.膨胀管关键技术之五-密封与悬挂
二、膨胀管套管补贴技术
高压泥浆
1、技术原理
下放管柱
密封环
膨胀管2
膨胀管修复套损井技术是指利
可膨胀螺纹
套管
用膨胀管的膨胀性能在井下对套管
膨胀管1
损坏处进行“补贴”和密封，以达
到修复损坏套管的目的。
密封环
膨胀锥
压力腔
下封头
二、膨胀管套管补贴技术
2、施工工艺
膨胀管修复套损井施工工艺包括井眼准备、通井、定径刮管、胀管补
贴、钻下丝堵、试压等步骤。
治套 通井 定径刮削 处理完毕 下膨胀管 打压胀管 胀管完毕 验封 钻铣丝堵 施工完毕
井筒处理 膨胀管补贴
二、膨胀管套管补贴技术
2、施工工艺
3、技术指标
第四章 井下工具
本章介绍海上油（气）田完井生产管柱中常用工具的种类、结构特点、用途、技术参
数、选用等。包括封隔器（Packer）、井下安全阀（SSSV）、滑套（Sliding）、工作筒
（Nipple）、偏心工作筒（Side Pocket Mandrel）、伸缩节（Extension Joint）、流动短节
（Flow Couping）、加厚管（Blast Joint）等。
第一节 封隔器
封隔器是生产管柱中最主要的井下工具之一，其主要功能如下：
1）分隔生产层段，防止层间流体和压力的串通、干扰；
2）分隔压井液和生产液；
3）满足采油（气）生产和修井作业的各种要求；
4）保留住套管环空中的封隔液，起到保护套管和安全生产的作用。
用于海上油（气）田完井的封隔器可分为可回收式和永久式两大类型，而按坐封方式，
可分为液压坐封、机械坐封和电缆坐封。 一、可回收式封隔器
1．单管封隔器
单管封隔器，按其坐封方式，可分为液压坐封式和机械坐封式两类。
（1）带水力锚结构的单卡瓦液压坐封式单管封隔器。
l）结构及坐封原理
图4-1-1以“FH”型液压坐封单管封隔器为例说明这类封隔器在下井、坐封和释放解封
三种状态。 在封隔器以下的球座上投入密封钢球或在工作筒内坐人堵塞器，从油管内加压，当油管
压力与环空压力达到一定差值（剪切销钉材料、数量不同，则坐封压力不同。各产品都有
坐封压力规定，也可按用户要求设计）时，剪断坐封销钉，活塞向下（有些产品向上）
移，拉（或推）锥形体、密封件、内卡瓦等部件，使卡瓦张开咬住套管壁、密封件受压缩
径向膨胀，密封环形空间，内卡瓦与心轴棘齿锁住，使活塞在油管压力释放时不能复位，
保持坐封状态（如图4-1-1b）。水力锚1的内腔有一液压孔与密封胶筒下部的环行空间连
通，当环空压力升高时，水力锚向外扩张，咬住套管壁，防止封隔器上移解封。其它型号
（如OTIS的，“RH”型，CAMCO的HRP—1型）的坐封原理基本相似。 有些产品可选择性进行坐封，如BAKER的“FHS”型，OTIS的12RH7129—H（图4-1-
FREECAP膨胀式封隔器
TAM International 打压膨胀式封隔器和遇油水自膨胀封隔器
TAM 是世界上最好的打压膨胀式封隔器和遇油水自膨胀封隔器的厂家。其膨胀式封隔器广泛用于
钻井作业及生产井的作业上。
钻井生产上：
一、 套管循环装置
保证在大斜度及深水平井套管的安全下入
二、 管外封隔器
1.封隔浅层气，提高固井质量 2.封隔水层。
3.套管试压（浮箍、浮鞋失败）
4.水平井的多段封隔完井
5.套管修补
三、固井用开孔短节
1.水平井尾管的部分井段的固井
2.二级和多级固井
3.替代滑套对部分井段挤注
四、桥塞及水泥承留器
1.弃井
2.封隔某一层位
3.作为侧钻导向器
4.挤注水泥
5.打水泥塞
五、多次座封的单一封隔器
1.套管、油管测漏
2.套管、油管压力测试
3.作为挤注封隔器
六、多次座封的跨格封隔器(STRADDLE PACKER)
1.选层处理
2.地层评估
3.地层压裂
生产上的应用：TAM 的封隔器可通过小直径油管、连续油管、钢丝及电缆进行过油管作业。
一、单次座封的封隔器
1.临时或永久封隔某一层位
2.封隔水层
3.作为修井作业时的临时桥塞
4.作为挤注封隔器
5.弃井封隔器
6.作为临时生产封隔器进行生产测试
二、多次座封的单一封隔器
1.选层酸化增产
2.选层的除垢
3.检测出水层位置
4.选层的生产测试 5.套管、油管测漏
三、多次座封的跨格封隔器(STRADDLE PACKER)
1.选层酸化增产
2.选层的除垢
3.选层的生产测试
4.选层的压力检测及测试
四、跨封封隔器(SCAB LINER)
1.封隔多个射孔生产层中间某一出水或出砂的生产层
2.封隔套管或油管内的某一漏点
3.封隔某一段损坏的防砂井段
SlikPak 钢丝电缆下入工具：
TAM SlikPak 下入工具是通过电池启动送入工具内的压力泵来膨胀封隔器的，送入工具携带一个高泵量的低压泵和一个低泵量的高压泵，通过工具的自检测系统，如果检测到钢丝在下入过程中20 分钟静止不动，即开始膨胀封隔器，能下入2-1/8"至14-1/2"封隔器，可通过自带的膨胀液在气井中应用，工具适用温度为300o F，工具的稳定性非常高。
２０１２年７月 第３７卷第７期 润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊｕｌｙ ２０１２ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．７
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１２．０７．０１４
遇油膨胀封隔器的封隔性能研究
马明新 步玉环 曹成章 李硕
（１．胜利石油管理局钻井工艺研究院山东东营２５７０００；
２．中国石油大学（华东）石油工程学院山东青岛２６６５５５）
摘要：基于封隔器的密封性判据和结构设计方法，在对遇油膨胀封隔器的吸油膨胀进行热膨胀描述的基础上，通 过ＡＮＳＹＳ有限元计算遇油膨胀封隔器在井下的接触压力，建立封隔器封隔性能分别与胶筒长度、厚度关系的计算模型。 结果表明，遇油膨胀橡胶的热膨胀与吸油膨胀相一致，通过膨胀橡胶的热膨胀分析可以合理描述出膨胀橡胶吸油膨胀后 的状态。有限元分析表明，随着胶筒长度和过盈厚度的增大，封隔器的封隔性能都呈指数规律增大。 关键词：遇油膨胀封隔器；热膨胀；吸油膨胀；封隔性能 中图分类号：ＴＢ４２文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２ｏ１２）７—０５６—４
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｓｗｅｌｌｐａｋｅｒ
Ｍａ Ｍｉｎｇｘｉｎ Ｂｕ Ｙｕｈｕａｎ Ｃａｏ Ｃｈｅｎｇｚｈａｎｇ Ｌｉ Ｓｈｕｏ
（１．Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５７０００，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｊｕｄｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐａｃｋｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ
