工艺技术_实体膨胀管工艺安装与应用

实体膨胀管A B C工艺安装与应用亿万奇全球技术公司（Enventure Global Technology, L.L.C.）所印发的这本手册只可用于常规信息，而不是以设计参考为目的。尽管我们尽力保证其中信息的可靠性和准确性，但亿万奇全球技术公司不会承但用户因使用其中的资料和数据而造成的任何的损失、损坏和伤害。所有由于使用了本书中的资料而导致的风险均由用户承担。亿万奇全球技术公司的注册商标为Enventure Global Technology, L.L.C.。2003 Enventure Global Technology, L.L.C.目录简史1-1由来1-1章节简述1-2ENVENTURE 的解决办法2-1不同的方面2-1膨胀系统2-2解决办法的发展2-2专门的安装要求2-3HSE 的考虑2-3膨胀技术培训的人员2-4膨胀尾管2-4膨胀连接2-5膨胀系统构成2-6润滑2-6本章小结2-7工艺技术3-1基本原理3-1应力-应变: 基本关系3-1膨胀器3-3滑套3-5机械水力关闭阀 3-6膨胀尾管的要求3-8尾管膨张后的性能3-8膨胀接头设计3-10本章小结3-10下膨胀管步骤4-1井下行程4-1裸眼井尾管系统下入步骤4-1套管井尾管下入步骤4-8FlexClad系统下入步骤4-12膨胀尾管悬挂系统下入步骤4-16本章小结4-19应用5-1应用范畴5-1井身结构5-1减小井径5-1克服孔隙压力/破裂压力梯度问题5-5钻井通过过度层或含盐地层5-8套管开窗侧钻5-12在基础套管内悬挂尾管5-14修复作业5-15修复损坏或腐蚀的套管5-15完井5-17整修增产措施井5-17项目的经济效益5-18持续效益5-18本章小结5-20展望7-1前景7-1本章小结7-2技术参考8-1常见问答9-1系统如何工作9-1应用9-3节省成本和效益9-4工艺9-5尾管悬挂器9-7作业9-8现有产品规格9-9Enventure 全球工艺技术9-9更多资料9-10图Figure 31. SET 系统应力/应变曲线3-2Figure 32. 膨胀器3-4Figure 33. 滑套剖面3-5Figure 34. 机械水力关闭阀 (MHSV)3-7Figure 35. 尾管膨胀过程中的应力分布图3-9Figure 41. OHL裸眼井尾管膨胀系统下入步骤4-3Figure 42. CHL套管井尾管膨胀系统下入步骤4-9Figure 43. FlexClad系统下入步骤4-12Figure 44. ELH尾管悬挂系统下入步骤4-17Figure 51. 常规方案与 Enventure 解决办法对比小井眼建井程序5-4Figure 52. 常规方案与 Enventure 解决办法对比克服孔隙压力和破裂压力梯度问题5-7Figure 53. 常规方案与 Enventure 解决办法对比封隔过度带5-9Figure 54. 过度带5-11Figure 55. 用磨洗套管段与造斜开窗侧钻的节省5-13前言在1996年的下半年，我第一次看到了这样的一段录像，它展示了如何能将一段150英尺长的焊制钢管进行膨胀。我最初的反应是：这真是一项有趣的技术，但为什么要把一段完好的套管膨胀变形呢？幸运的是，我当时的职位是壳牌公司Bellaire技术中心的技术总监，这促使我对这项技术进行了认真的考虑。处于当时的工作职位上，我有责任对一些新技术进行评价并推荐壳牌公司参预到这些新的技术的发展中去。我很快就意识到实体膨胀管技术对于整个工业钻井方面会产生根本性的影响，于是我就满怀热情地追踪这项技术的发展情况。这项工艺从根本上改变了我们如何安装在所有井的施工完成中都要用到的主要承载部件，即套管。正如晶体管代表着一个根本的改变，即电子管可以完全替代真空管的功能一样，我认为实体膨胀管技术为我们对付和处理井身结构问题提供了一个革命性的、新的方法。本书中所讨论的产品及其应用只是一个开始。如同晶体管最初只是用于微型收音机，而最终却成为登月工程中的一项重要技术一样，实体膨胀管技术对整个工业界井身设计方面有让人难以置信的潜力。我们自己的“登月工程”就是单一井径井（ModoDiameterTM），它可以使我们的用户使用更小更少的设备去钻更小的井，而且还能保证得到较大的生产通道。更小而又更大，这也就是我们将一段完好的套管进行变形的原因。下次您如果遇以了井径问题，请您考虑一下如何用实体膨胀管技术来解决您的问题。我想您一定会对这个可带来高回报的工艺感到惊奇的。Lance Cook高级执行官亿万奇全球技术公司（Enventure Global Technology, L.L.C.）第一章简史本章概述第一章简史追述Enveture的由来，解释实体膨胀管是如何由设想到实现的，介绍目前可以应用的膨胀管系统。由来早在上个世纪九十年代初，荷兰皇家壳牌公司就开始研究在井下膨胀油田管材的可能性。最初的概念实验是在荷兰海牙进行的，所用的钢材类似于汽车的冲撞吸收带所用的钢材，将用这样的钢材制成的管子焊接在一起后成功地进行了膨胀，膨胀后的管子直径比其原始的直径大了24%左右。在1997年末，壳牌公司和哈里伯顿能源服务公司开始探索组成一个有限责任公司来着力于实体膨胀管(SETTM)技术开发和商业化的可能性。该新公司将由两个合伙共同投资和管理。在组成合资公司工作进行的同时，1998年9月在哈里伯顿公司休斯顿技术中心和其它实验现场进行的概念实验表明膨胀石油领域的管材(OCTG)是可行的。在1998年12月，亿万奇全球技术公司在特拉华州填写了公司营业证书，从而宣告了Enventure Global Technology, L.L.C.的成立。这个新公司的名字是由哈里伯顿能源服务公司(Halliburton Energy Services)和壳牌公司(Shell Technology Ventures)的名字组合而成的。技术方面的开发一直持续到1999年的年初，在那一年的三月取得了如下里程碑式的成绩：在地面膨胀了600多英尺3-1/2英寸的连续油管。在13-3/416英寸的裸眼井中进行了全面的井场实验。1999年5月，亿万奇公司在休斯顿海洋技术会议上介绍了它的三种系列产品：裸眼井膨胀套管系统(OHLTM)套管井膨胀套管系统(CHLTM)膨胀尾管悬挂系统(ELHTM)1999年11月25日，亿万奇在西喀麦隆48区块的)OCS-G 1351#23井内成功地安装了第一个裸眼井膨胀套管系统(OHLTM)。这个区块位于雪佛龙(Chevron)的西喀麦隆17油田，就在墨西哥湾路易斯安那州水域的外面。从此SET系统就真正实现了商业化应用。至今，亿万奇公司已经成功地安装了60多件/次商业化的SET系统裸眼井膨胀套管系统(OHLTM)和套管井膨胀套管系统(CHLTM)膨胀了47,000多英尺的套管和1,200多个专利膨胀接头。本章小结亿万奇的SETTM系统包括如下的产品系列：OHL系统CHL系统ELH系统第二章ENVENTURE的解决办法本章概述ENVENTURE的解决办法描述了膨胀系统是如何工作的，如何为了实施这一技术面发展了不同的设备，并且定义了这一工艺的实施要求及职责分工。多样化的应用ENVENTURE的解决办法是在井下环境中对实体管进行精确而严谨的膨胀施工，以自来增加：钻井技术产能修复作业标准配置和特殊定制的方案包括：裸眼井膨胀系统，套管井膨胀系统，悬挂系统在如下方面对钻井技术进行了加强：在钻达较深的目标时依然保证了井眼的大小优化井下生产通道来增加产能提供了一种衬管系统或可以对现有的大段套管进行加固提供了一种可行的悬挂系统ENVENTURE的解决办法适用于所有厚度的符合美标(API)的钢质套管，并不是限定于高弹套管或薄壁套管。膨胀后的套管的机械性能与我们现在钻井中常用的套管极其类似，这也保证了ENVENTURE的SET系统有着很广泛的应用范围。膨胀系统ENVENTURE开发了一整套的可膨胀套管系列其规格与当前的大多数油气井所用的套管的尺寸相配套。可膨胀系统以下面的方式来描述：AB其中：A是可膨胀套管在膨胀前的外径，B是膨胀套管所安装的外层套管的外径，膨胀系统的规格包含了从4-1/45-1/2英寸到13-3/816英寸的所有套管。详细的资料请请参见附录A或者http:/www.EnventureGT.com。系统方案ENVENTURE的系统方案可以根据具体的要求进行设计。为了确保施工的成功，ENVENTURE和操作方在整个方案的设计阶段就密切的合作至关重要。这个方案最好作为整个系统方案的一部分来进行实施，无论是作为一个主体的方案或只是一个应急的方案，这都要比用来处理井上出现危险情况要好得多。系统施工要求ENVENTURE施工方案所要求的材料、设备和技术和常规的施工所需的设备略有不同。实际上，ENVENTURE的施工方案需满足如下的条件：.HSE要求.经过膨胀管施工培训的人员.可膨胀管柱.膨胀接头.特殊的操作工具.膨胀管柱.达到最好润滑效果的特殊镀层HSE要求ENVENTURE在整个系统的施工前、施工中和施工后都很注重HSE。因为大多数的操作人员，钻工和基地人员都没有或者只有很少的膨胀管操作经验，ENVENTURE及其合作方需要对所有参与膨胀施工的人员进行操作及安全方面的培训。经过培训的膨胀管施工人员由于可膨胀套管是一项新的技术，只有很少的人曾经有过膨胀管的施工经验。虽然膨胀管的安装过程和常规套管的安装过程基本类似，但其膨胀性能在井身设计和系统安装过程中都增加了新的要求。所有的膨胀管安装需要考虑到如下的因素： .由于每口井的具体情况其施工过程可能不同 .钻机的大小/型号/设备和操作人员 .井身的结构 .岩性的因素 .施工的目的可膨胀管柱ENVENTURE公司与Lone Star Steel公司合作一起开发了LSX-80型钢材，一种可膨胀的材料。主要使用LSX-80型钢材是因为其特殊的性能可满足膨胀施工要求。LSX-80型钢材的要求比常规的能源工业所用的满足API标准的钢材更加严格。膨胀接头ENVENTURE公司与Grant Prideco公司合作为膨胀管的施工设计了一种特殊的接头，并且授权Grant Prideco为ENVENTURE公司的膨胀管加工这种接头。这种接头被称为XPC接头，其中：X代表expandableP代表premium thread designC代表connection这种接头能够在经历了膨胀操作的重大变形之后依然保持其机械和水力的密封性。ENVENTURE公司在除了镀铬管系统之外所有的系统中应用XPC接头。膨胀管柱为了在井下完成膨胀作业，需要一种特殊的井下工具来完成这个操作。即在管鞋上部安装一个内置了膨胀锥的膨胀器。膨胀施工开始的时候，地面管柱下入井底，旋转上扣后与膨胀锥相连。膨胀锥就是这样的一个装置，在膨胀过程中膨胀锥与膨胀管相接触并且使膨胀管柱变形膨胀。膨胀管柱在液压或机械拉力的作用下自下而上运行并且膨胀管柱。膨胀锥由特种的高性能钢材制成，并且在锥与膨胀管之间使用金属金属的密封。经过优选的特殊镀层ENVENTURE应用一种特殊配方的内镀层来减小膨胀锥和可膨胀管柱之间的磨擦。这种镀层，在可膨胀管柱向井场运输之前就已经被镀在了可膨胀管柱的内壁上，它可以减小磨擦，同时也就减小了膨胀压力，确保了膨胀施工的成功。如果膨锥和可膨胀管柱之间的磨擦得不到效的控制，那么在膨胀过程中压力就可以出现在不规则的突变，这样的压力有可以超过了膨胀器、顶驱、高压水龙带或是钻杆的可承受压力。本章大纲在深井钻进中保持井径为得到最大的流体通道而优化井下管柱为现存的大段套管提供了加强和加固的方法提供了可靠的悬挂密封器可膨胀系统的尺寸以AB的方式来表示A表示可膨胀系统在膨胀前的外径B表示可膨胀系统所安装的外层套管的外径ENVENTURE主要应用LSX-80型钢材所制成的套管，因为这种材料的特殊的合金成分可以使其在保持其力学性质的同时具有较好的延展性。LSX-80型钢管是一种有缝电焊管，这使其在经历了较大程度的变形后依然能够保持一定的厚度。第三章工艺技术本章概述第三章 工艺技术详细深入的介绍了开发膨胀系统的机理和原理以及为应用该工艺技术设计的装置。基本原理为了使井下尾管膨胀，Enventure 采用使钢变形的冷加工处理。这种冷加工变形钢材除了在井底环境条件下没有附加热。抓住机械应力-应变关系这个基本原理则是了解冷加工处理、它的限制以及它会如何改变钢的机械性能的基础。应力 - 应变 : 基本关系 当对一个钢件如尾管施加一个应力（一个力或压力），于是在材料上出现应变（变形）。应力与应变的代表性的关系如3-1.应力-应变图表示。该图取决于以下两个主要窗口：:弹性区 包括该图的直线段，在这段弹性变形发生。塑性区 包括该图的曲线段，在这段塑性变形发生。图 3-1. SET 系统应力/应变曲线在弹性窗口，随着应力增大，变形呈线性增加，而当解除施加的应力时，材料回到其原始形状。在弹性窗口的右上角，该材料达到塑性变形的开始点。这个点叫做材料的屈服点。在这一点的力和压力等于该材料的屈服强度。一旦塑性变形开始，该物体被永久变形，而当解除应力时也不能回到其原始形状。在塑性窗口，材料应变不再岁应力线形增加。随着应力继续增加，达到塑性窗口的右边的一点，在那里该材料最终被破坏。为了膨胀尾管，必须施加足够的应力或压力，这样尾管移动通过弹性窗口而进入塑性窗口。Enventure 设计的每个系统膨胀尾管进入弹性窗口的左下部分。在此尾管可以安全的增加外径 OD而不发生材料破坏。 为了避免材料的破坏及得到适度的膨胀应对尾管材料及应力进行适当选择。膨胀器 在该系统底部的管柱内装有膨胀锥。这个管柱部分称作膨胀器，是用薄壁高强度钢特殊制造成的。该发送器壁厚比膨胀套管薄，而其外径则要和基础套管的通经规一样大，这样才可以通过前面的套管进入井内。该较薄的壁允许最大的锥体的外径 OD, 反过来它又允许通过最大的膨胀尾管的内径ID。在 实现最大的锥体外径 OD 和通过的内径 ID 的同时在合成橡胶涂层的悬挂短节内给予了足够的压紧力提供了稳固的尾管顶部密封和承载能力。该管子的外径在膨胀后要比膨胀器的外径大，而管子的内径膨胀到将近膨胀器的内径。该膨胀器装有以下部分：膨胀部分组合膨胀锥、膨胀轴、破裂膜盘、扶正器和安全短节。浮鞋组合浮动滑套、标塞座及浮阀。进行初始膨胀时，将标塞通过工作管柱泵入直到坐在膨胀器管鞋上。继续打泵压在其座上建立压力。在膨胀轴上的破裂膜盘破裂，于是压力作用在膨胀锥体下面的截面上，产生了膨胀尾管所需的推力。正常作业允许选择以下两种操作步骤之一： 。首先泵入水泥固井，然后膨胀。当完成固井工作，便泵入标塞到浮鞋内开始膨胀。这种方法在初期的安装中存在问题。一种新的固井程序，ChannelSeal 程序，由哈里伯顿开发出来满足了与SET工艺有关的特殊固井条件的需要。首先膨胀，然后泵入水泥固井 这种替换的程序将标塞泵入并坐住，然后膨胀。然而一旦标塞坐住，固井水泥通过浮鞋是不可能的。这就要求起钻，下钻具组合，下入井内，钻穿浮鞋，然后在鞋的位置进行挤水泥作业。这种方法证明是成功的，尽管它却不能完全封隔生产层而造成（即：不能将水泥置入整个裸眼井段）从而造成了需要在浮鞋处再挤水泥的潜在可能。图 32. 膨胀器滑套该滑套是将固井和膨胀两个作业步骤和在一起的一个增强的系统。(Error! Reference source not found.).该组合允许作业者按井条件的要求可灵活选择首先膨胀或者首先固井。图 33. 滑套剖面该滑套操作步骤的例子如下： 1. 将标塞坐入，滑套关闭。2. 进行膨胀作业。3. 下放工作管柱重新捞住滑套。4. 向下坐，打开滑套。5. 上提工作管柱。6. 关闭滑套。7. 上提工作管柱回到膨胀面。8. 完成膨胀及起出井筒。机械水力关闭阀该机械水力关闭阀 (MHSV) 封住膨胀总成以下的内径剖面使膨胀按设计进行。该 MHSV提供两种触发方法用以应急的安排。 首选触发方法初次击活方法是通过将套管向下坐在井底关闭座阀。往下坐加载剪断两组剪销，内体位移，于是使座阀关闭。一个锁环卡入槽内避免内体移动。位移关闭座阀所需的重量可根据所用的剪销的数量来调整。供应的阀都装了六个内体剪销。备用触发方法该二次击活方法包括以选择的排量将液体泵入通过该阀来关闭内座阀。液体以特定的泵速通过该阀剪断使座阀保持打开的销钉。关闭阀的泵的排量可以通过改变使阀保持打开的剪销和/或通过阀的液流面积来调整。每套 MHSV的供应带有不同直径的嘴子来调整通过MHSV的面积。这些参数在将总成下入井内前必须决定。该MHSV阀不象滑套，它一旦关闭就不能再打开。图 34. 机械水力关闭阀 (MHSV)膨胀尾管的要求在与 Lone Star Steel 开发其 LSX-80管以前， Enventure 实验了以下尾管材料以便确定那种适合膨胀安装。 K-55膨胀后缺乏在大多数钻井应用所需的强度。P-110膨胀后提供足够的强度，但是它的塑性窗口相对较小，限制了它在破坏断裂前可获得的膨胀量。 L-80 提供了适合的膨胀后的强度以及不伤害破坏材料的合理的塑性膨胀量。然而，这种材料还需要进一步的完善，然后才能有把握的在膨胀应用中采用。这些完善具体化为 Enventure的专利LSX-80 材料。尾管膨胀后的性质当尾管膨胀时，它的外径增加很大，而它的壁厚略微减小。这种膨胀比例造成单位长度尾管的尾管材料体积增加。等量材料下要求尾管长度减少，这样尾管的材料体积保持一样，导致在膨胀过程中尾管长度收缩。因为膨胀造成管子几何形状的改变，特别是外径的增大，一些膨胀后的机械性质不同于膨胀前的性质。由于尾管的残余应力，机械性质也不同。在尾管被塑性变形同时施加的应力移开以后，应力仍保留在尾管。Enventure 在开发其膨胀系统过程中应用有限元分析鉴别了这些残余应力。Error! Reference source not found. 演示的预测的尾管应力图，它被叠加到尾管的左面。如颜色由蓝到红分级，应力随之增加。图 35. 尾管膨胀过程中的应力分布图Error! Reference source not found. 表示膨胀后尾管性质与膨胀前的性质相比如何表 31: 对比的尾管性质 尾管性质膨胀后的值相对于膨胀前的值屈服强度类似抗拉强度类似抗内压类似或更高*抗外挤更低*硫化断裂承受度类似* 观察到类似或更高的数据，因为屈服的增大，它补偿了壁厚的减少。*观察到更低的数据，因为每次API 计算 的D/t增大*国家腐蚀工程学会 (NACE) 测试，在已膨胀到20%的尾管上进行表明硫化应力断裂的敏感度不增加。.膨胀接头设计在膨胀安装过程中由于尾管接头同时受到径向膨胀与轴向收缩，所以对尾管连接提出很高的要求。普通接头丝扣为了抗内压尽可能达到压力密封。然而这种紧的啮合对于膨胀连接就会有问题 Example: 在连接的接头上的丝扣会沿丝扣的凸剖面被膨胀，在此丝扣扩展。而在连接的另一个接头的丝扣会沿丝扣展开的凹剖面膨胀，在此丝扣压缩。 这种同时的一组丝扣扩展而与之啮合的一组丝扣压缩能够伤害丝扣并破坏了在初始连接过程中的水力密封。于是专利的膨胀优质连接开发出来，克服了常规连接的这个和其他的问题。本章小结冷加工钢乃是除井下现状以外无须加热将管子变形的方法。该膨胀器（在系统底部的金属容器）装有膨胀锥和浮鞋组合，它是用薄壁高强度钢特殊制造成的。薄壁则允许最大的锥外径，允许膨胀的尾管最大的通过内径。滑套的设计为膨胀套管的水泥固井作业程序提供了可能性。当尾管膨胀时，其内径增加很大，而壁厚仅略微减小。在膨胀安装过程中，径向膨胀和轴向收缩在尾管连接出现应变。这种同时的一组丝扣扩展而与之啮合的一组丝扣压缩能够伤害丝扣并破坏了在初始连接过程中的水力密封。第五章应用本章概述第五章 Enventure 解决方法与常规解决方法在真实井况和钻井方案下的应用对比应用范畴因为 Enventure 膨胀标准厚度的钢套管而不是塑料的或薄壁筒材料，膨胀的套管的机械性质与大多数井设计用的其他套管相似。因此，SET系统的应用和效益的范围是广阔的，其包括以下范畴：井身结构简化井身结构克服空隙压力/破裂压力梯度问题钻井通过过渡层或基性盐层现有套管开窗侧钻修复作业 修复损坏或腐蚀的套管完井 能使井加深或改造，否则是不可能的。工程项目的经济性 持续的效益井身结构Enventure的SET膨胀管系统为井身结构优化提供了方案，多选择性和应急措施。简化井身结构的处理有效益的井的设计和建造必须在总深度TD能有足够的井眼尺寸以便获得要求的产量。 深水应用的常规的解决方法常规井的设计是以大的浅的套管尺寸开始的，从而 帮助确保在总深度留有足够的井眼尺寸 允许采用意外的套管柱表层套管柱需要 21英寸隔水管、防喷器 (BOP)以及 18-3/4英寸井口装置，接着就要求大的钻井船或半潜式钻探设备来解决如此大的悬重。在深水，其结果大钩负荷是巨大的。这些钻井设备的成本和资金投入是巨大的，会影响井的经济效益，从而及会限制它们对储层的选择。 Enventure 解决方法Enventure 采用SET系统的解决方法不仅提供减低套管、钻头、泥浆和固井的成本机会，而且在建井和油田开发中起着重要和深远的影响。膨胀管系统通过改造常规套管柱间的间隙减低了井径缩小的锥形影响，不然的话，则因为井眼尺寸过小而弃井造成损失。为了有效的完井来提高产量，井底尺寸应该足够大. Enventure 膨胀管的效益因为用Enventure解决方法减少了累计井眼尺寸，所以减低了返出管以下的成本。泥浆量泥浆储存的要求水泥量 另外，在以下范围实现了节省：套管尾管悬挂器/尾管悬挂封隔器钻屑及钻屑清除Enventure 解决方法还可以降低泥线以上装备的成本，如： 防喷器BOP井口隔水管钻井船或半潜式钻探设备减小顶部及其有关装置的要求也可以影响生产平台的设计。当隔水管外径由18-3/4 减到 13-5/8 英寸时，其重量减小约 45%。这个减小允许目前钻井船和半潜式钻探设备到大陆架地区以外及深水区钻井，提供的这些设备有着 足够的稳定或永久停泊的能力。 因为目前的钻机将有着双重市场的能力，所以钻井承包者将不再做巨大的投资在第5级钻井船（尽管在超深水域仍会需要这些大的运载装备），因此增加了它们的效益。另外，作业者将不再要求承诺受不可预测的油气价影响的长期钻井合同，从而也会得到效益。Enventure解决方法还将影响到可以进行经济钻井的储藏。减小建井成本。 增加项目的净现值 (NPV) 减低必须使项目经济的产量最终的影响是整体油气田开发方案可以得到改进，在储藏内布井更密一些，因此，减小地面管线束和其他有关生产项目的成本。Error! Reference source not found. 对比一口16,000英尺井用常规解决方法的井的设计和用Enventure 解决方法的井的设计。 对于这口16,000 英尺海底井用常规解决方法需要 21 英寸隔水管、一个18-3/4英寸井口、和一台大的钻机。该Enventure 解决方法仅需要13-5/8英寸隔水管和井口，从而需要较小的钻机。 通过采用Enventure 解决方法而不是常规解决方法节约的结果将近6,000,000.美圆，如Error! Reference source not found.所示。图51. 常规方案与 Enventure 解决方法对比小井眼建井程序克服孔隙压力/破裂压力梯度问题当钻井通过正常压力地层时，通常会遇到衰竭或低破裂压力梯度的地层。一般在正常压力地层控制压力所需的泥浆重量要比衰竭或低破裂压力梯度支撑的泥浆重量重。 这种情况增加了对钻井动态的挑战。维持必要的泥浆比重以控制正常地层压力，就回在低压曾造成泥浆漏失或地层破裂。当泥浆漏入地层或弱层被压开时，静液柱下降，降低有效井底压力从而让气或液体从正常压力地层进入井液。 若不采取任何措施，这种动态情景继续直到以下情况发生：滤失循环材料 (LCM) 堵塞弱层。在正常压力地层遇到井控的问题。钻柱在穿过弱层时出现压差遇卡。常规解决方法对于孔隙压力问题常规解决方法是以下中的一种：在钻井泥浆中加高浓度的LCM 钻井。 下套管跨过正常压力地层。在一些场合用LCM来替代成功地进行钻井，但还是要大大增加泥浆、LCM、钻时及相关项目的成本。如果套管的替换不作为建井方案的一部分，那麽用方案设计的生产尾管/套管到达增深的可能性会严重的减少。Enventure 解决方法Enventure 解决方法将OHL膨胀系统就位跨过异常压力层，这种解决方法给客户最大可能的套管内径ID使作业着能达到其目标的总深度TD。在一些情况，这种尾管会用延伸法就位。这种方法使套管能泵送通过异常压力层，而避免压差遇卡。Enventure 膨胀系统效益Error! Reference source not found.所示安装OHL膨胀系统在总深度TD获得相同井眼尺寸的目标。常规解决方法也图示以做对比。在这种情况下，应用该OHL 膨胀系统结果比常规解决方法节省约美圆。另外，OHL膨胀系统提供了维持井筒尺寸获得要求产量的机会。图52. 常规方案与 Enventure 解决方法对比克服孔隙压力和破裂压力梯度问题 采用膨胀OHL系统结果相对于常规解决方法基础成本的39%的ROI。用膨胀OHL系统并未发现节省了套管和悬挂器的成本，但节约了以下成本：钻头钻井液水泥钻时 其他有关项目钻井通过过度带或基性盐层过度带是在正常和异常压力层之间的区域，在那里需要增加泥浆重量以控制孔隙压力。在过度带以上，难于预测泥浆的重量，假设正常孔隙压力/破裂压力梯度是增加的。如果不下套管钻井通过过度带，则较高的泥浆重量造成循环漏失或压开弱层，还会丧失井控。盐层或弱层减小它们支持泥浆重量的能力，而该泥浆重量是控制以下层压力所必须的。常规解决方法通常要求套管封隔开这类层，但是在建井方案中往往不会被考虑需要附加的套管。如果在原始建井方案中没包括必须下的多出的套管柱，那麽最后的井眼尺寸就会太小以至于不能经济生产。 在那些预计会遇到过度带或基盐层的井，其建井方案包含了一些应急套管/尾管管柱，结果会造成较高的核准费用开支(AFEs)。用常规解决方法需要计划这种大的井眼尺寸以便满足应急管柱的需要，结果在以下方面增加井的成本：钻时泥浆水泥钻头成本套管成本Enventure 解决方法Enventure 解决方法采用膨胀 OHL 系统来封隔过度带或基盐层，所以可以将常规尾管系统 坐在下级套管处。Error! Reference source not found. 所示为用Enventure 解决方法封隔过度带。这种情景包括不牺牲井眼尺寸而到达目标深度的应急方案。 图53. 常规方案与 Enventure 解决方法对比封隔过度带Enventure 膨胀效益Enventure 解决方法在泥浆成本和钻时方面给予节省，钻时延误在深水作业是可想而知的，在那里延期宽限高。 这种解决方法还最大限度的减小了一些不利的井下控制状态的可能，如由于静液柱压力降低，低压层由静液柱吸入液体，而高压层则开始流出液体。在一些情况下，因为失去了压力控制，所以该井也会损失。另一个效益是如若依据Enventure 解决方法封隔了过度带，那么该井身结构很容易维持其程序。过度带 (Error! Reference source not found.) 范围由8,500 到 9,000 英尺及由13,500 到 14,500 英尺。为了控制这些层的压力要求泥浆重量比紧接在这些层下面的层高。图 54. 过度带套管开窗侧钻寻求一种经济有效的方法在衰竭开采的层或井底障碍周围的现有井进行开窗侧钻到更深的产层。通过不需钻新井可以实现节省大量成本，特别是在海上市场，那里的提供新的平台地面及相关连的费用会使得该作业成为不经济有风险的。常规解决方法常规解决方法围绕障碍层的工作是废弃目前生产层或井底障碍，然后打开窗侧钻井到新的井底目标。Example: 将造斜工具坐入 7 或 7-5/8 英寸套管，并在这个套管铣开窗口。然后再钻到下个套管鞋深度并将5-1/2 英寸钻井尾管下到挎过衰竭的层。然后该井钻到新的井底目标，并安装3-1/2 或4英寸的平式接头生产尾管。 采用这种作业遇到的经济挑战包括： 钻井成本。该井的生产能力。如果该生产尾管和伴随的生产油管的直径都太小以至于既不能优化完井又不能获得要求的产量，如果钻井成本在AFE以内，但其总体的投资回收率（ROI）将会比方案低。Enventure 解决方法 Enventure 解决方法使作业者能以足够的生产尾管直径到达新的井底目标来增加ROI。 Enventure 解决方法叫作业者来磨洗套管段而不是造斜开窗。该井钻到下节套管深度，下膨胀OHL然后膨胀。 在前面例子中，对于7 或7-5/8英寸套管的井，OHL膨胀系统的尾管直径约5.5 或 6.1英寸。这种增加了钻井尾管直径允许作业者钻达新的目标及安装5-1/2英寸平接式或4-1/2英寸的生产尾管。 该生产尾管的尺寸至少小一到两级套管尺寸。这一增加直径使作业者可以优化其日投资回收率（ROI）。 3 Note:该增加的产量提供总的 ROI.Enventure 膨胀管效益Enventure OHL 解决方法减少了井的变径并允许安装较大的直径或最可能长的生产尾管。该OHL由于需要磨洗掉约75 到100英尺的套管段，比造斜开窗某种程度增加钻井成本，但是对于总体有效的ROI而言，较高的早的生产产量超于较高的成本增加。 该问题是必须增加多大的产量才能与磨洗套管段进尺所增加成本抵消相当。 图52. 用磨洗套管段对比造斜开窗侧钻的节省当采用 2,200-英尺， 6 x 7-5/8 英寸OHL膨胀系统而不是常规的套管柱进行侧钻一口海上井时，相对于常规套管柱的基本成本可获得53%的ROI。这个 ROI是通过加上在延误宽容度、套管和水泥的节省，然后再减去OHL膨胀系统的成本计算出来的。 在基础套管内悬挂尾管采用尾管悬挂器将尾管悬挂在基础套管内。 常规解决方法最普通的尾管是用机械或水力坐尾管悬挂器或悬挂器总成。将尾管下到总深度TD ，于是悬挂器卡瓦坐入并将尾管固定在井内。进行固井作业，如果现在，则将尾管悬挂隔器坐封在尾管和基础套管之间形成合成橡胶密封。 尽管该常规尾管悬挂作业已进行完善多年，但是关键的尾管密封问题仍存在。最棘手的问题是在尾管环空的泄漏。修整这个问题典型的作业是挤水泥和/或直接在该尾管上部坐尾管悬挂封隔器。最近18个多月的研究表明近30%的尾管悬挂器/封隔器系统失败，而不能维持它们的压力完整性。修复费用远超出挤水泥作业，因为累计以下的费用是很大的：. 钻机工具钻掉作业生产损失Enventure 解决方法Enventure 解决方法采用 ELH。该ELH的整体建造最大限度的减小了在常规尾管悬挂器/封隔器中发现的泄露的可能。在 ELH 被膨胀后，释放膨胀总成并被提到ELH的上部。在有残余水泥的情况下，反循环清除残留水泥，并对尾管顶部进行试压。该ELH永久的膨胀到基础套管的内径将稳固的密封。因为该ELH外面的合成橡胶单元成型与基础套管形状一样，所以避免了由于套管椭圆而造成的密封问题。Enventure 膨胀效益ELH通过降低与常规尾管悬挂器/封隔器有关的风险加权的成本而提供效益。 在计算这些风险加权时，必须将尾管悬挂器/封隔器失败的修复费用加到处置安装费中。在选择具体尾管悬挂系统时，这个风险加权费用才是作业者最终要支付的真实的价格。 海湾的作业者就常规尾管悬挂器有关的成本对35口井安装的45个悬挂器为期18个月的分析。 有15个安装 因为在尾管顶部压力密封失效而需要修复。该总修复费用则均摊到该45 个悬挂器得到所有尾管的平均修复费用，或失败的风险加权费用。. Enventure ELH 避免了这些费用还在钻机及有关费用方面提供节省。当这些节省汇总ELH的成本时， 相对于ELH的基本成本则实现 76% ROI。 虽然Enventure ELH的初始成本比常规尾管悬挂器系统高，对作业者的最终成本（风险加权）是小多了。 修复作业修复损坏或腐蚀的套管很多老的生产井被暴露在浅的腐蚀性水或盐水中，常时间的暴露到这些伤害性的液体经常导致生产套管漏损。在一些情况，套管完成井段变得很薄以至于它们不再能维持一体。如果要延长该井的寿命，那麽必须修复。 常规解决方法常规解决方法包括以下：挤水泥封堵上层在上下层之间下油管和封隔器经常是下部层需压裂或砾石充填，当该作业不能通过油管柱进行时困难就出来了。挤水泥往往是差的选择，因为它将承受不了底部层和衰竭层之间的压差。油管/封隔器的选择不能提供足够的直径满足泵的排量。Enventure 解决方法Enventure 解决方法采用CHL膨胀系统 跨过衰竭层。该CHL 膨胀系统允许封隔上部层同时提供足够大的通经来完成下部层。现在就可以进行套管压裂或砾石充填来提供最低的表皮系数和最高的产量。Enventure 膨胀效益Enventure 解决方法提供以下效益：该井被经济的恢复生产因为膨胀CHL膨胀尾管的机械性质与基础套管类似，所以该修复是长期的解决方法。消除了如挤水泥的反复的修复作业。恢复了套管的整体性，因此允许进行如钻井、加压、抽空及抽吸作业。完井整修增产措施井很多井初始完成的层位不是尾管或套管的最低段。决定要完成上部的层的因素会有以下：最好的产层补偿衰竭储藏的产量不得已采用现今的工艺以较低的回报来完成深的层段。最终，上部层便是不经济的，并必须废弃（暂时或永久），而下部层必须完成。 常规解决方法下部层往往必须进行压裂或砾石充填。而用水泥封堵完成上部层并不都是可行的解决方法。要封隔最初完成的层必须下另一根套管或尾管跨过该井段。这种整修结果造成井眼尺寸不足以进行下部层完成所需的作业。Enventure 解决方法Enventure 解决方法是在衰竭层段用CHL膨胀系统覆盖。该CHL膨胀系统 允许用下一级小的套管工具射孔并完成下部产层。现在就可以进行套管压裂或砾石充填来提供最低的表皮和最高的产量。 CHL膨胀系统有着与屈服强度为80,000 psi 的套管尺寸类似的机械性质。因为膨胀CHL是全强度套管，而不是薄壁容器或聚乙烯管子，任何一种以下的完井措施均可采用：钻井 清除Enventure 膨胀的效益CHL膨胀系统解决方法效益范围由提供经济的完井到能够完成用常规工艺不能完成的井。虽然用常规方法通常是能够进行低压层完井，而中-高压层则是膨胀CHL的候选层。这些候选井是： 一般是长期的生产井。有足够的产量来补偿完井和 CHL 成本。对常规完井方案提出了很大的挑战。项目的经济效益持续的效益在超深水、深水、深大陆架、高温、高压条件下钻的井及高稠密陆上钻的井为稳定的效益提供了机会，而不是在一个挑战的钻井环境。钻这些井的经济判断要求高的产量来弥补高的建井成本。偶尔作业者由于没能将方案的生产尾管放置到总深，而不能获得方案的产量。这种生产尾管尺寸的减小限制了实际产量并减小项目的效益。 常规解决方法 确保方案产量的常规解决方法是在整个井的方案中增大套管尺寸。增大套管尺寸容许附加用于解决各种钻井挑战的应急管柱。这种解决方法要求作业者在地面或泥线用大尺寸套管用大的钻机和管线装备 (防喷器BOP，井口)增加套管柱的数量增加泥浆和水泥用量增加钻头尺寸的数量对于环境敏感区域增加钻屑排放和处理费用所有这些要求都增加建井的成本，而减少整个项目的效益。 Enventure 解决方法Enventure 解决方法采用膨胀裸眼尾管来解决这些井出现的各种挑战。通过综合采用Enventure 的OHL膨胀系统不但不增加该井的成本，作业者还能最大的减少成本。该OHL 膨胀系统减小套管尺寸需要较小的隔水管和泥线装置降低泥浆和水泥用量减少钻头尺寸数量减少产生钻屑的排除和处理更重要的是计划的尾管可以下到总深TD并按获得方案产量的要求完井。 Enventure 膨胀系统的效益Enventure 的OHL膨胀系统通过以下方面确保获得方案的产量使该井获得方案的效益：减小总建井成本。确保方案的产量。本章小结SET系统的应用和效益的范围很广，包括以下方面：建井完井修复作业项目的经济SET 系统 减小多套管柱的变径影响。为优化井的产量允许在井底总深度提供足够的井筒尺寸。减小套管、钻头、泥浆和水泥的成本。第七章展望本章综述第七章 展望简述我们预期膨胀工艺的进展及解释该技术发展的最终目标。前景本文献所记述的产品系列也是对膨胀工艺的介绍。现已在建井范围设计了各种各样的应用，他们和当前实践相比可以增加更大的经济效益和改善操作效率。为了确保膨胀产品及其设计为更加关键的应用所必须具有的能力和可靠性，对于这些早期的产品进行了收集统计。所有早期的数据表明，通过很少的改进和提高，膨胀产品最终能处理在常规套管应用遇到的所有承载的条件与环境。下一步对膨胀产品的预想是一个膨胀尾管嵌套在以前以下入和膨胀的尾管内。该嵌套将有助于进一步减小井需要的开始尺寸，同时可允许以更大的生产管子达到井的总深度。膨胀工艺的最终目标是开发一种真正的MonoDiameter 单一直径井眼例：拥有单一直径MonoDiameter的能力，作业者就可以用9-5/8 英寸套管开钻，并用同样9-5/8 英寸套管尺寸到达总深度 。该单一直径井最大限度的减少或消除对钻井设备尺寸的经常改变，同时将对整个工业带来巨大的成本降低。本章小结膨胀工艺的最终目标是开发一种真正的MonoDiameter 单一直径井筒，它会 最大限度的减少或消除对钻井设备尺寸的经常改变 对整个工业带来巨大的成本降低第八章技术参考文献Brock, Jim, et al.: “An Expanded Horizon” Harts E&P, February 2000, pp. 115118.讨论膨胀连接的设计。Dean, Bill: “Expandable Tubulars Provide Versatility,” The American Oil & Gas Reporter, September 1999, pp. 50-53.膨胀系统的应用综述。Filippov, A., et al.: “Expandable Tubular Solutions,” paper SPE 56500 presented at the 1999 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, Texas, USA, 36 October 1999.膨胀管工艺及其许多应用的综述。Furlow, William: “Expandable casing program helps operator hit TD with larger tubulars,” Offshore, January 2000, pp. 4851, 129.第一次商业安装膨胀裸眼井尾管的描述。Haut, R.C., and Sharif, Q.: “Meeting Economic Challenges of Deepwater Drilling with Expandable Tubular Technology,” paper presented at the 1999 Deep Offshore Technology International Conference and Exhibition, Stavanger, Norway, 1921 October 1999.解释膨胀安装为何能帮助作业者获得深水钻井的目标。Hyne, Norman J, Ph.D.: Dictionary of Petroleum Exploration, Drilling and Production; PennWell Publishing Company, Tulsa, Oklahoma; 1991.定义石油工业