可膨胀套管技术

可膨胀套管技术孟庆昆内容提要一、基本概念二、技术背景及需求三、国外发展概况四、国内研究成果及目标五、关键技术六、应用及发展前景什么是可膨胀套管可膨胀套管是一种由特殊材料制成的金属钢管，具有良好的塑性，在井下可通过机械或液压的方法使可膨胀套管在直径方向上膨胀10~30%左右，同时，在冷做硬化效应下提高自身刚性。可膨胀套管的操作首先，钻开需要使用可膨胀套管的井段。然后，下入可膨胀套管。可膨胀套管与普通的管材相似，横截面是圆形的，可膨胀套管之间有接头，接头与可膨胀套管之间用螺纹连接。为了达到可膨胀的目的，螺纹必须符合一些质量控制规范。最后，一个特别设计的芯轴将胀开可膨胀套管。133/8”95/8”7”5”技术背景及需求（一）常规钻井中是将固定尺寸的套管下入井中，从井口到目的层的尺寸是逐渐缩小的。工程结果有可能因为套管（井眼）尺寸而限制某一深度的井下作业，甚至不能达到目的层。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30～50%。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。7”技术背景及需求（二）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预计节约钻井费用在50%以上。技术发展的最终目标——两种套管参数对比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。技术背景及需求（三）可膨胀套管技术是上世纪90年代初由壳牌公司（RoyalDutchShell）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。国外发展概况（一）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φ193.7mm(75/8in)膨胀到φ244.5mm(95/8in)，膨胀率达26%。到2002年12月Enventure共为全球35家公司作业了106口井，膨胀套管总长超过105000英尺、膨胀螺纹接头2700个，其中2002年一年作业近50口井。目前Enventure已经完成了实现同一通径钻井的模拟井实验，预计2003年可进行工业应用。国外发展概况（二）我院于1999年开始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φ219×12的管材实现了内径膨胀率20%。

国内研究成果及目标（一）利用有限元方法完成了膨胀机理分析。

国内研究成果及目标（二）国内研究成果及目标（三）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。国内研究成果及目标（四）与攀钢集团成都无缝钢管厂合作，制订了膨胀套管生产工艺和质量控制标准。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133/8”、95/8”、7”套管系列。

国内研究成果及目标（五）完成了膨胀工艺及膨胀胀头技术研究

——表面激光熔覆胀头技术国内研究成果及目标（六）设计了实验台架国内研究成果及目标（七）进行了三轮台架实验，确定了针对大庆套损井修复的膨胀套管施工工艺和实验国内研究成果及目标（八）(点击动画播放)利用可膨胀套管技术在大庆完成一口井的套损井修复施工实验。预计在两年内使这项技术走向成熟，逐步解决套损井影响油田稳产的问题。J55钢级的可膨胀套管用于川东地区，完成解决井漏问题的技术研究，争取完成一口井的施工作业。完成膨胀螺纹技术攻关，实现一次施工作业可下成百上千米的可膨胀套管。国内研究成果及目标（九）可膨胀套管材料技术 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，同时材料的价格要和普通套管属于同一数量级。膨胀工艺及膨胀胀头技术解决长距离、间断可重复（一次下上千米膨胀套管施工）膨胀技术。可膨胀套管的关键技术（一）监督重点连接螺纹技术

解决膨胀后的密封技术。配套工艺和工具技术可膨胀套管的关键技术（二）监督重点可膨胀套管技术被公认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。这项技术能够解决无论直井还是水平井的问题，预计在勘探、生产和修井的应用中实现快速的发展。应用及发展前景（一）用作尾管悬挂器，可延长平均故障时间，减少费用。应用及发展前景（二）用作应急套管，解决复杂井段的井壁稳定问题。用于套损井修复，可获得