可膨脹套管技術

可膨脹套管技術孟慶昆內容提要一、基本概念二、技術背景及需求三、國外發展概況四、國內研究成果及目標五、關鍵技術六、應用及發展前景什么是可膨脹套管可膨脹套管是一種由特殊材料制成的金屬鋼管，具有良好的塑性，在井下可通過機械或液壓的方法使可膨脹套管在直徑方向上膨脹10~30%左右，同時，在冷做硬化效應下提高自身剛性。可膨脹套管的操作首先，鉆開需要使用可膨脹套管的井段。然后，下入可膨脹套管。可膨脹套管與普通的管材相似，橫截面是圓形的，可膨脹套管之間有接頭，接頭與可膨脹套管之間用螺紋連接。為了達到可膨脹的目的，螺紋必須符合一些質量控制規范。最后，一個特別設計的芯軸將脹開可膨脹套管。133/8”95/8”7”5”技術背景及需求（一）常規鉆井中是將固定尺寸的套管下入井中，從井口到目的層的尺寸是逐漸縮小的。工程結果有可能因為套管（井眼）尺寸而限制某一深度的井下作業，甚至不能達到目的層。可膨脹套管技術的最終目標是實現使用同一尺寸套管代替原來的多層套管成為可能。實現一種小尺寸套管鉆到底的目標，使復雜的深井能較順利的鉆到目的層，最大限度降低鉆井工作量，預計可以使鉆井成本下降30～50%。可膨脹套管技術應用將使傳統的井身結構發生重大變革，實現鉆更深的直井和更長的大位移井，更經濟地到達儲層。7”技術背景及需求（二）切削量：230m3切削量：70m3泥漿/水泥量：445m3泥漿/水泥量：150m3使用的鉆機大使用的鉆機小133/8”95/8”7”5”7”使用可膨脹套管技術預計節約鉆井費用在50%以上。技術發展的最終目標——兩種套管參數對比可膨脹套管的優點是可以封堵任意一個復雜地層，可以從根本上解決多個復雜地層與有限套管程序的矛盾，使復雜的深井能較順利的鉆到目的層，也從根本上解決了大尺寸井眼鉆速慢的問題。可膨脹套管技術是勘探開發西部及東部深部油氣藏急需的關鍵技術。技術背景及需求（三）可膨脹套管技術是上世紀90年代初由殼牌公司（RoyalDutchShell）提出來的。1993年殼牌公司在挪威的海牙（Hague）完成了第一次概念性實驗：利用一種用于汽車防撞區的材料，套管之間采用焊接方式，實現了內徑膨脹率22%~24%。1998年開始研究螺紋連接技術，于9月完成了膨脹變形后管材性能仍然符合API標準規范L-80、K-55、J-55的材料膨脹實驗，為工業應用做好了準備。同年12月，殼牌和哈里伯頓合作組建了環球工藝技術公司 （Enventure)，專門從事可膨脹套管技術的商業運作。國外發展概況（一）1999年3月在美國德州的休斯頓進行了模擬井下實驗。1999年11月在Chevron、USA進行了第一次現場應用。目的是裸眼內封堵漏層，脹管長度300米，套管內壁從φ193.7mm(75/8in)膨脹到φ244.5mm(95/8in)，膨脹率達26%。到2002年12月Enventure共為全球35家公司作業了106口井，膨脹套管總長超過105000英尺、膨脹螺紋接頭2700個，其中2002年一年作業近50口井。目前Enventure已經完成了實現同一通徑鉆井的模擬井實驗，預計2003年可進行工業應用。國外發展概況（二）我院于1999年開始觀注這項新技術及其應用，在技術調研的同時，開展了技術預研工作。2000年完成了概念性實驗，即用一種φ219×12的管材實現了內徑膨脹率20%。

國內研究成果及目標（一）利用有限元方法完成了膨脹機理分析。

國內研究成果及目標（二）國內研究成果及目標（三）研究確定了膨脹套管對材料性能、管徑與壁厚的基本要求。通過對近十種樣管的篩選，優選出二種管材，（00Cr19Ni10和20G）實現了預定的膨脹率，膨脹后管材機械性能接近N80套管水平，可進行工業應用。國內研究成果及目標（四）與攀鋼集團成都無縫鋼管廠合作，制訂了膨脹套管生產工藝和質量控制標準。開發了膨脹變形后達到API標準J55鋼級水平的膨脹管材，可用于133/8”、95/8”、7”套管系列。

國內研究成果及目標（五）完成了膨脹工藝及膨脹脹頭技術研究

——表面激光熔覆脹頭技術國內研究成果及目標（六）設計了實驗臺架國內研究成果及目標（七）進行了三輪臺架實驗，確定了針對大慶套損井修復的膨脹套管施工工藝和實驗國內研究成果及目標（八）(點擊動畫播放)利用可膨脹套管技術在大慶完成一口井的套損井修復施工實驗。預計在兩年內使這項技術走向成熟，逐步解決套損井影響油田穩產的問題。J55鋼級的可膨脹套管用于川東地區，完成解決井漏問題的技術研究，爭取完成一口井的施工作業。完成膨脹螺紋技術攻關，實現一次施工作業可下成百上千米的可膨脹套管。國內研究成果及目標（九）可膨脹套管材料技術 膨脹管材料性能要求材料延伸率高,易于膨脹變形，變形后機械性能基本達到普通套管水平，同時材料的價格要和普通套管屬于同一數量級。膨脹工藝及膨脹脹頭技術解決長距離、間斷可重復（一次下上千米膨脹套管施工）膨脹技術。可膨脹套管的關鍵技術（一）監督重點連接螺紋技術

解決膨脹后的密封技術。配套工藝和工具技術可膨脹套管的關鍵技術（二）監督重點可膨脹套管技術被公認為是21世紀石油鉆采行業的核心技術之一。這項技術能夠解決無論直井還是水平井的問題，預計在勘探、生產和修井的應用中實現快速的發展。應用及發展前景（一）用作尾管懸掛器，可延長平均故障時間，減少費用。應用及發展前景（二）用作應急套管，解決復雜井段的井壁穩定問題。用于套損井修復，可獲得