可膨脹套管技術(shù)

可膨脹套管技術(shù)孟慶昆內(nèi)容提要一、基本概念二、技術(shù)背景及需求三、國(guó)外發(fā)展概況四、國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)五、關(guān)鍵技術(shù)六、應(yīng)用及發(fā)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(guò)機(jī)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(shí)，在冷做硬化效應(yīng)下提高自身剛性?？膳蛎浱坠艿牟僮魇紫?，鉆開(kāi)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(dá)到可膨脹的目的，螺紋必須符合一些質(zhì)量控制規(guī)范。最后，一個(gè)特別設(shè)計(jì)的芯軸將脹開(kāi)可膨脹套管。133/8”95/8”7”5”技術(shù)背景及需求（一）常規(guī)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(jié)果有可能因?yàn)樘坠埽ň郏┏叽缍拗颇骋簧疃鹊木伦鳂I(yè)，甚至不能達(dá)到目的層?？膳蛎浱坠芗夹g(shù)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)使用同一尺寸套管代替原來(lái)的多層套管成為可能。實(shí)現(xiàn)一種小尺寸套管鉆到底的目標(biāo)，使復(fù)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(yù)計(jì)可以使鉆井成本下降30～50%?？膳蛎浱坠芗夹g(shù)應(yīng)用將使傳統(tǒng)的井身結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革，實(shí)現(xiàn)鉆更深的直井和更長(zhǎng)的大位移井，更經(jīng)濟(jì)地到達(dá)儲(chǔ)層。7”技術(shù)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(jī)大使用的鉆機(jī)小133/8”95/8”7”5”7”使用可膨脹套管技術(shù)預(yù)計(jì)節(jié)約鉆井費(fèi)用在50%以上。技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)——兩種套管參數(shù)對(duì)比可膨脹套管的優(yōu)點(diǎn)是可以封堵任意一個(gè)復(fù)雜地層，可以從根本上解決多個(gè)復(fù)雜地層與有限套管程序的矛盾，使復(fù)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(wèn)題。可膨脹套管技術(shù)是勘探開(kāi)發(fā)西部及東部深部油氣藏急需的關(guān)鍵技術(shù)。技術(shù)背景及需求（三）可膨脹套管技術(shù)是上世紀(jì)90年代初由殼牌公司（RoyalDutchShell）提出來(lái)的。1993年殼牌公司在挪威的海牙（Hague）完成了第一次概念性實(shí)驗(yàn)：利用一種用于汽車防撞區(qū)的材料，套管之間采用焊接方式，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)徑膨脹率22%~24%。1998年開(kāi)始研究螺紋連接技術(shù)，于9月完成了膨脹變形后管材性能仍然符合API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范L-80、K-55、J-55的材料膨脹實(shí)驗(yàn)，為工業(yè)應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。同年12月，殼牌和哈里伯頓合作組建了環(huán)球工藝技術(shù)公司 （Enventure)，專門從事可膨脹套管技術(shù)的商業(yè)運(yùn)作。國(guó)外發(fā)展概況（一）1999年3月在美國(guó)德州的休斯頓進(jìn)行了模擬井下實(shí)驗(yàn)。1999年11月在Chevron、USA進(jìn)行了第一次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。目的是裸眼內(nèi)封堵漏層，脹管長(zhǎng)度300米，套管內(nèi)壁從φ193.7mm(75/8in)膨脹到φ244.5mm(95/8in)，膨脹率達(dá)26%。到2002年12月Enventure共為全球35家公司作業(yè)了106口井，膨脹套管總長(zhǎng)超過(guò)105000英尺、膨脹螺紋接頭2700個(gè)，其中2002年一年作業(yè)近50口井。目前Enventure已經(jīng)完成了實(shí)現(xiàn)同一通徑鉆井的模擬井實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)2003年可進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。國(guó)外發(fā)展概況（二）我院于1999年開(kāi)始觀注這項(xiàng)新技術(shù)及其應(yīng)用，在技術(shù)調(diào)研的同時(shí)，開(kāi)展了技術(shù)預(yù)研工作。2000年完成了概念性實(shí)驗(yàn)，即用一種φ219×12的管材實(shí)現(xiàn)了內(nèi)徑膨脹率20%。

國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（一）利用有限元方法完成了膨脹機(jī)理分析。

國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（二）國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（三）研究確定了膨脹套管對(duì)材料性能、管徑與壁厚的基本要求。通過(guò)對(duì)近十種樣管的篩選，優(yōu)選出二種管材，（00Cr19Ni10和20G）實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的膨脹率，膨脹后管材機(jī)械性能接近N80套管水平，可進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（四）與攀鋼集團(tuán)成都無(wú)縫鋼管廠合作，制訂了膨脹套管生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)發(fā)了膨脹變形后達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)J55鋼級(jí)水平的膨脹管材，可用于133/8”、95/8”、7”套管系列。

國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（五）完成了膨脹工藝及膨脹脹頭技術(shù)研究

——表面激光熔覆脹頭技術(shù)國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（六）設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（七）進(jìn)行了三輪臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，確定了針對(duì)大慶套損井修復(fù)的膨脹套管施工工藝和實(shí)驗(yàn)國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（八）(點(diǎn)擊動(dòng)畫播放)利用可膨脹套管技術(shù)在大慶完成一口井的套損井修復(fù)施工實(shí)驗(yàn)。預(yù)計(jì)在兩年內(nèi)使這項(xiàng)技術(shù)走向成熟，逐步解決套損井影響油田穩(wěn)產(chǎn)的問(wèn)題。J55鋼級(jí)的可膨脹套管用于川東地區(qū)，完成解決井漏問(wèn)題的技術(shù)研究，爭(zhēng)取完成一口井的施工作業(yè)。完成膨脹螺紋技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)一次施工作業(yè)可下成百上千米的可膨脹套管。國(guó)內(nèi)研究成果及目標(biāo)（九）可膨脹套管材料技術(shù) 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(jī)械性能基本達(dá)到普通套管水平，同時(shí)材料的價(jià)格要和普通套管屬于同一數(shù)量級(jí)。膨脹工藝及膨脹脹頭技術(shù)解決長(zhǎng)距離、間斷可重復(fù)（一次下上千米膨脹套管施工）膨脹技術(shù)?？膳蛎浱坠艿年P(guān)鍵技術(shù)（一）監(jiān)督重點(diǎn)連接螺紋技術(shù)

解決膨脹后的密封技術(shù)。配套工藝和工具技術(shù)可膨脹套管的關(guān)鍵技術(shù)（二）監(jiān)督重點(diǎn)可膨脹套管技術(shù)被公認(rèn)為是21世紀(jì)石油鉆采行業(yè)的核心技術(shù)之一。這項(xiàng)技術(shù)能夠解決無(wú)論直井還是水平井的問(wèn)題，預(yù)計(jì)在勘探、生產(chǎn)和修井的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)快速的發(fā)展。應(yīng)用及發(fā)展前景（一）用作尾管懸掛器，可延長(zhǎng)平均故障時(shí)間，減少費(fèi)用。應(yīng)用及發(fā)展前景（二）用作應(yīng)急套管，解決復(fù)雜井段的井壁穩(wěn)定問(wèn)題。用于套損井修復(fù)，可獲得