膨胀管全井内衬套管技术方案交流(1)
技术创新成果膨胀管施工要点
膨胀管施工要点总结
单 位：胜利井下修井作业大队侧钻4队 汇报人：李英杰
汇报时间： 2012.09.10
一、膨胀管技术简介
膨胀管技术是将管柱下入井内,以机械或液压的方法使管柱发生永久性塑性变 形,使井眼或生产管柱的内径扩大。该技术能够增加套管层次,简化井身结构, 节约钻井成本,是一种更加灵活的完井方式和全新的修井方法,因此被称为21 世纪钻井和完井方面最具革命性的技术之一 膨胀套管技术为国内套管损坏综合治理技术,特别是大井段套管漏失提供了一 个坚实的技术基础,也为侧钻井完井提供了一种全新的完井方式膨胀套管侧钻 井完井技术的技术优势在于: a) 能有效扩大生产套管内径。 b) 采用缓凝水泥固井后进行膨胀作业,可以提高固井质量。 c) 易于射孔、测试、修井等作业和生产管理。
三、施工工具、器材
Φ118mm通井规
三、施工工具、器材
Φ118mm通井规
喇叭口
三、施工工具、器材
膨胀锥 对扣接 头
档泥器三Biblioteka 、施工工具、器材抱钳 高压弯头 钻台座
三、施工工具、器材
膨胀套管
五、施工过程照片
下膨胀套 管
五、施工过程照片
连接三通 高压管线
五、施工过程照片
700型泵车
五、施工过程照片
固井车
六、盐18-侧11膨胀管失败原因分析
（一）盐18-侧11井基本数据
井号 采油厂 钻井队 原井套管 套管内径 窗口位置 裸眼直径 泥浆类型 泥浆密度 最大井斜 最大狗腿度 膨胀套管下入深度 膨胀套管总长度 井底温度 °/100m 1890m～2437.45m 570m 80℃ 盐 18-侧 11 胜利油田东辛采油厂 井下作业公司大修 4 队 139.7mm× 7.72mm× 2747m 124.26mm 1924.40m～1927.00m Φ118mm×Φ140mm 扩眼器扩眼至 Φ140mm
石油工程技术 井下作业 套损井修复技术(膨胀管应用)
目
肆叁贰壹
套膨膨膨
录
内胀胀胀
膨管管管
胀技关技
管 补 贴 技
术 系 统
键 技 术
术 原 理
术
一、膨胀管技术原理
膨胀管技术原理
实体膨胀管就是一种由特殊材料制成、 具有良好塑性的金属圆管，下入井内后通 过机械或液压的方法在直径方向膨胀10～ 30%左右，从而使管柱发生永久性胀大， 同时，在冷作硬化效应下，管材强度和刚 性指标得到提高，而塑性指标下降。
Φ112mm-116mm（大通径） 7″套管： Φ139mm-143mm 9-5/8″套管：Φ196mm-202mm
膨胀管补贴后强度：J55-N80钢级 （常规）、P110或更高钢级（特殊）
错断井膨胀管补贴
大段贴堵修复工艺
四、套内膨胀管补贴技术
1、常规膨胀管补贴（免钻底堵）
技术原理：
单根补贴：底堵和膨胀锥连接，补贴后将膨胀
三、膨胀管技术系统
四、套内膨胀管补贴技术
利用膨胀管的膨胀性能在井下对套管 损坏处进行“补贴”和密封，修复损坏 的套管，恢复生产。
适用范围：
错断、变形和腐蚀类套损修复 对已射孔井段的补贴封堵 钻井过程中技术套管磨穿的修复 完井过程中套管脱扣
技术特点：
适用于多种套损类型的修复 修复后可获得较大的通径 悬挂能力强，密封可靠 修复后不影响后续作业
❖ 长短不限：应用广泛 ❖ 可打捞：方便后期处理
◆ 打捞出悬挂器 ◆ 切割打捞一体化打捞出加固管：防腐套管、玻璃钢管 ◆ 磨铣贴堵管：铝合金、玻璃钢管 ❖ 聚合物类堵剂：封堵可靠、密封性好、悬挂承载力大 ❖ 内通径大：易于后期措施实施、利于下大泵 ❖ 生产管柱简化：方便生产管理，提高泵效
膨胀管全井内衬套管技术方案交流(1)
∮100~102mm空心磨鞋
（2）专用管材
强塑性膨胀管
施工现场
施工现场
施 工 现 场
施 工 现 场
膨胀管补贴技术应用
产品优势总结
项目
悬挂密封 产品性能 抗外压 胀头特点 悬挂方式 装置工艺 可洗井封堵 连接扣型 防落物帽 ≥30MPa 摆线表面，智能摇摆，不卡井 软悬挂+硬悬挂，保证60吨 下井后，清洗投球 特殊偏梯口，承压＞60Mpa 防止砂子、落物等掉入 数据不详 锥柱表面，机械直进，易卡井 软悬挂 下井前清洗，膨胀前灌水 扣型无法承受高压 无相应装置 特殊橡胶 膨胀端抗压
内衬套管打压 施工
试压检验
全井段内衬套管方案说明
施工所需的主要设备：
序号 1 2 名称 修井机 水泥车 型号规格 XJ250修井机或80t作业机 （根据甲方现场实际选用） 700型(膨胀管补贴用) 数量 1台套 1台套
施工所需的工具及材料
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 钻杆 通径规 刮管器 高压水龙带 高压活动弯头 钻杆短接 无接箍套管 实体膨胀管 发射装置及膨 胀锥 型号及规格 23/8″钻杆 Φ118mm-3m φ139mm弹簧式 10000psi 10000psi 2-5m 4吋半，Φ114.3 Φ110mmx2m Φ124.26 数量 3030m 1个 1个 1条 1个 10根 3000米 30套 1套 准备单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 上海管力卜 上海管力卜 18m 备注
上海管力卜公司介绍
上海管力卜石油设备有限公司
Shanghai Globe Petro-Equipment Co.,Ltd. 中国国内唯一一家，集研发、生产、销售、服
套损井膨胀管膨胀系统设计方案
套损井膨胀管膨胀系统设计方案
1、项目背景
《套损井膨胀管膨胀系统设计方案》，系指对油田套损井的膨胀管膨胀系统设计。
目的在于提高井口集管至钻口的压力，提高套损井产量，并确保套损井的安全性。
2、设计思想
膨胀管膨胀系统设计的目标是实现管道和井口系统之间的有效膨胀，使得井口到达钻口的压力提高，降低油层压力，提高套损井产量，确保套损井由于压力变化而产生的安全问题。
膨胀管膨胀系统设计应该考虑的重要因素：
（1）井口集管至钻口的压力变化，膨胀管系统的设计应该考虑其变化量的程度，确保钻口的压力比井口上升；
（2）膨胀管材料的选择，考虑系统的火压温度条件，井口到达钻口时的流量和外部胶质层的配套情况；
（3）膨胀管系统的结构设计，包括连接膨胀管的管件、膨胀管的位置、膨胀管的小节长度等，应该满足井口流量的需求，同时减少压力损失；
（4）地面设备的设计，包括：地面膨胀管系统的位置、锚模板式锚固系统的类型、泵房设备等，以及控制、监测系统。
3、设计细节
（1）根据油田特点和井口到达钻口的压力变化，选择满足要求的膨胀管材料；
（2）膨胀管系统设计应考虑流量变化、位置调整、安全保障等因素；
（3）针对地面设备的设计，应考虑控制系统的配置、膨胀系统的安装、管路布置等。
4、项目价值
设计成功后，可提高套损井产量，提升油田的经济效益；提升服务质量，确保安全稳定。
膨胀管技术及在K井的应用
膨胀管技术及在K井的应用1膨胀管技术简介膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，由于含碳量低，膨胀管比普通套管柔性好、可塑性强，可以通过机械或者液压的方法使管体发生永久塑性变形，从而满足钻井施工中的特殊需要。
膨胀管广泛应用于钻井、完井及修井等方面，在钻井方面主要用于弥补井身结构缺陷和封隔缩径、坍塌、井漏或高压层段。
膨胀管技术在处理复杂地层和压力体系方面有独特的优势，并可以增加套管层次，简化井身结构。
可膨胀套管技术，就是通过在井下将钻井管柱径向膨胀，使其内、外径扩大，实现使用同一尺寸的套管代替现行的多层套管，以提高应对多个复杂地层的封隔能力，提高作业成功率，降低钻井成本。
该项技术具有重要的意义：一是可以简便有效地解决复杂井段的井壁稳定问题；二是可以减少上部井眼的尺寸和套管层数，这样可以钻更深的直井和大位移井；三是可以修复老井被损坏的套管；四是可以大大降低钻井和完井成本。
2膨胀管在钻井作业中的应用在钻超深井或在海洋深水区作业以及需要钻穿高压地层、枯竭层或易塌、易漏地层时，在常规作业中往往采取下中间套管进行的方式，以确保施工安全。
但钻井越深，套管层数就越多，这样导致最终井眼减小，在有的情况下，还有可能导致不能按计划到达目的层。
而且，由于要求最初的井眼直径很大，增加了对钻机负荷、钻井设备及钻井液处理能力的要求。
采用膨胀管技术可以简化井身结构，减小套管层次，可避免这种情况的发生。
膨胀管技术可以为钻井过程中出现的复杂问题提供应急方案，尤其适用于钻进高压层、漏失层、泥页岩蠕动层、盐岩蠕动层。
能封隔膨胀性页岩层和漏失层，防止井眼缩径。
此技术还可以应用于多种类型的油井建井，能满足大位移井、侧钻井、水平井、多分支井以及小井眼井对井眼和套管尺寸的要求。
用于老井侧钻时，可降低重钻成本，使套管内径损失最小。
3膨胀管技术原理膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，根据其本体结构的不同可分为实体膨胀管和割缝膨胀管2种。
石油工程技术 井下作业 膨胀管关键技术
一、膨胀管关键技术
1）管材难题（化学成分、性能、热处理状态和尺寸公差）
膨胀前：
要求材料延伸率高，易于膨胀变形（软）
膨胀后：
机械性能达到或接近API
套管水平（硬）管材胀后非对称受压⏹膨胀前后力学性能⏹材料成分分析⏹膨胀压力≤35MPa ⏹胀后机械性能超过J55钢级
薄壁管材塑性形变
2）高性能膨胀锥
◆膨胀锥结构，外形的数值模拟优化
◆激光熔覆金属陶瓷处理，增强抗疲劳性能
◆表面硬度高，本体柔韧性强，抗挤压、耐高温
◆强度及耐磨性，长距离、间断可重复膨胀安全可靠
膨胀螺纹的有限元分析
厚壁膨胀螺纹薄壁膨胀螺纹
3）膨胀螺纹
膨胀螺纹是膨胀管的核心技术之一，是实现长段套损井修复的关键技术。
技术创新：
◆采用特殊连接螺纹，解决了抗拉强度问题。
◆设计了新型螺纹结构，解决了螺纹塑性变形后的密封问题。
◆研制了全新的密封组件，解决了膨胀过程中的耐高压问题。
◆采用特殊的锁定机构，解决了公螺纹胀后回缩问题。
4）膨胀管关键技术—密封与悬挂
设计、试验与优选膨胀管密封与悬挂机构，满足不同井况膨胀管补贴要求。
5）减磨技术
有效减少摩擦，降低施工压力。
同时控制残余应力，防止回缩。
石油工程技术 膨胀管套管补贴技术
膨胀管套管补贴技术l 常规膨胀管补贴技术l 大通径膨胀管补贴技术l 免钻底堵膨胀管补贴技术l 耐高温密封膨胀管补贴技术l 水平井及大斜度井膨胀管补贴技术l 耐高压密封膨胀管补贴技术l 膨胀管长段补贴技术l 出砂井膨胀管补贴技术l 补贴后可速取式膨胀管补贴技术l 气井膨胀管补贴技术膨胀管套管补贴修井技术系列：膨胀管套管补贴技术系列膨胀管是一种由特殊材料制成、具有良好塑性的金属钢管，下入井内通过机械或液压的方法使其在直径方向膨胀10~30%左右，直接补贴和密封受损套管; 同时，在冷做冷作硬化效应下，管材强度和刚性得到提高，在补贴套管的同时加固受损套管。
应用范围：n广泛用于套管变形、漏失、错断、腐蚀井补贴、薄弱套管加固、封堵射孔层进行堵水或调层n适用于5-1/2”、7”、9-5/8”等API常用套管及非标套管补贴n5-1/2″常用套管补贴后内通径φ105mm-φ108mm；7″常用套管补贴后内径φ136mm-φ143mm；9-5/8″常用套管补贴后内径φ195mm-φ200mmn悬挂力≥450KN，密封压力≥15MPa -25MPa（根据需要，最高可达35MPa）n最高工作温度120℃（对于高温热采井可达350℃以上）常规膨胀管补贴技术与常规膨胀管技术相比，大通径膨胀管技术，由于其胀后通径更大，允许常规注水压裂等措施工具从补贴后的膨胀管内下入，拓宽了膨胀管补贴技术在油水井调层封堵（堵炮眼）、出水层堵水、恢复套损井分层注水工艺等领域的应用。
技术特点：★ 通径大，补贴后套管内径只减少10mm-11mm，一般情况下不影响常规井下工具的使用和增产、增注措施的实施。
★ 工艺简单，一趟管柱就完成整个工艺过程，没有磨底堵工序，作业时间短、效率高。
★ 地面施工压力低，安全可靠。
送入工具总成RIH液压动力系统Hhydraulic system大通径膨胀管Large drift SET大通径膨胀锥Expansion cone锚定系统anchor最新开发成功超薄壁大通径膨胀管：①补贴后套管内径只减少6mm-8mm。
膨胀套管
压14MPa30分钟。 • 复杂：注水泥时下胶塞在大小头处卡住，并失去密封，
用第2胶塞压下，但在内管低端承压膜压不破，不能建 立循环，后采用补救措施完成。
4 射孔段局部封隔
• 奥地利，V25井，7”油层套管，射开了上部水 层，其下油层未射
•总体经济效益：
该井预计节省40万美元，由于新技术投入，实际只 节省8.5万美元，预计硬件系统改善后节省29万美元， 施工技术成熟后将时间节省算在内，预计可实现原设 计的节省40万美元。
•间接经济效益：
多层套管封隔复杂地层，以便安全和有效的对付泥 浆密度窗口窄的复杂问题。 开眼直径小，可用较小直径防喷器、钻机和隔水导 管。
唯一存在和还需继续研究的问题是螺纹密封完整性 和抗挤强度。由于金属材料的包兴格（Bauschinger ）效应，抗挤强度会比膨胀前有所降低。这可通过 选用具有较高抗挤强度的套管来解决。
清管
下入 液压涨管 密封试压 钻下堵头
修补套管 Shell-Ha.膨胀方案（拟参考）
环型活塞 悬挂密封单元
大小头 注水泥胶塞
（2）南得克萨斯深水海洋钻井，Shell Rail Tijerina1 号井
• 水深：2286m • 类型：可膨胀尾管 • 尺寸：13 3/8”16”尾套技套 • 长度：180m，深195m至15.2m，封泥线下浅流砂层，
浅水层。 • 总施工时间48小时。
• 经济效益： 在上述13 3/8”16”膨胀技套后，将原隔水导管
– 13 3/8”16”
– 11 3/4”13 3/8” – 9 5/8”常规套管
– 7 5/8”9 5/8” – 7” 平端无接箍套管。
膨胀管取出技术(五厂)
补贴后
（膨胀率9.7％） EX-80 552 MPa 116.76 mm 104.52-105mm 6.12 mm 50.6 MPa
膨胀管补贴完井示意图 井内已补贴膨胀管示意图
膨胀管取出技术交流
膨胀管取出思路
取出整体思路：先磨铣或锻铣膨胀管上部密封段;再从膨胀管下部密 封端上部切割，并打捞膨胀管;磨铣或锻铣膨胀管下部密封段。
管柱配套使用震击器：主
要用于膨胀管打捞遇卡时 震击解卡，确保取出工艺
顺利实施，提高施工效率。
工作原理：通过锥体活塞 在液缸内的运动和钻具被
提拉贮能来实现上击动作。
CSJ超级震击器结构图
膨胀管取出技术交流
切割打捞一体化管柱
切割打捞一体化工具组合
钻杆 钻挺 液压震击器 安全接头 钻杆 专用可退式 倒扣捞矛 专用水力 式内割刀 打捞切割一体化：将膨胀管专用内割刀与 打捞矛设计成一趟管柱，能减少一趟施工 管柱，提高施工效率，缩短施工周期。
膨胀管磨铣管柱图
膨胀管取出技术交流
膨胀管磨铣管柱
考虑到膨胀管补贴段严重变形或是有落物
等情况导致导向铣柱难以引入膨胀管内。
设计了底部带有合金碎块的导向铣鞋和表 面光滑的导向锥。 导引头
膨胀管磨铣工具
膨胀管磨铣管柱图
膨胀管取出技术交流
切割打捞一体化管柱
切割打捞一体化工具组合
钻杆 钻挺 液压震击器 安全接头 钻杆 专用可退式 倒扣捞矛 专用水力 式内割刀
膨胀管取出技术交流
采油院井况中心
二〇一三年五月
膨胀管取出技术交流
膨胀管取出的原因
中原油田自2005年引进应用膨胀管套管补贴技术以来，累计实施实
体膨胀管补贴施工70余口。 但由于该类膨胀管存在管体两端的几组锚定密封橡胶与管体之间未 硫化粘结(在下井的过程中发现胶皮脱落)；丝扣强度及密封性能欠佳； 膨胀管材质强度低等问题。 因此，随着膨胀管套管补贴井生产时间的延长，易出现密封橡胶老 化脱落，长井段补贴井丝扣漏失，部分补贴井段发生缩颈变形等问题， 或因改变工艺的需要起出膨胀管。
可膨胀套管技术
可膨胀套管的关键技术（一）
监 督 重 点
可膨胀套管材料技术
膨胀管材料性能要求材料延伸率高, 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 要 普通套管 于同 膨胀 膨胀胀 膨胀技术 技术 可 膨胀套管
可膨胀套管的关键技术（二）
监 督 重 点
连接螺纹技术 解决膨胀后的密封技术。 技术
技 术 背 景 及 需 求（三）
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。
国外发展概况（一）
可膨胀套管技术是上世纪90年代初由壳牌公司（Royal 可膨胀套管技术是上世纪90年代初由壳牌公司（Royal Dutch Shell）提出来的。 Shell）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 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%。 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 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、 55、 55的材料膨胀 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 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。 Enventure)，专门从事可膨胀套管技术的商业运作。
膨胀管技术在钻井过程中的应用研究
膨胀管技术在钻井过程中的应用研究作者：刘永松来源：《科学与财富》2016年第34期（胜利油田黄河钻井三公司山东东营 257000）摘要：膨胀管技术在石油工程中有着不同的用途。
本文主要阐述膨胀管在钻井生产中的应用，包括优化井深结构、复杂层位封堵、套管补贴、小井眼固井。
关键词：膨胀管；钻井生产；应用引言：膨胀管技术属于将低碳钢透过特殊制作而成的套管，因为具有较低的碳含量，令膨胀管的柔性优于普通套管，具有较强的可塑性。
膨胀管技术是将膨胀管套管下至井中，通过机械或液压的动力，经由冷挤扩张的方式，从上至下或从下至上的透过压力或拉力令膨胀工具透过需膨胀的套管进行掌控，令其内径或外径因为塑性变形膨胀到预定的标准。
一、膨胀管技术的分类对于钻井而言，通过膨胀管技术能够降低套管的层次，令钻井所到达的目的层更加深。
膨胀管技术通过施加于膨胀锥两侧的压差或直接通过机械推力或拉力，令膨胀锥由膨胀管内进入，以此令膨胀管扩张。
压差可以通过两种方式产生，其一，透过对处在膨胀管和膨胀锥先接触的内管泵进液体；其二，将内管进行拉或压，膨胀锥经过膨胀管时，令膨胀管所担负的应力超出界限而进入塑性变形，而且在钢材强度的限制以内。
拓展率最大可为膨胀管内径的30%。
大部分实体可膨胀管的施工需要膨胀管变形量不超出20%[1]。
1、裸眼可膨胀尾管系统裸眼可膨胀尾管系统也被称作OHL系统，在正常运行下，液压驱动膨胀锥朝上转移，右下至上地膨胀尾管。
在膨胀锥位于尾管和上级套管重叠处时，通过膨胀锥膨胀尾管上端具有弹性涂层的悬挂器进行管柱的密封。
2、套管井可膨胀衬管系统此管也被称为CHL系统，是把能够膨胀衬管贴至原本损伤或强度较低的套管柱当中，能够良好地填补或巩固当前套管，除却具有弹性涂层的悬挂器接头分别处在CHL系统的上端及下端外，此系统与OHL系统相似。
CHL系统可以通过以下两种方式进行下入，则为开式和闭式下入套管。
对于开式而言，这一系统在井眼进行定位后，泵送隔离塞，之后进行膨胀。
新型井身结构与膨胀管技术
13-3/8″
11-3/4″ 9-5/8″（膨胀至11-3/4″后内径10″） 9-5/8″ 7-5/8″ （ 膨 胀 至 9-5/8″ 后 内 径 为 7.935″） 7″
多技套结构井身解决 复杂地质条件的深井钻进
四、利用膨胀管及随钻扩眼技术 优化井身结构
4、改变深水钻井井身
⑴ 解决低速钻进问题的有效 技术。
二、膨胀管技术
——（一）实体膨胀管
2．可膨胀套管衬管系 统及作用：
①用于修补老井或已坏井中 数千②英用尺来的封套隔管用。挤水泥之类常 规方③法在未应能急封作堵业的中射，孔可层以段用，这 还项技能术用修于补中坏断套不管必或要被的磨产损气套或 出管。水，而套纠管正内产径液只层有，极从少而的对损现
有失的，注足入可井以和支生持产在井衬实管施下更面好的 的继控续制钻。进。
3、初步完成了膨胀套管内的应力分析；为膨胀管管体的材质选
择打下了西基南础石； 油学院、大港油田钻采院、石油勘探院 等4单、完位成都了开膨始胀了管管膨体胀材管质技的术选择研和究初。步的试验；
5、对膨胀套管的连接丝扣进行了初步研究。
目录
一、前言 二、膨胀管技术 三、随钻扩眼技术 四、膨胀管及随钻扩眼技术完善井身结构 五、固1井新井身结构设计设想 六、结论及建议
二、膨胀管技术
——（四）国外发展与应用情况
壳牌公司于上世纪90年代后期首先开发该技术。目前，世 界上有成熟技术和产品的公司有三家：Enventure 环球技术公 司、E2TECH公司和Petroline公司。
Enventure公司主要从事实体膨胀管的开发与技术服务。 该公司已经在现场应用这种技术43井次，膨胀套管长度达9148 米，823个套管单根。
上部表层富含砾石、流沙，中部含大段复合盐膏层，下部煤层发育。
侧钻井膨胀套管完井技术及应用
西部 探矿 工程
２ ０ １ ３ 年第 １ １ 期
侧 钻 井膨胀套 管完 井技术及应 用
马 明雷 ， 彭希 志 ， 张文博 ， 王 丽红 ， 梁 晓雷
（ 中石化胜利油 田分公司东辛采油厂 ， 山东 东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
摘 要： 侧 钻 井技 术具 有 节约投 资 、 中靶精 度 高和 剩余 油 富 集规模 要 求 小等优 势 ， 然 而制 约侧钻 井发
井技术有效地解决 了这一难题 ， 它提供 了改 变井身结构的技 术手段 ， 既能解决复杂地层钻进 以及井 眼 变径等 问题 ， Ｙ ， Ａｇ 大量 节 约钻 井成 本 ， 并能提 高 固井质 量 。针对 传 统 井身 结构存 在 的 问题 ， 采 用膨
胀套管 完井技术改进 、 完善 以及优化井身结构 ， 合理开发油气藏 ， 对 于老区的稳产、 增产及剩余 油气 资 源的再 开发 具 有极 其重 要 的意 义 。
关键词 ： 膨 胀套 管 ； 完井 ； 小 井眼 ； 侧 钻 井
中图 分类 号 ： Ｔ Ｅ ２ ５ ７ 文献标 识 码 ： Ｂ 文章编 号 ： １ ０ ０ ４ — ５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ — ０ ０ ７ ４ — ０ ５
膨胀管技术就是将管柱 （ 包括实体套管和割缝管 ） 下 到井 底 ， 以机械 或 液压 方 法 由上 到 下或 由下往 上 ， 通
展 的 因素也 多种 多样 。 目前 大 多数 油 水 井采 用 ５ — １ ／ ２ ” 套管 ， 而侧 钻 井段 所 采 用的 多为 ３ —１ ／ ２ 套 管 ，
井 眼直 径 受到 限 制 ， 这 既影 响 了井眼 泄 油 面积 ， 也 给后 期 的措 施 作 业 带来 了很 多 困难 。膨胀 套 管 完
膨胀管技术在钻井中的应用探讨
膨胀管技术在钻井中的应用探讨摘要：在我国目前的石油勘探开发中，随着技术的提升主要朝着深层系以及滩海与海上发展，其中尤以深井施工居多，施工过程中钻井的难度也不断增多。
伴着石油勘探开发的深入，采用可膨胀管技术不仅可以有效解决在钻井过程中的难题，还可以提高工作效率，以下本篇就将探讨膨胀管技术在钻井中的应用。
关键词：膨胀管技术钻井复杂地层钻井工程针对钻遇低压层以及漏失层时，强化套管封固，还可以增加套管的层次，并且将膨胀管技术应用到钻井之中，应用膨胀实体管与可膨胀波纹管，不仅可以简化施工过程中的套管程序，还将会提高施工效率。
以下就针对膨胀管钻井工程中，对于膨胀机理以及施工步骤进行研究，做具体介绍：一、膨胀管技术介绍膨胀管技术发展中，在20世纪90 年代初就可以对各种环境中，实施套管以及裸眼井安装，可以用于处理深井以及在超深井钻井过程中遇到的问题，膨胀管技术中，不仅可以隔离钻井中的风险，还可以在不改变上层套管内径尺寸的情况之下[1]，使用原钻柱组合继续进行钻进施工。
膨胀管技术也就是将膨胀管柱下入到井底之中，然后使用膨胀锥体利用液压的方式使膨胀管材产生永久的变形，从而可以实现增大采油管柱以及实现增大井眼内径的目标。
膨胀管技术在钻井方面，不需要固井施工，利用在顶部的塑性锚定机构以及液压伸缩装置，就可以对下部膨胀管进行膨胀，并且采用膨胀管技术进行钻井，可以在不用锚挂回接的情况下，直接就可以建立临时人工井壁，有效隔离存在问题地层，提高钻井施工的安全性，通过膨胀管技术就可以密封漏失地层，采用膨胀管技术进行矿井施工，可以避免施工地域的限制，在实际应用中取得良好的效果。
二、钻井中应用膨胀管的研究在钻井中应用膨胀管，其膨胀率大约在15%～25%，这些都将要远远大于修井以及完井领域中的膨胀率。
膨胀管力学性能研究发现，管材一定要满足在膨胀过程的应变性能需求，具有良好塑性变形的能力，只有选择适合的膨胀管材料，才可以有效实现对钻井的施工操作。
简析膨胀管和套管钻井等新技术在钻井中的应用
简析膨胀管和套管钻井等新技术在钻井中的应用发布时间：2022-05-31T01:36:52.089Z 来源：《新型城镇化》2022年11期作者：赵鲁鲁[导读] 同时建议我国应加快新兴钻井技术的研究和研制开发具有自主知识产权的钻井新工具，以缩小与国外先进钻井技术的差距，推动我国石油勘探开发的快速发展?中石化胜利石油工程公司黄河钻井总公司山东省东营市 257000摘要：随着国内石油天然气勘探开发向更深层位、边缘区带转移，施工难度逐步加大,对工程技术提出了更高需求?为满足勘探开发的要求，提高钻井工程效率?降低钻井成本，达到提高勘探开发整体效益的目的，国内外新兴起来了套管钻井?实体膨胀管技术?同时建议我国应加快新兴钻井技术的研究和研制开发具有自主知识产权的钻井新工具，以缩小与国外先进钻井技术的差距，推动我国石油勘探开发的快速发展?关键词：膨胀管;套管;钻井1 膨胀管和套管钻井等新技术概念1.1膨胀管技术概念膨胀管技术主要是采用一种具有良好塑性的金属套管,在液力或者机械驱动下在井下发生径向胀大,来解决石油勘探开发过程中的复杂地层封隔?尾管完井窗口密封?套损井补贴修复等工程技术难题?目前国内外均成立了专业研究机构与技术开发推广公司,形成了尾管悬挂封隔器?套管补贴修复?可膨胀衬管重复压裂?裸眼补贴等钻完井技术和金属管外封隔器等系列技术?其中膨胀式尾管悬挂器?裸眼补贴技术和套管补贴修复技术在国内已经开始大规模推广应用。
1.2套管钻井技术概念套管钻井是指在钻进过程中,用套管代替钻杆对钻头施加扭矩和钻压,向井下传递机械能量和水力能量来实现钻头旋转与钻进?井下钻具组合接在套管柱下面边钻进边下套管,完钻后起到钻柱作用的套管留在井内起完井作用?与常规钻杆钻井技术相比,套管钻井具有钻进时间缩短?井下故障降低?井控状况改善等优势,可保持起下钻时泥浆的连续循环,改善水力参数,改善环空上返速度和清洗井筒状况等?套管钻井技术的实施还存在一些困难,在套管钻井过程中,套管在交变载荷条件下,套管柱同时受到轴向荷载及旋转带来的扭矩荷载的作用,其受力状况与套管柱在非旋转情况下的受力状况有较大的差异,如何确保套管的抗扭?密封和连接性能是套管钻井在钻具强度设计过程中急需解决的问题?2 套管钻井技术2.1套管钻具组合在套管钻井技术的发展中,常用的方法是用套管代替钻杆,套管作为水动力和机械能传递的通道?研发一种回收式钢丝绳井下钻具组合,其与套管柱下端通过钻进锁紧装置连接。
膨胀管修套技术-讲稿
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1）杏北油田4～6行列丙南块X4－1－330井 2003年11月14日作业，采用Φ114X8膨胀管修复，膨胀管深度 964～972m，胀管压力40～42Mpa，4分钟左右完成胀管。 2）杏北油田4～6行列乙北块X6－1－127井 2003年11月8日作业，采用Φ114X8膨胀管修复，膨胀管深度 741～749m，胀管压力38～41Mpa，4分钟左右完成胀管。 经检测修复后，通径Φ110～112、试压15Mpa密封正常，两口 井已恢复正常。 并已在地面进行10根（近100米）丝扣连接的膨胀管补贴试验， 获得成功，为长井段应用创造了条件。
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1、段铣扩径技术：
1） 主要是用可变径的磨铣工具磨铣掉套损井段的套管，为加固修复 主要是用可变径的磨铣工具磨铣掉套损井段的套管， 套损井段提供条件。 套损井段提供条件。 对于错断口没有夹持落物的井，可以连续铣通套损井段。对于落 鱼与错断口平齐的井，为了减少段铣时间，提高施工效率，在段铣处 理错断口下部套管及落物一定长度后，下钻具下击落物，如果落物已 下移，则用探针铣锥等磨铣组合钻具，分步铣通套损井段。如果落物 仍夹持在套损井段，则继续向下段铣，直至铣通套损井段。
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三、大庆油田段铣扩径与膨胀管补套技术
目前，油田对套管错断井的大修主要有两种技术手段： 错断深度在900m以内的一部分井采用“取换套技术”修复。 其余大部分井采取“小通径套损井扩径技术”进行修复。存 在的主要问题是：错断口通径越小，施工难度越大、周期越 长、费用越高，而且错断口通径小于40mm的井尚无成熟的 修复工艺。 为此，开展了段铣扩径与膨胀管加固技术攻关。其目的 是为了进一步提高小通径套损井的修井技术，提高施工效率 和成功率，降低修井费用。同时探索一种适应于套损通径小 于40mm井的修复手段。
石油技术 钻修井 膨胀管技术一纸阐
膨胀管技术一纸阐一、膨胀管原理膨胀管是一种由特殊材料制成具有良好塑性的金属钢管，下入井内通过机械或液压的方法，使其在径向膨胀10-30%，以满足套管补贴、裸眼井段的封隔等不同工艺要求，膨胀后屈服强度和抗拉强度得到提高，达到或接近N80套管水平。
二、膨胀管技术膨胀管技术主要分三类：套管井膨胀管技术，裸眼井膨胀管技术，膨胀式尾管悬挂器技术。
（一）套管井膨胀管技术1、常规膨胀管补贴主要应用在套管变形、漏失、错段、薄弱套管加固以及封堵射孔层。
目前在国内每年规模施工150-200段，适用于API139.7mm、177.8mm、244.5mm套管及其他非标套管补贴。
139.7mm套管补贴后通径104mm-108mm；177.8mm套管补贴后通径139mm-143mm；244.5mm套管补贴后通径195mm-200mm。
常规井膨胀管补贴悬挂力≥40吨，密封压力≥15MPa，工作温度120℃（可订制更高级别膨胀管）。
2、耐高温膨胀管补贴金属+耐高温弹性体组合密封悬挂，使膨胀管的材料组合耐高温密封和悬挂功能各自独立又相互补充，实现超高温密封悬挂双保险。
膨胀管金属密封耐高温热采井最大工作温度达350℃以上，可承受多轮次注蒸汽吞吐对膨胀管密封性的要求。
3、耐高压膨胀管补贴满足高压注水井补贴密封需求：高压注水油田对膨胀管补贴后的密封压力要求高，需达到35MPa-45MPa，满足高压注水密封要求。
满足压裂井补贴密封需求：很多油田要求膨胀管补贴后的密封压力达到70MPa（超高压），对新钻井套管漏失、老井封层实施膨胀管补贴，满足后续压裂对套管密封性要求。
4、水平井膨胀管补贴修井、井筒再造重复压裂最新开发的耐高压膨胀管+可溶或可磨铣膨胀（跨接）管组合补贴技术，满足国内油田各类水平井修井补贴、井筒再造膨胀管封层重复压裂需求。
膨胀管补贴后压裂抗内压可达70-90MPa。
根据需要可订制可溶或可磨铣(暂堵)用膨胀管，补贴压裂后可全面恢复水平井原有套管通径。
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项
上海管力卜公司介绍
• 品种：不锈钢材料无缝管ZP05、ZP06型号 双区钢材料的低合金焊缝管ZP08型号 性能：高强塑性、高韧性、高硬度、拉伸不缩径；ZP05、ZP06具有良好耐 腐蚀性。 应用领域：油井、气井、水井、热采井含H2S、CO2、碱性较强的井 应用范围：钻井、修井、采油当中的套管修补、膨胀管悬挂、侧钻井、加深 井、错断井、完井……
滴西-17井膨胀管补贴
全国第一口气井补贴,管力卜公司提供产品和技术服务 施工设备：XJ—650修井机。 补贴深度：3515.48-3529.23m ；3005.21-3020.02m 套管内径：124.26mm 地层压力：25.2MPa ，测试关井最高地层压力48.6MPa 补贴原因：09年4－5月，多次采用水泥浆挤封J1b层3010－ 3016m井段，挤堵效果不好，试压不合格； 压井：密度1.5mg\cm3,无固相压井液90m3压井 启动压力：34MPa ，工作压力：30－45MPa
∮100~102mm空心磨鞋
（2）专用管材
强塑性膨胀管
施工现场
施工现场
施 工 现 场
施 工 现 场
膨胀管补贴技术应用
产品优势总结
项目
悬挂密封 产品性能 特殊橡胶 膨胀端抗压 抗外压 胀头特点 悬挂方式 装置工艺 可洗井封堵 连接扣型 防落物帽
ZP05－ZP08系列膨胀管
牢固硫化于本体 ＞55MPa ≥30MPa 摆线表面，智能摇摆，不卡井 软悬挂+硬悬挂，保证60吨 下井后，清洗投球 特殊偏梯口，承压＞60Mpa 防止砂子、落物等掉入
国内外同类产品
易开裂 数据不详 数据不详 锥柱表面，机械直进，易卡井 软悬挂 下井前清洗，膨胀前灌水 扣型无法承受高压 无相应装置
膨胀管补贴技术应用
业绩：
已施工过油田：新疆油田、吐哈油田、大港油田、吉林油田、冀 东油田、长庆油田、辽河油田、中原油田、江汉油田、胜利油田、 延长油田。
施工井数： 360 口；
膨胀管全井段内衬套管 技术方案交流
上海管力卜石油设备有限公司 二0一二年六月
交流提纲
一、膨胀管技术历史、现状 二、上海管力卜公司介绍 三、膨胀管补贴技术应用
四、全井段内衬套管方案说明
五、方案优势及难点
膨胀管技术历史、现状 膨胀管的发展历史
• • • • • • • • • • 1992年，由壳牌提出技术设想，开始研究可膨胀金属实体膨胀管。 1994年，应用膨胀锥膨胀割缝管及塑性管。 1998年，壳牌公司与哈里伯顿公司合资成立美国Enventure公司，膨胀 管开始实现商业化。 2002年 中石油勘探院作为技术课题，中国开发膨胀管开始起步。 2004年 我公司开始起步研究，发明ZP05膨胀材料，膨胀管性能优异。 2005年 Enventure 公司在中石化实施3年套损井治理计划，开始了国内 应用。 2006年，在中原油田我公司第一口井下井实施成功，同年通过技术鉴定。 2006年 中石油、中石化分别投资上千万深入开发研究膨胀管项目。 2008年，中石油开始大力推广膨胀管套损井治理项目。 目前膨胀管套损井治理项目向深度井、难度井（高温、气井、注水、压 裂）、斜度井、长井段等方向发展。
膨胀管技术历史、现状
• 膨胀管定义
具有高强塑性的管材，同时具有较高的塑性和强度，在发生塑性（扩 径）变化时，还能保证较高的金属强度。 特点： 1、高塑性
2、高强度
3、高加工硬化率
• 膨胀管技术：
主要是通过液压或机械的方式驱动锥体或滚球扩张膨胀管材，以及由
膨胀管材，膨胀工艺，膨胀相关配套工具组成的一项系统工程。 新技术一经出现，全面带动了钻井、完井、修井和悬挂等各层面工艺 的进步，国际上公认膨胀管技术是石油钻采技术的一次革命。
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上海管力卜公司介绍
系列强塑性石油膨胀管性能
项目 屈服强度-MPa 抗拉强度-MPa 延伸率-% 壁厚均匀度mm 耐压能力-MPa 类别 材质 功能元素 价格成本 启动压力 高强塑膨胀管-ZP05
膨胀前 365 950
膨胀后 560 960
61 ＜1 内压-60 外压-35 无缝管 不锈钢 镍、钒、钕 较高 高
序号 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 申请号 200410019001.7 200410019002.1 200410019863.X 200410020098.3 200510122335.1 200610016410.0 200610016411.5 200710059720.5 200520013824.9 200810036979.2 专利名称 含碳化钒的铁基形状记忆合金及其形状记忆封隔器的应用 铁基形状记忆合金修补油井套管的装置和方法 石油油井用膨胀合金材料及膨胀管装置 油田井下无氧燃烧加热装置 油田完井用膨胀管装置 膨胀管组合补井装置 上推式膨胀管补井装置 石油水平井膨胀防砂筛管装置和膨胀工艺方法 无封底膨胀管扩径装置 石油膨胀管悬挂器及施工工艺
上海管力卜公司介绍
上海管力卜石油设备有限公司
Shanghai Globe Petro-Equipment Co.,Ltd. 中国国内唯一一家，集研发、生产、销售、服
务于一体的专业石油膨胀管企业。
独创新型材料，专业成就尖端科技产品。 领先行业前例，全球合作共赢互惠互利。
上海管力卜公司介绍 荣誉
上海管力卜公司拥有膨胀管技术相关技术专利十 八项，其中发明专利十一项。 实体膨胀管技术2007年获上海市科学技术发明 奖、重点新产品、创新基金等多项奖励。
完成膨胀管补贴试压：补贴段上下试压，压力15MPa，历时 30min压降不降。
补贴后内通径φ 107mm，使用Ф 102mm*2m通井规通过，无遇阻 现象。 后期措施：60MPa压裂液压裂，恢复生产。
膨胀管补贴技术应用
（1）配套设备及工具 700型水泥车 2.7in钻杆或油管 70MPa高压水龙带及弯头
施工最深井： 3960 米；（新疆油田，盆 -5 井） 施工最长井段：单井补贴 96 米；（中原油田，文 1-44 ） 施工最多井段： 5 段补贴施工；（新疆油田，滴西 -205 ） 补贴上下段试压最高压力： 30MPa ； ( 吐哈油田，温西 10-39 ） 压裂作业最高压力： 60MPa ；（新疆油田，滴西 -17 ） 倾斜度最高斜井： 30 度；（冀东油田， G308-4 和 104-5P10 ） 施工成功率： 100% ；
全井段内衬套管方案说明
基本井况：
该井2003年完井，因盐池地区特殊的地质类型，整个井筒逐渐腐蚀，从 2012年起腐蚀情况日趋严重。 经过测井解释发现：1862.0～1946.0m 腐蚀严重形成穿孔，最大孔眼直 径达到25mm；2512.00～2520.0m内、外腐蚀同样严重，最大金属腐蚀量达到 43%；2098.00～2150.00m、2164.00～2172.30m、2502.00～2112.00m存在内 腐蚀，最大金属腐蚀量在20%～45%；685.0m、852.0～764.0m、785.8～ 2312.0m、2350.0～2355.0m、2407.6m、2466.00～2522.00m 外腐蚀严重。 因目前全井筒存在腐蚀、穿孔，造成出砂，结垢、水泡等问题，使油井 不能正常生产，急需采取措施加以治理。
方案优势及难点
方案优势：
施工后内径可达到 100mm ，射孔、压裂等常规工具可顺利下入，不
影响后期作业措施。
一次施工，整个井筒重新内衬套管，彻底解决套损造成的水淹、 砂埋等问题，有效恢复产油量。 施工过程不需要挤水泥固井等工艺步骤，工艺简单、对地层影响 小。
方案难点：
2000 多米长井段内衬套管，悬重达到 50 吨左右。 2000 多米管柱，双管下入，下入时间长。 施工成功率： 100% ；
上海管力卜公司介绍 上海管力卜公司重要里程
国内第一口二段补井：2007年6月新疆油田克八区85199井补贴深度分别为 2450.19-2467.51m、2181.71-2191.65m。 上海市发明奖：2007年12月膨胀管系列技术获上海市科学技术发明二等奖。 2009年4月在大港油田采用小修架封堵炮眼施工成功，施工深度2288米。 国内第一口高压气井：2009年5月新疆油田，3520、3210米两段修补，井 底压力46MPa，也是目前国内唯一能够气井补贴的公司。 2009年6月中原油田濮2-523加深完井施工成功，施工深度2552.6 米 施工 长度50米，5吋半套管加深完井后内通径106mm 2010年3月 新疆油田高温热采井施工成功，补贴段温度250°。 2011年4月中原油田补贴长度96米，目前我公司最长补贴井段。 2011年5月新疆油田补贴井深3960米，目前我公司最深施工井段。 2011年9月国内第一口大斜度井，冀东油田G308-4。
内衬套管打压 施工
试压检验
全井段内衬套管方案说明
施工所需的主要设备：
序号 1 2 名称 修井机 水泥车 型号规格 XJ250修井机或80t作业机 （根据甲方现场实际选用） 700型(膨胀管补贴用) 数量 1台套 1台套
施工所需的工具及材料
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 钻杆 通径规 刮管器 高压水龙带 高压活动弯头 钻杆短接 无接箍套管 实体膨胀管 发射装置及膨 胀锥 型号及规格 23/8″钻杆 Φ118mm-3m φ139mm弹簧式 10000psi 10000psi 2-5m 4吋半，Φ114.3 Φ110mmx2m Φ124.26 数量 3030m 1个 1个 1条 1个 10根 3000米 30套 1套 准备单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 施工单位 上海管力卜 上海管力卜 18m 备注
膨胀后 345 550 650 660 55 ＜1 内压-50 外压-35 无缝管 不锈钢 锰、氧化钕 高 中