膨胀管补贴技术

对井筒处理后, 用管柱将膨胀管及其组件 输送到预定位置后, 在地面用高压泵正注工作 液通过油管、连接杆内腔, 穿过膨胀头进入膨 胀管下部封闭空间, 以液体传递压强的特性, 迫使膨胀头上行, 膨胀管被膨胀头扩径膨胀紧 贴在套管壁上产生塑性变形, 在高压上顶力的 作用下管柱负荷趋向降低, 上提管柱到管柱悬 重, 持续打压并上提管柱, 当胀头上行至膨胀 管上端时, 油套连通, 泵压下降, 膨胀管完成 整体膨胀, 紧贴于套管并锚定与密封。
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膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴工艺技术原理
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其它膨胀管应用原理
切削量： 70m3 泥浆/水泥量：
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切削量：
230m3 泥浆/水泥量： 445m3 使用的钻机大
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150m3
使用的钻机小
7”
使用可膨胀套管技术预计节约钻井费用在50%以上。
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
前
言
膨胀管分为割缝膨胀管和实体膨胀管。
割缝膨胀管主要用于封隔复杂层段、防砂。
实体膨胀管主要用于修补套管和进行多分支井、单一井径 油井的完井等。 膨胀管在堵漏、修复、防塌和防砂方面为钻井和井下作业 提供了一种新的方法和手段,可使用膨胀管来减小上部井眼尺寸, 以节省井口设备、钻井液、循环时间、水泥、钻头等费用 , 有 较高的推广价值。
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膨胀管补贴工艺技术原理
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其它膨胀管应用原理
• 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。
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膨胀管补贴技术发展历程
• 国内于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φ 219×12的管材实现了内径膨胀 率20%。 • 利用有限元方法完成了膨胀机理分析。 • 研究确定了膨胀套管对材料性能、管径与壁厚的基本要求。
• 2003年在大庆 进行了首次施 工。 • 至目前据不完 全统计，套管 修复施工已达 到300口井。
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膨胀管补贴工艺技术原理
膨胀管补贴工艺是一种机械膨胀装置集合体, 靠液体压
力推进, 下井的膨胀管管件通过膨胀锥体或心轴推进产生冷
拔一样的塑性变形, 达到扩大膨胀管管径形成密封的目的。
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膨胀管补贴工艺技术原理
2 膨胀管材料特性
膨胀管是一种由特殊材料制成的具 有良好塑性的金属钢管, 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, 即膨胀变形后达到API标准N80钢级水平. 在井下通过机械或液压的方法使膨胀管 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
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膨胀管补贴工艺技术原理
2 膨胀管材料特性
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴工艺技术原理
3 膨胀管核心技术
1.膨胀管材技术（包括管材化学成份、 性能、热处理状态和尺寸公差 控制标准） 膨胀管材料性能要求材料延伸率高， 易于膨胀变形，膨胀变形后机械性能基本 达到普通套管水平。 2.膨胀管连接技术（膨胀螺纹技术）
主要用于封堵漏失层和高压水层、封隔破裂带、修补损坏套
管和封堵已射孔套管。补贴长度不限, 可封堵连续补孔层位,
具有耐压能力高、有效期长的特点。
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膨胀管补贴工艺技术原理
1 膨 胀 管 一种由特殊材料制成、具有良好塑性 的金属钢管，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，以满 足不同工艺的要求 ; 同时，在冷做硬化效
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膨胀管补贴工艺技术原理
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其它膨胀管应用原理
• 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。
膨胀后的螺纹密封技术（等径同步膨
胀）
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膨胀管补贴工艺技术原理
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膨胀管补贴工艺管柱结构
膨胀管补贴工艺管柱结构分为内外管柱,各部分组成如下: 外管柱组成:浮鞋总成+涨头+膨胀管+悬挂器 内管柱组成:对接器(卡瓦锁紧)+张力杆(或小管柱)+扶正器+
安全接头+管柱至地面
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
提
纲
膨胀管补贴技术发展历程 膨胀管补贴工艺技术原理 膨胀管补贴工艺施工程序 工 艺 分 析 与 认 识
膨胀管补贴技术发展历程
• 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。 • 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
• 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。
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴技术发展历程
• 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13 3/8”、 9 5/8”、7”、5 ½”套管系列。
应下，管材强度和刚性得到提高，膨胀变
形后的机械性能达到API套管钢级的同等水
平。
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膨胀管补贴工艺技术原理
2 膨胀管材料特性
当金属材料受到的应力超过材料的屈服 极限应力时 , 塑性变形开始 , 应力增大 , 变 形不再随应力呈线性增加 , 解除应力时材料 保持变形后的形状。达到强度极限应力时 , 材料最终破坏。膨胀管基于金属材料这一特 性 , 选择了一个膨胀区间 , 即膨胀管膨胀过 程中 , 使应力始终保持在材料的屈服点以上 合理的范围 , 使其适度的膨胀 , 避免材料的破 坏,如图
通 井
套管刮削
定径刮铣
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膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管
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下膨胀管外管柱总坐于井口
依据需要封堵补贴层段长度, 考虑一定 附加量确定膨胀管的长度 将带有导向式浮鞋总成及内置膨胀头+膨 胀管下入井内, 依次接入一定量的膨胀 管继续下入 下入膨胀管
确定长度
下外管总成
对接膨胀头
加压对接膨胀头
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膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管
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连接安全接头下入管柱至目的深度
调整连杆长度
装配密封接头,调整调节环与膨胀管适配(位置及紧密度)
连接安全接头+校深定位短节 连接送井管柱依次下入管柱至目的层附近
中途遇阻可采取循环等方法解除,切不可大力上提
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管
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打压膨胀施工,边打压边上提管柱
采用物理等测井方法校正深度位置
调整管柱, 使膨胀管位置对准封堵补贴层段 正循环井液,投球关闭膨胀器底部接头 打压并提管柱,胀管,至泄压悬重恢复正常,即为膨胀结束 当膨胀管中间有接头时,在打压中间停留稳压观察 提出管柱+安全接头+调节短节+连杆+膨胀头等管件
膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管
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井筒处理
验证套管的完整性及畅通情况, 同时对管柱进行试压, 验证油管的密 封性和完好程度, 以满足后续的高压施工。 刮削器, 对套管内壁进行清理, 并进行热水洗井, 以便更好的清理和 清除套管内的油污、硬蜡和铁锈、垢、毛刺等, 保证膨胀管能顺利下 到预定深度。 工具见下图,用循环液作为驱动刮削片伸缩的媒介迫使刮削片与套 管充分接触, 以更彻底的清除套管内壁的毛刺、铁锈和垢等, 从而 更有效的确保可膨胀管与套管的密封性。
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
工 艺 分 析 与 认 识
3.膨胀管之间丝扣密封是技术关键。长井段封堵需要接多根膨 胀管, 关键是其丝扣之间的密封, 影响丝扣密封的因素有偏扣、未 上紧、下钻过程中管柱旋转导致松扣等。此外, 丝扣上的过紧会导 致膨胀管缩径, 致使膨胀器无法通过使施工失败。 4.该项技术完善了华北油田套损井修复技术, 为华北油田套损 井综合治理提供低成本、高修复率的实用技术。对提高油田套损井 修复率和利用率有着积极的意义, 也为油田后期开发提供了更加广 泛的调整空间。
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴工艺技术原理
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膨胀管补贴工艺管柱结构
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴工艺技术原理
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膨胀管补贴工艺管柱结构
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴工艺技术原理
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膨胀管施工工艺技术原理
高压流体 送井管柱 密封环 膨胀管1 膨胀连接螺纹
1.膨胀管补贴是一项新颖的套管堵漏、封堵工艺技术。与其他补 贴工艺相比具有实现长段、整段密封, 能保持较大的通径, 同时具 备加固套管、防止出水段套变恶化加剧等优点, 施工工艺简单, 可 实现长井段封堵, 实用性强, 在修复套管、堵漏、防塌和防砂方面
提供了一种新的方法和手段。
2.井筒清理、处理是不可缺失的工作。膨胀管补贴施工要求 井筒畅通, 需进行通井、热洗、刮削、定径刮铣等井筒前期处理, 为膨胀管顺畅下入提供保证, 也为封堵后密封创造条件。
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。
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴技术发展历程
• 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2007年12月 Enventure共为全球70家公司作业了636口井，膨 胀套管总长超过205000英尺、膨胀螺纹接头7500个，其中2007 年一年作业近100口井。 • 目前可进行工业应用。
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管
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试压检验
试压目的是检验可膨胀管连接之间的丝扣密封性以及与套管之 间的密封性 膨胀补贴管之间的丝扣连接密封性检验,可在实施补贴时在胀头上
行到补贴管最上边暂停,稳压观察进行检验
膨胀补贴管与套管的密封直接井筒试压验证。对于上部有打开的层位, 则使用封隔器试压验证.
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膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管
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井筒膨胀完井处理
目的是对膨胀管下堵接头进行磨铣去除，打通和修整井筒通道 为使补贴后膨胀管的上下端口平滑、规则，采用上下都有刃齿磨鞋 进行磨铣修口。
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
源自文库
工 艺 分 析 与 认 识
坐井口
将最后一根膨胀管下入后坐于井口 连接膨胀螺纹
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膨胀管补贴施工程序-封堵和补贴套管
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从外管内下入内管总成,与膨胀头对接
下连接杆总成
依次下入连杆(小直径高强度油管或钻杆),下带与膨胀头相配 的对接密封头
探试膨胀头
:加压探试并依据连杆深度确定位置到达膨胀头
膨 胀 管 补 贴 工 艺 及 应 用 实 践
套管
膨胀管2
膨胀锥 膨胀管尾 下接头
膨胀管补贴工艺技术原理
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其它膨胀管应用原理
常规钻井中是将13”、9”、7”、5”不同尺 寸的套管逐次下入井中，从井口到目的 层的尺寸是逐渐缩小的。带来的问题是 当未能回接到井口时，产生井内台阶， 造成下入工具困难。 工程结果有可能因为有限的套管程序达 不到目的层。