《膨胀套管技术的发展及应用》ppt课件

1、中国石油勘探开发研讨院配备研讨所二O一二年八月膨胀套管技术的开展与运用石油钻采工程新技术新工艺目 录概述国外膨胀管技术开展现状国内膨胀管技术的研讨运用膨胀管技术开展方向膨胀套管技术是Shell公司于1990年代开场研发的一项新技术，1999年初次运用，被称为 “21世纪石油工业开展的中心技术之一。目前已开场广泛用于油田开发中。油水井套管是油气产出的通道，套管的完好是油气田实现油气产量硬增长的关键一环。随着我国各个油田进入开发后期，井筒维护、剩余油的挖潜、套损井的治理曾经成为各油田特别是老油田二次开发的重点任务油田的套管一、概 述中国石油所属油田每年上报的待修套损井数居高不下8000口左右，一些

2、老油田套损井比例曾经超越50，大量的井停产停注，可采储量损失严重膨胀管技术与常规技术相比具有强度高、密封可靠、修复后通径大等优点，特别适用于套损井修复套损井治理的重要性2021年井筒维护措施3500多井次，实践待大修井高达80009000口套损井修复技术套损修复技术对比套损类型传统措施膨胀管修复适应性膨胀管技术的优势轻微缩径变形机械整形变形量超过套管内径的12%爆炸整形工艺通径大，强度高套管变形、破裂、错断等双端密封加固通径大，强度高套管严重损坏取换套管周期短，成本低，不受井深限制膨胀管补贴技术为套损井复产提供了有力支撑，对老油田的挖潜改造有艰苦经济价值。膨胀管技术原理原理：可膨胀套管是一种由

3、特殊资料制成、具有良好塑性的金属钢管，下入井内后进展膨胀，在冷作硬化效应下，管材强度和刚性得到提高，膨胀变形后的机械性能到达API套管钢级的程度。原理视频动画 四大关键技术：1管材难题化学成份、性能、热处置形状和尺寸公差 膨胀前：要求资料延伸率高，易于膨胀变形 软膨胀后：机械性能根本到达普通套管程度 硬2膨胀锥主要处理长间隔、延续可反复运用、高强度、耐磨3膨胀螺纹多根衔接、长间隔膨胀，衔接强度及膨胀后密封技术4减摩难题变形量冷作硬化塑性变形点应力值膨胀管关键技术膨胀管技术运用范围该项技术有多种用途，目前按照运用环境分为两大类： 最终目的： 1以全井同一尺寸套管，替代现有的多层套管构造。可以：节

4、省59%的钻屑处置费用降低38%的套管分量节省42%的固井水泥节省44%钻井液用量。2裸眼系统：尾管悬挂：悬挂牢靠，通径最大；老井加深/侧钻：用膨胀管完井，通径大。1套管内补贴：套管加固、堵水及层系封堵；膨胀管技术运用范围2用套管替代钻杆钻井，可以：减少起下钻的时间比传统用钻杆起下钻大约快5倍至10倍；减少井下复杂情况的发生；改善水力参数、环空上返速度和清洗井筒的情况；钻井本钱将大大下降打一口井深为10000ft的井，和传统钻杆钻井方式相比，估计可节约费用30以上。运用1：套损井加固、层系封堵套损井加固 利用膨胀管技术进展套损井修复加固，修复后不仅强度高，而且通径只减少两个膨胀管壁厚，遭到油田

5、的普遍欢迎，对老油田的挖潜改造有艰苦经济价值。油田堵水及层系封堵 利用膨胀管技术进展堵水及层系封堵，不仅密封承压效果好、封堵井段通径大；而且不影响泵挂的下入深度。 与化学堵水工艺相比：施工工艺简单、本钱低、有效期长;假设需求重新利用，可以采取射孔的方法，实现完全或部分翻开。运用2：老井加深/侧钻 利用膨胀管完井，下入井内再膨胀，处理了5 套管内再进展下部油层开发面临的套管直径过小问题，对老油田的二次开发具有重要意义。 假设利用老井眼加深，下部的套管用膨胀管做为完井套管，可以得到更大的通径，以顺应常规的井下工具。运用3：尾管悬挂 常规卡瓦式悬挂器由于其悬挂方式的缘由，会有坐挂失败或者倒扣失败等平

6、安隐患，并且其环空重叠段水泥环封固质量不易保证。膨胀管式尾管悬挂器可彻底处理上述问题。 采用膨胀管式尾管悬挂：悬挂牢靠不受井深和温度的限制尾管重叠段相对更短。 两种悬挂方案对比运用4：钻井工程应急套管 钻井过程中，经常遇到井眼垮塌、恶性漏失等井下复杂情况：这些情况的出现，将导致提早下套管，从而，使原设计的套管序列无法满足钻井设计的要求，甚至无法钻达目的层。 利用膨胀管技术，可在原有的套管序列间添加一层应急套管，对有问题的层段进展封堵，从而确保钻达目的层。全井同一尺寸套管 海上钻井总本钱可以节约33-48%。如一口1500米深水水域、井深为8800米的油井，分析结果阐明单一井径油井可节约1200

7、3100 万美圆的钻井本钱。概述国外膨胀管技术开展现状国内膨胀管技术的研讨运用膨胀管技术开展方向目 录二、国外膨胀管技术开展现状国外开展历史：20世纪90年代初，开场套管膨胀变形的能够性研讨；1993年在挪威进展了第一次概念性实验；1998年Shell和Halliburton公司合资成立Enventure公司，并 率先进展了模拟井下实验；1999年Chevron公司进展了第一次现场运用实验；20世纪末到达商业化运用程度。膨胀管技术在国外开展较快，已有多家公司进展膨胀管的技术研发，并且广泛运用于套管修复、裸眼系统以及膨胀筛管完井等领域。膨胀方案在国外分为液压和机械两种方式。二、国外膨胀管技术开展

8、现状国外公司的主要技术特点：Enventure公司，实体膨胀管技术为主；Halliburton 公司，综合完井方案为主；Weatherford 公司，综合完井和膨胀筛管；Baker Hughes公司，综合完井方案为主 ；俄罗斯Tatnipinefi设计院，波纹管及实体膨胀管。 国外公司在国内进展的与实体膨胀管相关的技术效力，以Enventure公司最早、最具代表性，其技术先进，价钱昂贵。 二、国外膨胀管技术开展现状套管补贴普遍采用了直缝焊管ERW公用管材胀后强度曾经到达N80钢级目的作业施工压力低于30MPa一次膨胀长度到达1700米曾经开发出膨胀式尾管悬挂器、膨胀筛管防砂系统国外曾经胜利地完

9、成了单一井径系统主要工具的实验。套管补贴尾管悬挂445/3单不断径钻井老井加深/侧钻膨胀筛管二、国外膨胀管技术开展现状普通膨胀管井身设计单不断径井Baker Hughes曾经进入现场实验阶段单不断径井钻井目 录概述国外膨胀管技术开展现状国内膨胀管技术的研讨运用膨胀管技术开展方向1、常规套管补贴技术；2、程度井用全内置膨胀管技术；3、薄壁大通径膨胀管技术；4、高温热采井用耐高温膨胀管技术；5、长段腐蚀套管修复；6、膨胀套管裸眼系统；7、免钻胀捞一体化膨胀管工具；8、衔接螺纹及密封技术9、仿生减磨技术10、程度井多分支井完井技术 国内技术开展引见：三、国内膨胀管技术的研讨运用更强事故处置才干卡簧钻

10、杆扣添加引鞋 经过性更好 构造改良胀锥丝堵花键构造由下丝堵、膨胀器、衔接杆、膨胀管、油管、打压接头等部分组成。1、常规套管补贴工具高压泥浆下放管柱密封环可膨胀管2膨胀管尾可膨胀管1套管可膨胀螺纹下封头膨胀锥实验条件：膨胀管发射腔冲压台架；打压实验台架；多参数实时监控综合实验平台发射腔冲压台架打压试压台架传感器及电源采集卡、监控程序界面膨胀管综合实验台膨胀套管综合实验台架实验试件：膨胀螺纹大直径膨胀螺纹密封段切片破坏的膨胀螺纹悬挂试件膨胀锥疲劳实验膨胀套管综合实验台架数据处置：资料对膨胀力影响锥角与膨胀率减压效果光滑介质对膨胀力影响膨胀锥角度对膨胀力影响膨胀套管实验可用于51/2、7、95/8及

11、非标套管修复；51/2套管修复后通径到达108mm最大114mm 以上； 膨胀管抗内压91MPa,抗外压51MPa，超越J55钢级；膨胀螺纹抗内压45MPa；抗外压15MPa；补贴加固长度已到达150.7m；悬挂力450KN；最大任务温度350；膨胀管补贴技术性能修复后通径大，方便后续作业；密封效果好，强度高。编制国家规范不断完善 从方案设计、井眼预备、施工顺序及操作规程、验收、HSE等方面进展规范配备所主持编制了、等国家、行业规范施工工艺规范现场施工工艺流程： 中石油膨胀管补贴技术曾经在大庆、胜利、辽河、长庆等国内11个油田得到了现场运用推行，累计总施工井数超越了850口2021年250口，

12、在油田产生了较大经济效益，每年直接效益折合数亿元。运用情况 施工后续跟踪：杏3-1-226井2005年1月测井径曲线2007年6月测井径曲线 对2005年1月膨胀管施工的杏3-1-226井进展了后续效果跟踪。2005年与2007年测井径曲线进展比较，补贴段井径并无明显变化。运用情况 目前国内外膨胀管补贴作业中大部分设计为膨胀锥带动打压管柱油管或钻杆上行，液体压力必需对抗管柱重力、管柱与套管内壁的摩擦力。随着井斜角度的添加，管柱摩擦力急剧增大，导致膨胀力过大，降低施工可靠性。为此，研制了斜井、程度井公用的减摩膨胀工具及其配套施工工艺，以满足斜井程度井套管修复作业需求。2、程度井用全内置膨胀管技术

13、 针对斜井、程度井管柱摩擦阻力大的难题，研制了基于内置拉杆的膨胀管补贴工具，彻底处理了管柱摩擦问题。技术优势：大钩悬持管柱，管柱补贴位置更准确；膨胀锥为自上而下膨胀，方便后续事故处置；在膨胀过程中，行走部件全内置，无额外摩擦阻力，膨胀压力最低，接近地面实验值；上丝堵倒扣丢手翻开通道，免钻，节省一趟管柱。2、程度井用全内置膨胀管技术3、薄壁大通径膨胀管技术堵水及层系封堵： 随着油田开发进入高含水期，堵水及层系封堵的消费需求越来越多。目前采用的下封隔器、爆炸式机械堵水以及化学堵水等常规堵水工艺都存在明显缺乏，已不能满足消费需求。机械堵水：爆炸式堵水存在密封承压差、封堵井段长度受限、悬挂不牢等缺陷；

14、下封隔器堵水那么存在通径小、有效寿命短等缺陷。化学堵水：化学堵水施工工艺复杂、有效期受限；挤水泥容易呵斥二次套损风险；解堵不完全。膨胀管技术进展堵水及层系封堵：密封承压效果好、封堵井段通径大，深度、长度不受限；不影响泵挂的下入深度；施工工艺简单、可靠性高、有效期长；可重新射孔，实现完全或部分翻开。适用范围：51/2套管的堵水、层系封堵技术目的：修复后内径114mm； 管材外径114mm，壁厚5mm； 抗内压35MPa，抗外压15MPa；研讨成果：5mm膨胀螺纹问题已处理； 已实现长段补贴； 大通径膨胀管构造设计、尺寸设计；参数校核、有限元分析；零部件外协加工，样机试制；对膨胀、密封、悬挂等性能

15、进展室内实验；样机完善，现场实验。任务内容:3、薄壁大通径膨胀管技术对修井作业领域的影响传统膨胀管施工工具分类工具外径mm适用性新型膨胀管施工工具分类工具外径mm适用性打捞类工具打捞公锥105打捞类工具打捞公锥106105106打捞母锥114打捞母锥115114115通井规工具114通井规工具115114115切割类工具机械内割刀101切割类工具机械内割刀102101102震击器类工具108震击器类工具109 对于后续修井作业的影响：3、薄壁大通径膨胀管技术4、高温热采井用耐高温膨胀管技术 常规膨胀管技术采用橡胶密封，最大任务温度 140 ，无法满足辽河、塔里木等油田热采井、深井等高温井套损修

16、复的需求。 为此，对耐高温的膨胀管套管补贴技术进展公关，以处理高温井350以上套损治理、油田堵水及层系封堵的实践消费需求，进一步提升国内油田套损井修复技术程度。 开发了新型密封机构的耐高温膨胀管，可用于热采井、深井等高温井套管修复。技术目的：最大任务温度 350； 单组密封，液体密封压力 17MPa； 单组密封，悬挂力100kN； 膨胀任务压力45MPa；现场运用：辽河油田曙1-06-012井热采井 补贴位置1051m1060.2m，工具长度9.2m； 修复后内径 141mm，耐压 17MPa。4、高温热采井用耐高温膨胀管技术 长庆油田由于Cl腐蚀呵斥套管大段损坏，严重影响油气消费；常规技术无

17、法处理这一问题，而受长庆油田单井本钱的限制，防腐套管完井、膨胀管长段整体补贴等技术无法规模化运用。 中国石油勘探院配备所针对这一难题，利用膨胀管技术优势，开发出了膨胀套管坐封技术，为长段腐蚀套管修复提供了一个新思绪，一种新手段。延续的半圆腐蚀5、长段腐蚀套管修复技术现场运用： 长庆油田采油二厂剖33-03井：坐封段1654m1658m；华180-3井：坐封段1448m1460m；定31 - 1井：坐封段1719m1933m；膨胀管坐封小套管二次完井结论：膨胀管坐封小套管二次完井具有悬挂牢、耐压才干好、有效寿命相对较长等优点；套管腐蚀后井筒情况复杂，必需对施工工艺参数进展深化研讨；现有方案的有效

18、寿命需进一步研讨考核。5、长段腐蚀套管修复技术完井技术方案1： 膨胀管尾管悬挂器+实体膨胀管+自膨胀橡胶封隔器开窗套管膨胀管喇叭口悬挂回接悬挂胶筒膨胀橡胶膨胀橡胶封隔器普通橡胶浮鞋完井管柱构造表示图复合胶塞胶压塞碰6、裸眼系统在侧钻井中运用该技术综合实体膨胀管、自膨胀橡胶封隔器、膨胀式尾管悬挂器和程度井分支井技术等4项优势技术，提出了膨胀套管裸眼系统技术，为侧钻井开展提出了一个新思绪。27/8油管23/8油管膨胀锥丝堵性能参数：完井后套管内径103mm；膨胀管抗内压91MPa,抗外压51MPa，超越J55钢级；膨胀螺纹抗内压45MPa；抗外压15MPa；悬挂力450KN；膨胀橡胶封隔器完井管柱

19、6、裸眼系统在侧钻井中运用现场实验：实验井位：大庆油田杏3-丁2-侧平322井技术数据：侧钻点井深892m；最大井斜0.28 deg/m；造斜段长度324.7m；程度段长度150m；膨胀套管总长 500m。施工方案：开窗深度960m；井底闭合距：296.35m；造斜段长度207.8m，程度段长度167m；采用射孔完井；6、裸眼系统在侧钻井中运用特点：橡胶密封，环空密封段短，密封压力35MPa，彻底处理卡瓦式悬挂器尾管重叠段环空密封不严的问题。通径大，可在5-1/2 套管内悬挂4无接箍套管，相应尺寸采油泵可经过悬挂器下入到尾管串中，泵下深不受悬挂器内径的影响。现场可操控性强。1工具长度短，下放容

20、易，可在0-90井斜中恣意位置座封，不受井 斜位置限制；2丢手简单，座封完成后直接上提丢手；3施工压力不高。6、裸眼系统在侧钻井中运用适用范围：普通直井，斜井和程度井，可在0 90恣意井斜位置悬挂；深井、超深井，液压力和机械力共同作用，确保悬挂器顺利膨胀坐封紧急情况可平安丢手高压井，密封35MPa，耐温180。规格参数与技术目的：规格75 455 3 4108x7密封压力35MPa35MPa施工压力22-25MPa25-28MPa悬挂力600KN-1200KN600KN-1200KN悬挂内径136108耐温橡胶耐温180橡胶耐温180管体耐温350管体耐温350悬挂器内通径尾管通径6、裸眼系统

21、在侧钻井中运用消费需求：斜井、程度井，不允许施工过程中井下有落物；施工周期短、速度快，效率要求高；胀捞一体化膨胀管工具： 适用无转盘动力，免钻，可缩短施工时间。效果： 单根补贴节省一趟钻。胀捞一体化管柱7、胀捞一体化膨胀管工具 随着膨胀管技术推行范围和数量的添加，现场工况越来越复杂，对反复运用的膨胀锥寿命可靠性、膨胀最低压力要求也越来越高，常规光滑减磨技术很难进一步提高性能。 前期根底：以51/2套管膨胀管工具为例。常规技术膨胀压力30MPa；膨胀锥室内行走间隔累计600m；大庆、吉林现场施工，膨胀锥任务寿命5口井/个。膨胀锥造斜段光滑；管内外表的减磨固体涂层；管内外表的防腐涂层。 仿生减磨技

22、术：微胶囊技术8、仿生减磨技术 任务内容：数值仿真实际研讨；对微孔胶囊光滑进展了初步研讨；制造了11个膨胀锥试样，完成了2轮室内实验；对方案进展调整，预备第3轮室内实验。 数值仿真初步结果： 取摩擦系数为0.15时，变形能为92.33kN驱动力所做功，摩擦能是64.75kN驱动力所做功。变形能占总能量耗费的58.8%，摩擦能占总能量耗费的41.2%。8、仿生减磨技术 多分支井技术在国外被称之为“21世纪用钻井的方法有效提高单井产量、降低本钱的最具出路的技术。目前，配备所具有7和9多分支井4级完井技术，已在中海油天津分公司陆上实验井、埕北油田A平台CB-A22井、 CB-A10井和渤海石油公司南

23、堡NB35-2-A6mh井胜利进展了四次施工，技术工艺成熟。 技术优势：9、程度井多分支井完井技术膨胀管定位器，悬挂牢，定向可靠；主井筒通径最大明显优于国外同类方案；支井选择性重入可靠四级完井情况下，优于国外设计；支井数目、支井间距不受限制适用于新井、老井侧钻。支井主井油气藏 用同样的方法钻成上部多个分支井，主井眼只减小膨胀管的两个壁厚。膨胀管定位器技术分支井选择性重入分支井选择性重入刮管通径下膨胀管定位总成陀螺定向起出膨胀管总成送入工具调整斜向器工具面角后焊接下斜向器总成起出斜向器总成送入工具分支井现场运用目 录概述国外膨胀管技术开展现状国内膨胀管技术的研讨运用膨胀管技术开展方向高性能膨胀管材研讨；热采井用耐高温膨胀管；多类型膨胀方式研讨；程度井多分支井完井技术钻井在漏层封堵和单不断径井上的开展；膨胀套管钻井技术； 关注的未来开展方向：四、膨胀管技术开展