《膨脹套管技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用》ppt課件

1、中國石油勘探開發(fā)研討院配備研討所二O一二年八月膨脹套管技術(shù)的開展與運用石油鉆采工程新技術(shù)新工藝目 錄概述國外膨脹管技術(shù)開展現(xiàn)狀國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研討運用膨脹管技術(shù)開展方向膨脹套管技術(shù)是Shell公司于1990年代開場研發(fā)的一項新技術(shù)，1999年初次運用，被稱為 “21世紀(jì)石油工業(yè)開展的中心技術(shù)之一。目前已開場廣泛用于油田開發(fā)中。油水井套管是油氣產(chǎn)出的通道，套管的完好是油氣田實現(xiàn)油氣產(chǎn)量硬增長的關(guān)鍵一環(huán)。隨著我國各個油田進入開發(fā)后期，井筒維護、剩余油的挖潛、套損井的治理曾經(jīng)成為各油田特別是老油田二次開發(fā)的重點任務(wù)油田的套管一、概 述中國石油所屬油田每年上報的待修套損井?dāng)?shù)居高不下8000口左右，一些

2、老油田套損井比例曾經(jīng)超越50，大量的井停產(chǎn)停注，可采儲量損失嚴重膨脹管技術(shù)與常規(guī)技術(shù)相比具有強度高、密封可靠、修復(fù)后通徑大等優(yōu)點，特別適用于套損井修復(fù)套損井治理的重要性2021年井筒維護措施3500多井次，實踐待大修井高達80009000口套損井修復(fù)技術(shù)套損修復(fù)技術(shù)對比套損類型傳統(tǒng)措施膨脹管修復(fù)適應(yīng)性膨脹管技術(shù)的優(yōu)勢輕微縮徑變形機械整形變形量超過套管內(nèi)徑的12%爆炸整形工藝通徑大，強度高套管變形、破裂、錯斷等雙端密封加固通徑大，強度高套管嚴重損壞取換套管周期短，成本低，不受井深限制膨脹管補貼技術(shù)為套損井復(fù)產(chǎn)提供了有力支撐，對老油田的挖潛改造有艱苦經(jīng)濟價值。膨脹管技術(shù)原理原理：可膨脹套管是一種由

3、特殊資料制成、具有良好塑性的金屬鋼管，下入井內(nèi)后進展膨脹，在冷作硬化效應(yīng)下，管材強度和剛性得到提高，膨脹變形后的機械性能到達API套管鋼級的程度。原理視頻動畫 四大關(guān)鍵技術(shù)：1管材難題化學(xué)成份、性能、熱處置形狀和尺寸公差 膨脹前：要求資料延伸率高，易于膨脹變形 軟膨脹后：機械性能根本到達普通套管程度 硬2膨脹錐主要處理長間隔、延續(xù)可反復(fù)運用、高強度、耐磨3膨脹螺紋多根銜接、長間隔膨脹，銜接強度及膨脹后密封技術(shù)4減摩難題變形量冷作硬化塑性變形點應(yīng)力值膨脹管關(guān)鍵技術(shù)膨脹管技術(shù)運用范圍該項技術(shù)有多種用途，目前按照運用環(huán)境分為兩大類： 最終目的： 1以全井同一尺寸套管，替代現(xiàn)有的多層套管構(gòu)造。可以：節(jié)

4、省59%的鉆屑處置費用降低38%的套管分量節(jié)省42%的固井水泥節(jié)省44%鉆井液用量。2裸眼系統(tǒng)：尾管懸掛：懸掛牢靠，通徑最大；老井加深/側(cè)鉆：用膨脹管完井，通徑大。1套管內(nèi)補貼：套管加固、堵水及層系封堵；膨脹管技術(shù)運用范圍2用套管替代鉆桿鉆井，可以：減少起下鉆的時間比傳統(tǒng)用鉆桿起下鉆大約快5倍至10倍；減少井下復(fù)雜情況的發(fā)生；改善水力參數(shù)、環(huán)空上返速度和清洗井筒的情況；鉆井本錢將大大下降打一口井深為10000ft的井，和傳統(tǒng)鉆桿鉆井方式相比，估計可節(jié)約費用30以上。運用1：套損井加固、層系封堵套損井加固 利用膨脹管技術(shù)進展套損井修復(fù)加固，修復(fù)后不僅強度高，而且通徑只減少兩個膨脹管壁厚，遭到油田

5、的普遍歡迎，對老油田的挖潛改造有艱苦經(jīng)濟價值。油田堵水及層系封堵 利用膨脹管技術(shù)進展堵水及層系封堵，不僅密封承壓效果好、封堵井段通徑大；而且不影響泵掛的下入深度。 與化學(xué)堵水工藝相比：施工工藝簡單、本錢低、有效期長;假設(shè)需求重新利用，可以采取射孔的方法，實現(xiàn)完全或部分翻開。運用2：老井加深/側(cè)鉆 利用膨脹管完井，下入井內(nèi)再膨脹，處理了5 套管內(nèi)再進展下部油層開發(fā)面臨的套管直徑過小問題，對老油田的二次開發(fā)具有重要意義。 假設(shè)利用老井眼加深，下部的套管用膨脹管做為完井套管，可以得到更大的通徑，以順應(yīng)常規(guī)的井下工具。運用3：尾管懸掛 常規(guī)卡瓦式懸掛器由于其懸掛方式的緣由，會有坐掛失敗或者倒扣失敗等平

6、安隱患，并且其環(huán)空重疊段水泥環(huán)封固質(zhì)量不易保證。膨脹管式尾管懸掛器可徹底處理上述問題。 采用膨脹管式尾管懸掛：懸掛牢靠不受井深和溫度的限制尾管重疊段相對更短。 兩種懸掛方案對比運用4：鉆井工程應(yīng)急套管 鉆井過程中，經(jīng)常遇到井眼垮塌、惡性漏失等井下復(fù)雜情況：這些情況的出現(xiàn)，將導(dǎo)致提早下套管，從而，使原設(shè)計的套管序列無法滿足鉆井設(shè)計的要求，甚至無法鉆達目的層。 利用膨脹管技術(shù)，可在原有的套管序列間添加一層應(yīng)急套管，對有問題的層段進展封堵，從而確保鉆達目的層。全井同一尺寸套管 海上鉆井總本錢可以節(jié)約33-48%。如一口1500米深水水域、井深為8800米的油井，分析結(jié)果闡明單一井徑油井可節(jié)約1200

7、3100 萬美圓的鉆井本錢。概述國外膨脹管技術(shù)開展現(xiàn)狀國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研討運用膨脹管技術(shù)開展方向目 錄二、國外膨脹管技術(shù)開展現(xiàn)狀國外開展歷史：20世紀(jì)90年代初，開場套管膨脹變形的能夠性研討；1993年在挪威進展了第一次概念性實驗；1998年Shell和Halliburton公司合資成立Enventure公司，并 率先進展了模擬井下實驗；1999年Chevron公司進展了第一次現(xiàn)場運用實驗；20世紀(jì)末到達商業(yè)化運用程度。膨脹管技術(shù)在國外開展較快，已有多家公司進展膨脹管的技術(shù)研發(fā)，并且廣泛運用于套管修復(fù)、裸眼系統(tǒng)以及膨脹篩管完井等領(lǐng)域。膨脹方案在國外分為液壓和機械兩種方式。二、國外膨脹管技術(shù)開展

8、現(xiàn)狀國外公司的主要技術(shù)特點：Enventure公司，實體膨脹管技術(shù)為主；Halliburton 公司，綜合完井方案為主；Weatherford 公司，綜合完井和膨脹篩管；Baker Hughes公司，綜合完井方案為主 ；俄羅斯Tatnipinefi設(shè)計院，波紋管及實體膨脹管。 國外公司在國內(nèi)進展的與實體膨脹管相關(guān)的技術(shù)效力，以Enventure公司最早、最具代表性，其技術(shù)先進，價錢昂貴。 二、國外膨脹管技術(shù)開展現(xiàn)狀套管補貼普遍采用了直縫焊管ERW公用管材脹后強度曾經(jīng)到達N80鋼級目的作業(yè)施工壓力低于30MPa一次膨脹長度到達1700米曾經(jīng)開發(fā)出膨脹式尾管懸掛器、膨脹篩管防砂系統(tǒng)國外曾經(jīng)勝利地完

9、成了單一井徑系統(tǒng)主要工具的實驗。套管補貼尾管懸掛445/3單不斷徑鉆井老井加深/側(cè)鉆膨脹篩管二、國外膨脹管技術(shù)開展現(xiàn)狀普通膨脹管井身設(shè)計單不斷徑井Baker Hughes曾經(jīng)進入現(xiàn)場實驗階段單不斷徑井鉆井目 錄概述國外膨脹管技術(shù)開展現(xiàn)狀國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研討運用膨脹管技術(shù)開展方向1、常規(guī)套管補貼技術(shù)；2、程度井用全內(nèi)置膨脹管技術(shù)；3、薄壁大通徑膨脹管技術(shù)；4、高溫?zé)岵删媚透邷嘏蛎浌芗夹g(shù)；5、長段腐蝕套管修復(fù)；6、膨脹套管裸眼系統(tǒng)；7、免鉆脹撈一體化膨脹管工具；8、銜接螺紋及密封技術(shù)9、仿生減磨技術(shù)10、程度井多分支井完井技術(shù) 國內(nèi)技術(shù)開展引見：三、國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研討運用更強事故處置才干卡簧鉆

10、桿扣添加引鞋 經(jīng)過性更好 構(gòu)造改良脹錐絲堵花鍵構(gòu)造由下絲堵、膨脹器、銜接桿、膨脹管、油管、打壓接頭等部分組成。1、常規(guī)套管補貼工具高壓泥漿下放管柱密封環(huán)可膨脹管2膨脹管尾可膨脹管1套管可膨脹螺紋下封頭膨脹錐實驗條件：膨脹管發(fā)射腔沖壓臺架；打壓實驗臺架；多參數(shù)實時監(jiān)控綜合實驗平臺發(fā)射腔沖壓臺架打壓試壓臺架傳感器及電源采集卡、監(jiān)控程序界面膨脹管綜合實驗臺膨脹套管綜合實驗臺架實驗試件：膨脹螺紋大直徑膨脹螺紋密封段切片破壞的膨脹螺紋懸掛試件膨脹錐疲勞實驗膨脹套管綜合實驗臺架數(shù)據(jù)處置：資料對膨脹力影響錐角與膨脹率減壓效果光滑介質(zhì)對膨脹力影響膨脹錐角度對膨脹力影響膨脹套管實驗可用于51/2、7、95/8及

11、非標(biāo)套管修復(fù)；51/2套管修復(fù)后通徑到達108mm最大114mm 以上； 膨脹管抗內(nèi)壓91MPa,抗外壓51MPa，超越J55鋼級；膨脹螺紋抗內(nèi)壓45MPa；抗外壓15MPa；補貼加固長度已到達150.7m；懸掛力450KN；最大任務(wù)溫度350；膨脹管補貼技術(shù)性能修復(fù)后通徑大，方便后續(xù)作業(yè)；密封效果好，強度高。編制國家規(guī)范不斷完善 從方案設(shè)計、井眼預(yù)備、施工順序及操作規(guī)程、驗收、HSE等方面進展規(guī)范配備所主持編制了、等國家、行業(yè)規(guī)范施工工藝規(guī)范現(xiàn)場施工工藝流程： 中石油膨脹管補貼技術(shù)曾經(jīng)在大慶、勝利、遼河、長慶等國內(nèi)11個油田得到了現(xiàn)場運用推行，累計總施工井?dāng)?shù)超越了850口2021年250口，

12、在油田產(chǎn)生了較大經(jīng)濟效益，每年直接效益折合數(shù)億元。運用情況 施工后續(xù)跟蹤：杏3-1-226井2005年1月測井徑曲線2007年6月測井徑曲線 對2005年1月膨脹管施工的杏3-1-226井進展了后續(xù)效果跟蹤。2005年與2007年測井徑曲線進展比較，補貼段井徑并無明顯變化。運用情況 目前國內(nèi)外膨脹管補貼作業(yè)中大部分設(shè)計為膨脹錐帶動打壓管柱油管或鉆桿上行，液體壓力必需對抗管柱重力、管柱與套管內(nèi)壁的摩擦力。隨著井斜角度的添加，管柱摩擦力急劇增大，導(dǎo)致膨脹力過大，降低施工可靠性。為此，研制了斜井、程度井公用的減摩膨脹工具及其配套施工工藝，以滿足斜井程度井套管修復(fù)作業(yè)需求。2、程度井用全內(nèi)置膨脹管技術(shù)

13、 針對斜井、程度井管柱摩擦阻力大的難題，研制了基于內(nèi)置拉桿的膨脹管補貼工具，徹底處理了管柱摩擦問題。技術(shù)優(yōu)勢：大鉤懸持管柱，管柱補貼位置更準(zhǔn)確；膨脹錐為自上而下膨脹，方便后續(xù)事故處置；在膨脹過程中，行走部件全內(nèi)置，無額外摩擦阻力，膨脹壓力最低，接近地面實驗值；上絲堵倒扣丟手翻開通道，免鉆，節(jié)省一趟管柱。2、程度井用全內(nèi)置膨脹管技術(shù)3、薄壁大通徑膨脹管技術(shù)堵水及層系封堵： 隨著油田開發(fā)進入高含水期，堵水及層系封堵的消費需求越來越多。目前采用的下封隔器、爆炸式機械堵水以及化學(xué)堵水等常規(guī)堵水工藝都存在明顯缺乏，已不能滿足消費需求。機械堵水：爆炸式堵水存在密封承壓差、封堵井段長度受限、懸掛不牢等缺陷；

14、下封隔器堵水那么存在通徑小、有效壽命短等缺陷?；瘜W(xué)堵水：化學(xué)堵水施工工藝復(fù)雜、有效期受限；擠水泥容易呵斥二次套損風(fēng)險；解堵不完全。膨脹管技術(shù)進展堵水及層系封堵：密封承壓效果好、封堵井段通徑大，深度、長度不受限；不影響泵掛的下入深度；施工工藝簡單、可靠性高、有效期長；可重新射孔，實現(xiàn)完全或部分翻開。適用范圍：51/2套管的堵水、層系封堵技術(shù)目的：修復(fù)后內(nèi)徑114mm； 管材外徑114mm，壁厚5mm； 抗內(nèi)壓35MPa，抗外壓15MPa；研討成果：5mm膨脹螺紋問題已處理； 已實現(xiàn)長段補貼； 大通徑膨脹管構(gòu)造設(shè)計、尺寸設(shè)計；參數(shù)校核、有限元分析；零部件外協(xié)加工，樣機試制；對膨脹、密封、懸掛等性能

15、進展室內(nèi)實驗；樣機完善，現(xiàn)場實驗。任務(wù)內(nèi)容:3、薄壁大通徑膨脹管技術(shù)對修井作業(yè)領(lǐng)域的影響傳統(tǒng)膨脹管施工工具分類工具外徑mm適用性新型膨脹管施工工具分類工具外徑mm適用性打撈類工具打撈公錐105打撈類工具打撈公錐106105106打撈母錐114打撈母錐115114115通井規(guī)工具114通井規(guī)工具115114115切割類工具機械內(nèi)割刀101切割類工具機械內(nèi)割刀102101102震擊器類工具108震擊器類工具109 對于后續(xù)修井作業(yè)的影響：3、薄壁大通徑膨脹管技術(shù)4、高溫?zé)岵删媚透邷嘏蛎浌芗夹g(shù) 常規(guī)膨脹管技術(shù)采用橡膠密封，最大任務(wù)溫度 140 ，無法滿足遼河、塔里木等油田熱采井、深井等高溫井套損修

16、復(fù)的需求。 為此，對耐高溫的膨脹管套管補貼技術(shù)進展公關(guān)，以處理高溫井350以上套損治理、油田堵水及層系封堵的實踐消費需求，進一步提升國內(nèi)油田套損井修復(fù)技術(shù)程度。 開發(fā)了新型密封機構(gòu)的耐高溫膨脹管，可用于熱采井、深井等高溫井套管修復(fù)。技術(shù)目的：最大任務(wù)溫度 350； 單組密封，液體密封壓力 17MPa； 單組密封，懸掛力100kN； 膨脹任務(wù)壓力45MPa；現(xiàn)場運用：遼河油田曙1-06-012井熱采井 補貼位置1051m1060.2m，工具長度9.2m； 修復(fù)后內(nèi)徑 141mm，耐壓 17MPa。4、高溫?zé)岵删媚透邷嘏蛎浌芗夹g(shù) 長慶油田由于Cl腐蝕呵斥套管大段損壞，嚴重影響油氣消費；常規(guī)技術(shù)無

17、法處理這一問題，而受長慶油田單井本錢的限制，防腐套管完井、膨脹管長段整體補貼等技術(shù)無法規(guī)?；\用。 中國石油勘探院配備所針對這一難題，利用膨脹管技術(shù)優(yōu)勢，開發(fā)出了膨脹套管坐封技術(shù)，為長段腐蝕套管修復(fù)提供了一個新思緒，一種新手段。延續(xù)的半圓腐蝕5、長段腐蝕套管修復(fù)技術(shù)現(xiàn)場運用： 長慶油田采油二廠剖33-03井：坐封段1654m1658m；華180-3井：坐封段1448m1460m；定31 - 1井：坐封段1719m1933m；膨脹管坐封小套管二次完井結(jié)論：膨脹管坐封小套管二次完井具有懸掛牢、耐壓才干好、有效壽命相對較長等優(yōu)點；套管腐蝕后井筒情況復(fù)雜，必需對施工工藝參數(shù)進展深化研討；現(xiàn)有方案的有效

18、壽命需進一步研討考核。5、長段腐蝕套管修復(fù)技術(shù)完井技術(shù)方案1： 膨脹管尾管懸掛器+實體膨脹管+自膨脹橡膠封隔器開窗套管膨脹管喇叭口懸掛回接懸掛膠筒膨脹橡膠膨脹橡膠封隔器普通橡膠浮鞋完井管柱構(gòu)造表示圖復(fù)合膠塞膠壓塞碰6、裸眼系統(tǒng)在側(cè)鉆井中運用該技術(shù)綜合實體膨脹管、自膨脹橡膠封隔器、膨脹式尾管懸掛器和程度井分支井技術(shù)等4項優(yōu)勢技術(shù)，提出了膨脹套管裸眼系統(tǒng)技術(shù)，為側(cè)鉆井開展提出了一個新思緒。27/8油管23/8油管膨脹錐絲堵性能參數(shù)：完井后套管內(nèi)徑103mm；膨脹管抗內(nèi)壓91MPa,抗外壓51MPa，超越J55鋼級；膨脹螺紋抗內(nèi)壓45MPa；抗外壓15MPa；懸掛力450KN；膨脹橡膠封隔器完井管柱

19、6、裸眼系統(tǒng)在側(cè)鉆井中運用現(xiàn)場實驗：實驗井位：大慶油田杏3-丁2-側(cè)平322井技術(shù)數(shù)據(jù)：側(cè)鉆點井深892m；最大井斜0.28 deg/m；造斜段長度324.7m；程度段長度150m；膨脹套管總長 500m。施工方案：開窗深度960m；井底閉合距：296.35m；造斜段長度207.8m，程度段長度167m；采用射孔完井；6、裸眼系統(tǒng)在側(cè)鉆井中運用特點：橡膠密封，環(huán)空密封段短，密封壓力35MPa，徹底處理卡瓦式懸掛器尾管重疊段環(huán)空密封不嚴的問題。通徑大，可在5-1/2 套管內(nèi)懸掛4無接箍套管，相應(yīng)尺寸采油泵可經(jīng)過懸掛器下入到尾管串中，泵下深不受懸掛器內(nèi)徑的影響?，F(xiàn)場可操控性強。1工具長度短，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丟手簡單，座封完成后直接上提丟手；3施工壓力不高。6、裸眼系統(tǒng)在側(cè)鉆井中運用適用范圍：普通直井，斜井和程度井，可在0 90恣意井斜位置懸掛；深井、超深井，液壓力和機械力共同作用，確保懸掛器順利膨脹坐封緊急情況可平安丟手高壓井，密封35MPa，耐溫180。規(guī)格參數(shù)與技術(shù)目的：規(guī)格75 455 3 4108x7密封壓力35MPa35MPa施工壓力22-25MPa25-28MPa懸掛力600KN-1200KN600KN-1200KN懸掛內(nèi)徑136108耐溫橡膠耐溫180橡膠耐溫180管體耐溫350管體耐溫350懸掛器內(nèi)通徑尾管通徑6、裸眼系統(tǒng)

21、在側(cè)鉆井中運用消費需求：斜井、程度井，不允許施工過程中井下有落物；施工周期短、速度快，效率要求高；脹撈一體化膨脹管工具： 適用無轉(zhuǎn)盤動力，免鉆，可縮短施工時間。效果： 單根補貼節(jié)省一趟鉆。脹撈一體化管柱7、脹撈一體化膨脹管工具 隨著膨脹管技術(shù)推行范圍和數(shù)量的添加，現(xiàn)場工況越來越復(fù)雜，對反復(fù)運用的膨脹錐壽命可靠性、膨脹最低壓力要求也越來越高，常規(guī)光滑減磨技術(shù)很難進一步提高性能。 前期根底：以51/2套管膨脹管工具為例。常規(guī)技術(shù)膨脹壓力30MPa；膨脹錐室內(nèi)行走間隔累計600m；大慶、吉林現(xiàn)場施工，膨脹錐任務(wù)壽命5口井/個。膨脹錐造斜段光滑；管內(nèi)外表的減磨固體涂層；管內(nèi)外表的防腐涂層。 仿生減磨技

22、術(shù)：微膠囊技術(shù)8、仿生減磨技術(shù) 任務(wù)內(nèi)容：數(shù)值仿真實際研討；對微孔膠囊光滑進展了初步研討；制造了11個膨脹錐試樣，完成了2輪室內(nèi)實驗；對方案進展調(diào)整，預(yù)備第3輪室內(nèi)實驗。 數(shù)值仿真初步結(jié)果： 取摩擦系數(shù)為0.15時，變形能為92.33kN驅(qū)動力所做功，摩擦能是64.75kN驅(qū)動力所做功。變形能占總能量耗費的58.8%，摩擦能占總能量耗費的41.2%。8、仿生減磨技術(shù) 多分支井技術(shù)在國外被稱之為“21世紀(jì)用鉆井的方法有效提高單井產(chǎn)量、降低本錢的最具出路的技術(shù)。目前，配備所具有7和9多分支井4級完井技術(shù)，已在中海油天津分公司陸上實驗井、埕北油田A平臺CB-A22井、 CB-A10井和渤海石油公司南

23、堡NB35-2-A6mh井勝利進展了四次施工，技術(shù)工藝成熟。 技術(shù)優(yōu)勢：9、程度井多分支井完井技術(shù)膨脹管定位器，懸掛牢，定向可靠；主井筒通徑最大明顯優(yōu)于國外同類方案；支井選擇性重入可靠四級完井情況下，優(yōu)于國外設(shè)計；支井?dāng)?shù)目、支井間距不受限制適用于新井、老井側(cè)鉆。支井主井油氣藏 用同樣的方法鉆成上部多個分支井，主井眼只減小膨脹管的兩個壁厚。膨脹管定位器技術(shù)分支井選擇性重入分支井選擇性重入刮管通徑下膨脹管定位總成陀螺定向起出膨脹管總成送入工具調(diào)整斜向器工具面角后焊接下斜向器總成起出斜向器總成送入工具分支井現(xiàn)場運用目 錄概述國外膨脹管技術(shù)開展現(xiàn)狀國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研討運用膨脹管技術(shù)開展方向高性能膨脹管材研討；熱采井用耐高溫膨脹管；多類型膨脹方式研討；程度井多分支井完井技術(shù)鉆井在漏層封堵和單不斷徑井上的開展；膨脹套管鉆井技術(shù)； 關(guān)注的未來開展方向：四、膨脹管技術(shù)開展