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膨胀管完井技术及实践分析摘要:膨胀管技术是石油工业中迅速崛起的一项新技术，起源于美国Enventure 公司，可广泛用于深水、深井、大位移井、分支井等的钻井和完井，还可以用于采油、修井的作业本文介绍了国外膨胀管技术的发展历程和国内研究状况，并对膨胀管的基本工作原理及膨胀工具、膨胀管连接、力学性能等关键技术进行了详细论述，结合国外实践，阐述了膨胀管的应用领域及主要功用，并结合塔里木油田迪那2气田利用膨胀管进行完井的实例，对膨胀管完井进行了介绍关键词：膨胀管；关键技术；完井Completion technique of bulged tube and practice analysisAbstract: The bulged tube technology is a new technology which rises rapidly in the oil industry. Originating from the United States Enventure company, It can be widely used in drilling and completion of deep water, deep well, extended reach well, branch well and so on, and also be used for oil recovery, workover operations. This article describes the history of foreign bulged tube technology development and the status of domestic research. And the basic working principle of bulged tube and the key technologies of bulged tool, bulged tube connection, mechanical properties and so on are discussed in detail. Combined with the practice of abroad, the areas of application and main function of bulged tube is expounded. Taking Dina 2 gas field of Tarim oil field bulged tube for completion for example, the completion of the bulged tube was introduced.Key words: bulged tube; key technologies; well completion目 录1 绪 论 11.1 膨胀管完井技术简介 11.2 国内外研究现状 21.2.1 国内现状 21.2.2 国外现状 31.3 膨胀管完井技术的应用 61.3.1 钻井作业中的应用 61.3.2 采油、修井作业中的应用 61.3.3 可膨胀实体管用作尾管悬挂器 61.3.4 完井作业中的应用 61.4 论文研究主要内容 72 膨胀管原理及优缺点分析 82.1 膨胀管技术原理 82.1.1 膨胀系统 82.1.2 SET工艺 92.2 优缺点分析 112.2.1 可膨胀割缝管的优缺点 112.2.2 可膨胀实体管的优缺点 123 膨胀管技术的关键分析 133.1 可膨胀管材料的挑选 133.2 膨胀锥 153.3 可膨胀管的螺纹连接 163.4 膨胀机构 183.5 膨胀套管在膨胀后的管柱强度 183.6 可膨胀管内涂层技术 193.7 可膨胀管补贴技术 193.8 钢管扩径冷拔技术 193.9 作业过程 204 塔里木油田膨胀管完井作业实践分析 224.1 区块概况 224.2 固井存在的难题及应用解决方案 244.3 完井作业的要求 264.4 完井主要施工程序 274.5 完井技术的难点以及重点 294.6 膨胀管完井经济分析 315 膨胀管技术展望 336 结论 35参考文献 36致 谢 391 绪 论1.1 膨胀管完井技术简介当今世界的石油勘探开发主要朝着深层系、滩海和海上发展，使得石油勘探开发的难度日益增大。

当钻井作业需要通过更深的过压地层、枯竭地层或易塌易漏失地层时，现有的技术是用不同直径的钻头钻进，并以不同直径的套管以套筒的形式层层封固完成在这种情况下，井越深，套管层次越多，井眼直径就越大；反之，如果直径一定，最终的井眼直径更小，有可能钻不到目的层或者即使钻至目的层，但井眼太小，满足不了开采及后续修井、增产等重入作业的要求石油工作者一直在探寻更好的方法，以便优质快速、高效地钻达目的层，最理想的是用同一种直径的钻头钻进，并用同一种直径的套管完井，采用可膨胀管技术就可实现这一要求可膨胀管技术可应用于钻井、完井、采油、修井等作业中， 既能解决井眼变径问题，又能大量节约作业成本，被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一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两种实体膨胀管可通过机械或液压方式使膨胀锥从膨胀管柱中穿过，从而使管柱发生永久性胀大，膨胀率可达10% ~ 30%； 割缝膨胀管只能用机械方式胀管，但割缝膨胀管的膨胀率远比实体膨胀管大， 最大可达60%对可膨胀管实施胀管的工艺过程，改变了可膨胀管的组织结构和机械性能，其强度指标得到提高，而塑性指标下降。

通过选择或调整可膨胀管材料、控制膨胀率等技术手段，可在完成胀管过程后获得满意的机械性能指标，从而满足石油工程的使用要求可膨胀套管技术，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采能力，提高作业成功率，降低钻井成本例如：对于单一井径油井，在298.5mm表层套管内安装244.5mm可膨胀套管，扩管后达到264.2mm的井眼井径，最后在264.2mm的井眼内下244.5mm 套管并固井膨胀管完井技术可广泛应用于复杂结构井的钻井、完井、采油及修井等作业中，该技术对石油工业将产生革命性的影响膨胀管主要包括可膨胀割缝管、实体膨胀管、膨胀系统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，甚至在几年内实现从井口到井底以同一尺寸钻井，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目前，世界上提供膨胀管技术和膨胀产品的公司主要包括Enventure公司Weatherford公司、Halliburton等公司世界上实体膨胀管99%的施工进尺是由Enventure公司实施的。

1.2 国内外研究现状1.2.1 国内现状我国于2000年开始引进可膨胀套管技术，目前尚处于起步阶段，主要做了两方面的工作：一方面工作是科学试验，包括理论计算、可膨胀套管材料试制及性能研究可膨胀套管材料性能要求延伸率高且易于膨胀变形，当膨胀变形后力学性能仍然符合API标准规范；同时，材料的价格和普通套管属同一数量级国外一般选用HFW套管，钢级有L80，K55和J55等，为保证管材具有精确的壁厚和力学性能，对可膨胀套管的要求更严格国内有西安石油大学等正在研究之中，天津大学和上海天合形状记忆有限公司开发了可膨胀管材并进行了试验国外对选定尺寸的实体套管膨胀前后的力学性能进行了比较，主要有强度、延展性、抗冲击韧性、抗破裂性另一方面的工作是将可膨胀套管技术的研究应用于下井试验[1]2003年12月5日~2004年1月7日，胜利油田钻井工艺研究院等单位在T61 C162井和W14C20井采用了Enventure公司生产的Φ107.95mm6.35mm实用可膨胀套管用裸眼尾管（OHL）系统安装在两口井的侧钻井段上，增大完井的井眼直径Φ120.83mm两口井深约2000m，膨胀管总长度分别为388.25m和391.70m。

膨胀管工作期间最大工作压力45MPa，最大工作排量80L/min，膨胀后固井质量都达到了优良，两口井至今一直正常生产，效益显著目前国内多家公司和科研机构在跟踪国外发展现状的同时，也在从事膨胀管技术的研究，但仅限于理论及实验室的研究中国石油勘探开发研究院从2001年开展了前期研究工作，于2002年5月完成了概念性实验，实验选取了3种材料管材，其中2种管材膨胀率都达到了12%；西南石油学院开展了钻井实体膨胀管技术研究课题，对实体膨胀管进行了塑性变形有限元力分析；大港油田钻采院针对177.8mm可膨胀割缝管的完井进行了研究，完成了接头、引鞋、膨胀锥、钻具与膨胀管的连接结构等的设计和制造，并进行了室内实验；长庆油田博士后工作站对膨胀管膨胀过程中不均匀变形即管子不均度及不圆度的影响进行了分析和室内实验，对这种不均匀性引起的膨胀面残余应力的产生、危害及消除方法在理论上进行了探讨，并进行了实物试验研究[2~3]成都钢铁公司则引进了成套的实体膨胀管生产线胜利油田在2003年12月5日和2004年1月2日，分别在T61-C162和W14C20井上进行了实体膨胀管应用，在另外1口井上应用了割缝膨胀管，其完全采用Enventure公司的技术，其膨胀管和相关工具全部为进口[1~5]。

中国海洋石油总公司与美国菲利普斯公司合作开发的蓬莱19-3大田，1999~2003年在10口井上采用了膨胀筛管完井，防砂效果明显，产能提高约50%2003年11月，大庆油田采油四厂在X4-1-330、X6-1-127井上进行了工业性试验，主要是修复老井套管进行补贴作业我国已完成了理论准备工作，重点是管材优选，其次关键工具的研制，与国外多年成功的商业应用相比，还存在很大差距[4]胜利石油管理局钻井工艺研究院从2002年开始对膨胀管技术进行了全面的跟踪及调研2004年，针对中石化集团公司“实体膨胀管技术研究及应用”课题进行科技攻关，几年来研究取得重大进展，利用国产膨胀管技术分别完成了国内首次带有膨胀螺纹的实体膨胀管井下现场试验，首次突破百米实体膨胀管井下应用，首次完成7″套管内实体膨胀管应用，于2008年5月21日首次在林3-侧更11井完成侧钻井膨胀管完井现场应用，同时创国内膨胀套管应用最长施工纪录（243.25米），并于2008年7月4日在商23-侧27井侧钻井膨胀管完井现场实验过程中再次取得成功 2006年，胜利钻井工艺研究院投标国家863计划“膨胀管钻井技术”和“膨胀筛管关键技术研究”项目取得成功，针对膨胀套管技术、膨胀筛管技术、同井径膨胀套管技术、膨胀波纹管技术、井眼扩眼技术等内容进行全面研究与开发。

目前，小尺寸膨胀套管技术已经取得阶段性成果，正在套管补贴领域进行大规模推广应用；通过在侧钻井进行膨胀管完井应用实现了膨胀套管技术向钻井领域推进的成功；大尺寸膨胀套管技术如8-5/8″、7-5/8″、6″等规格膨胀套管技术的研究正在进行；膨胀筛管技术也已经完成工具及筛管结构设计加工，准备进行井下模拟试验；同时也对等井径膨胀套管技术进行立项研究，并正在进行材料优选工作通过中石化集团公司科技项目“实体膨胀管技术研究及应用”课题的研究，自主研发了4-1/4″及5-1/2″膨胀套管补贴技术，可广泛应用于大井段套管补贴、侧钻井完井等修井及完井作业膨胀套管技术作为一项新兴技。