膨脹管技術(shù)在鉆井過(guò)程中的應(yīng)用研究

劉永松

（勝利油田黃河鉆井三公司 山東東營(yíng) 257000）

摘 要：膨脹管技術(shù)在石油工程中有著不同的用途。本文主要闡述膨脹管在鉆井生產(chǎn)中的應(yīng)用，包括優(yōu)化井深結(jié)構(gòu)、復(fù)雜層位封堵、套管補(bǔ)貼、小井眼固井。

關(guān)鍵詞：膨脹管； 鉆井生產(chǎn)； 應(yīng)用

引言：膨脹管技術(shù)屬于將低碳鋼透過(guò)特殊制作而成的套管，因?yàn)榫哂休^低的碳含量，令膨脹管的柔性優(yōu)于普通套管，具有較強(qiáng)的可塑性。膨脹管技術(shù)是將膨脹管套管下至井中，通過(guò)機(jī)械或液壓的動(dòng)力，經(jīng)由冷擠擴(kuò)張的方式，從上至下或從下至上的透過(guò)壓力或拉力令膨脹工具透過(guò)需膨脹的套管進(jìn)行掌控，令其內(nèi)徑或外徑因?yàn)樗苄宰冃闻蛎浀筋A(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。

一、膨脹管技術(shù)的分類

對(duì)于鉆井而言，通過(guò)膨脹管技術(shù)能夠降低套管的層次，令鉆井所到達(dá)的目的層更加深。膨脹管技術(shù)通過(guò)施加于膨脹錐兩側(cè)的壓差或直接通過(guò)機(jī)械推力或拉力，令膨脹錐由膨脹管內(nèi)進(jìn)入，以此令膨脹管擴(kuò)張。壓差可以通過(guò)兩種方式產(chǎn)生，其一，透過(guò)對(duì)處在膨脹管和膨脹錐先接觸的內(nèi)管泵進(jìn)液體；其二，將內(nèi)管進(jìn)行拉或壓，膨脹錐經(jīng)過(guò)膨脹管時(shí)，令膨脹管所擔(dān)負(fù)的應(yīng)力超出界限而進(jìn)入塑性變形，而且在鋼材強(qiáng)度的限制以內(nèi)。拓展率最大可為膨脹管內(nèi)徑的30%。大部分實(shí)體可膨脹管的施工需要膨脹管變形量不超出20%[1]。

1、裸眼可膨脹尾管系統(tǒng)

裸眼可膨脹尾管系統(tǒng)也被稱作OHL系統(tǒng)，在正常運(yùn)行下，液壓驅(qū)動(dòng)膨脹錐朝上轉(zhuǎn)移，右下至上地膨脹尾管。在膨脹錐位于尾管和上級(jí)套管重疊處時(shí)，通過(guò)膨脹錐膨脹尾管上端具有彈性涂層的懸掛器進(jìn)行管柱的密封。

2、套管井可膨脹襯管系統(tǒng)

此管也被稱為CHL系統(tǒng)，是把能夠膨脹襯管貼至原本損傷或強(qiáng)度較低的套管柱當(dāng)中，能夠良好地填補(bǔ)或鞏固當(dāng)前套管，除卻具有彈性涂層的懸掛器接頭分別處在CHL系統(tǒng)的上端及下端外，此系統(tǒng)與OHL系統(tǒng)相似。

CHL系統(tǒng)可以通過(guò)以下兩種方式進(jìn)行下入，則為開(kāi)式和閉式下入套管。對(duì)于開(kāi)式而言，這一系統(tǒng)在井眼進(jìn)行定位后，泵送隔離塞，之后進(jìn)行膨脹。對(duì)于閉式來(lái)講，此系統(tǒng)處于井眼中直接定位進(jìn)行膨脹，無(wú)需泵送隔離塞，可是進(jìn)行下入時(shí)，需將鉆井液灌好，以便預(yù)防擠壞膨脹管。

3、可膨脹尾管懸掛器

此尾管懸掛器被成為ELH，不具備常規(guī)尾管懸掛器中的絲扣、卡瓦及排水孔，僅僅通過(guò)一根膨脹管管材制作的與尾管銜接的接頭，設(shè)置于心軸中的膨脹錐僅在接頭中移動(dòng)。尾管重量從心軸給予支撐。因?yàn)榍宄顺Ｒ?guī)尾管懸掛器與上封隔器，導(dǎo)致可膨脹尾管懸掛器的套管和尾管銜接處的尺寸更為靠近，可以給予更高的壓力密封。

二、膨脹管的優(yōu)缺點(diǎn)

1、割縫膨脹管

（1）優(yōu)點(diǎn)

割縫膨脹管具有良好的膨脹性能，在膨脹后直徑會(huì)超過(guò)原本直徑幾倍。需要較小的驅(qū)動(dòng)力，較易操作施工。對(duì)管材的標(biāo)準(zhǔn)較低，能夠通過(guò)常規(guī)套管管材，所以成本也較低。主要使用在水平井完井中的割縫篩管，還可以用于防砂篩管。

（2）缺點(diǎn)

僅可用于技術(shù)套管，無(wú)法當(dāng)作油層生產(chǎn)套管。運(yùn)用割縫膨脹管時(shí)，固井方式盡可通過(guò)平衡塞法，而不可運(yùn)用頂替注水泥。割縫管具有較低的強(qiáng)度，較差的抗內(nèi)壓能力，主要透過(guò)水泥環(huán)的強(qiáng)度對(duì)井壁給予支撐。所以，為了符合水泥環(huán)的厚度及強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)對(duì)井筒給予擴(kuò)眼，并且對(duì)于水泥具有較高的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)運(yùn)用纖維水泥。

2、實(shí)體膨脹管

（1）優(yōu)勢(shì)

在修井當(dāng)中，膨脹管可以符合長(zhǎng)井段補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，銜接更為便利，而且在膨脹后依舊能夠令絲扣具有較好的密封性。實(shí)體管具有較高的強(qiáng)度、較強(qiáng)的抗拉能力與抗壓能力，而且膨脹前后在強(qiáng)度方面不會(huì)有過(guò)多的變化。能夠用于油層生產(chǎn)套管。固井過(guò)程中可以通過(guò)頂替法進(jìn)行水泥的灌注。

（2）不足

實(shí)體管具有較差的膨脹性，而且在膨脹時(shí)所需的膨脹力是膨脹管的30倍，實(shí)體管具有較高的管材標(biāo)準(zhǔn)，需要較高的成本。

三、膨脹管技術(shù)在鉆井過(guò)程中的應(yīng)用

在深井、超深井逐步增加的狀態(tài)下，施工時(shí)會(huì)遇到較多的壓力層、鹽膏層、油氣水層、坍塌層、漏失層等，鉆井的難度不斷提升，油公司對(duì)于投入產(chǎn)出的比率愈發(fā)敏感。膨脹管技術(shù)的產(chǎn)生解決了鉆探與生產(chǎn)中的困擾。

1、鉆井

（1）改良井身構(gòu)造

對(duì)于深井鉆井設(shè)計(jì)而言，為了鉆穿各種壓力層系的地層乃至易縮徑、坍塌或較易產(chǎn)生井下漏失的地層，常規(guī)方式是通過(guò)各種直徑的套管將各種層段的地層進(jìn)行封隔。在套管程序設(shè)計(jì)中運(yùn)用膨脹管技術(shù)，可以將套管的層次進(jìn)行減少，在確保下端井徑規(guī)格不變的狀態(tài)下，可令上端井眼運(yùn)用尺寸較小的技套，以此提升機(jī)械鉆速乃至減少鉆井的成本。對(duì)于超深井而言，可以將井眼的錐度降低，提升應(yīng)對(duì)井下突發(fā)狀況的應(yīng)變能力，以此將井眼的深度加深，從而順利完成勘探研發(fā)[2]。

（2）封隔縮徑、坍塌、井漏或局壓層

對(duì)于鉆井設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)想到的惡性井眼縮徑、井壁坍塌、地層漏失乃至高壓等問(wèn)題，假如透過(guò)解決和調(diào)整鉆井液性能的方式依舊較難具有成效，最普遍的方式則為透過(guò)補(bǔ)下一層技套而實(shí)現(xiàn)封隔。

2、套管修補(bǔ)

（1）補(bǔ)綴損壞的技術(shù)套管

當(dāng)知曉磨損的套管點(diǎn)后，通過(guò)內(nèi)襯可膨脹管，以耗費(fèi)最低的技術(shù)套管內(nèi)徑的狀態(tài)下，可以將技術(shù)套管的承壓能力給予恢復(fù)，在確保施工安全的狀態(tài)下不斷進(jìn)行操作。

（2）修理老井生產(chǎn)套管

對(duì)投產(chǎn)時(shí)間較久的油井而言，可以通過(guò)膨脹管技術(shù)修理因?yàn)槌橛蜅U損傷或地層流體腐蝕等問(wèn)題形成的生產(chǎn)套管的損壞。

（3）封隔射孔層段

對(duì)通過(guò)擠水泥而無(wú)法封隔的射孔層段而言，可以通過(guò)膨脹管技術(shù)進(jìn)行，將不必要的產(chǎn)油、產(chǎn)氣乃至出水層段進(jìn)行封固，以此改良注水、注氣及產(chǎn)能。

3、完井作業(yè)

對(duì)于深井或老井開(kāi)窗側(cè)鉆井而言，在井眼持續(xù)加深的狀態(tài)下，套管層次逐漸增多，井眼直徑愈發(fā)變小。完井套管直徑過(guò)小，無(wú)法良好地提升生產(chǎn)井的產(chǎn)量，也無(wú)法符合完井作業(yè)、生產(chǎn)作業(yè)乃至未來(lái)修井作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。膨脹管技術(shù)在不轉(zhuǎn)變上端井身構(gòu)造的狀況下，可令生產(chǎn)套管的直徑更大，從而有利于井下操作的空間以及產(chǎn)能表面積，不但有利于未來(lái)完井管柱與修井操控，還提升了產(chǎn)能，對(duì)探井轉(zhuǎn)變成具備經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能的生產(chǎn)井十分有利。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，在膨脹管技術(shù)不斷提升的狀態(tài)下，鉆井工程的標(biāo)準(zhǔn)也愈發(fā)提升，并且，此技術(shù)會(huì)不斷給予完善，變成處理鉆遇漏失、套管下放無(wú)法到位或高低壓同層等問(wèn)題的新型技術(shù)，具備良好的生產(chǎn)所需以及市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫健，徐劍明，白方方，等.用于封隔不穩(wěn)定地層的膨脹管技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機(jī)械工程師.2013.（4）：86-89.

[2]張煜，安克，張延明，等.完井修井膨脹懸掛器的研制與應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào).2011.（2）：364-368.