膨脹管技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

馮定 王高磊 侯學(xué)文 孫巧雷 周蘭

摘要：膨脹管技術(shù)是解決易漏地層、易坍塌地層鉆完井作業(yè)以及高溫、高壓及腐蝕性地層開窗和修井作業(yè)的有效技術(shù)手段。相比國外，國內(nèi)在膨脹管材料、篩管防砂性能、懸掛器懸掛和密封能力研究等方面還存在一定差距。為了促進我國膨脹管技術(shù)的發(fā)展，在介紹膨脹管作業(yè)原理的基礎(chǔ)上，總結(jié)了國外膨脹管技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)特點，主要包括斯倫貝謝Saltel膨脹管、Weatherford 公司膨脹防砂篩管、哈里伯頓公司大口徑膨脹尾管懸掛器、Enventure 全球技術(shù)公司等直徑鉆井膨脹管，以及膨脹管材料、膨脹錐和膨脹管螺紋連接技術(shù)；之后介紹了中國石油的套管膨脹技術(shù)及中國石化的等井徑膨脹管鉆井技術(shù)；最后指出了膨脹管技術(shù)的發(fā)展趨勢。國內(nèi)膨脹管系統(tǒng)的研發(fā)需要專業(yè)科研單位通力合作，整合各項優(yōu)質(zhì)資源，逐步優(yōu)化各個模塊，以期早日實現(xiàn)產(chǎn)品自主化。

關(guān)鍵詞：膨脹管；懸掛器；防砂篩管；大口徑；等直徑鉆井

中圖分類號：TE921 文獻標識碼：A DOI：10.16082／j．cnki．issn．1001-4578.2022.12.020

Research Situation and Development Trend of Expandable Tubular Technology

Feng Ding Wang Gaolei Hou Xuewen Sun Qiaolei Zhou Lan

（School of Mechanical Engineering，Yangize University;Hubei Engineering Research Center for Oil & Gas Drilling and Completion Tools）

Abstract：The expandable tubular technology is an effective technical method to solve the problems of drilling and completion operations in the thief formations and easy-to-collapse formations， as well as the window opening and workover operations in high-temperature，high-pressure and corrosive formations.Compared with the research progress of foreign countries， there are still some gaps in the research of expandable tubular materials， sand con- trol performance of screen pipe and hanger suspension and sealing ability in China. In this paper， the working principle of expandable tubulars was introduced and the development status and technical features of expandable tu- bular technology in foreign countries were summarized，mainly including Schlumberger Saltel expandable tubulars， Weatherford expandable sand control screen pipe，Halliburton large-diameter expandable liner hanger， monohole drilling expandable tubulars of Enventure Global Technology，as well as the expandable tubular materials，expand- able cone and expandable tubular thread connection technology.In addition，the CNPC expandable casing technol- ogy and the Sinopec monohole expandable pipe drilling technology were also introduced. Finally，the development trend of expandable tubular technology was presented. In general1，the research and development of domestic ex- pandable tubular system needs the cooperation of professional scientific research units， the integration of various good resources and the optimization of each module，so as to realize the independent manufacture of expandable tu- bulars in China as soon as possible.

Keywords：expandable tubular;hanger; sand control screen pipe; large-diameter; monohole drilling

0引言

隨著油田開發(fā)普遍進入中后期，石油勘探開發(fā)逐漸向深水、超深水以及復(fù)雜地層邁進，鉆井遇到油氣水層、鹽膏層、漏失層、坍塌層以及高溫高壓地層的情況變多］，深井、超深井、定向井、水平井和大位移井鉆井需求增加，井身結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜（2—5］，使油田對膨脹管技術(shù)的應(yīng)用需求逐漸增加。目前，國外的膨脹管技術(shù)較為成熟，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工制造工藝、材料以及性能等方面都較為先進［4］，主要的生產(chǎn)公司有斯倫貝謝Saltel公司、Weatherford 國際公司、Enventure公司以及哈里伯 頓公司等［6］。國內(nèi)已經(jīng)研制出膨脹套管、膨脹篩管、膨脹懸掛器和等直徑膨脹管等膨脹管鉆完井工具及配套技術(shù)。相比國外，國內(nèi)在膨脹管材料、篩管防砂性能、懸掛器懸掛和密封能力研究等方面還存在一定差距。筆者重點介紹了斯倫貝謝Saltel公司、Weatherford 國際公司、Enventure 公司、哈里 伯頓公司以及國內(nèi)一些公司的膨脹管產(chǎn)品和技術(shù)，并總結(jié)出發(fā)展趨勢和攻關(guān)方向，以期為國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研發(fā)提供參考和指導(dǎo)。

1 膨脹管工作原理

與常規(guī)依靠膨脹錐作業(yè)的膨脹管技術(shù)不同，目前國際上較為先進的膨脹管技術(shù)工藝獨特。膨脹管作業(yè)原理如圖1所示。井下膨脹工具位于膨脹管內(nèi)部，封隔器部分充壓后緊貼膨脹管，將組件送入到井筒中的作業(yè)區(qū)后，通過來自地面的壓力脹大膨脹工具，以擴展膨脹管的頂部，并將其錨定在適當位置，然后釋放封隔器內(nèi)的壓力，以0.91m／s的速度下鉆，向下膨脹下一段。根據(jù)需要重復(fù)這一過程，直到全部完成膨脹作業(yè)，并將鉆具組合收回地面。

2 國外膨脹管技術(shù)

2.1 膨脹套管

在油氣開采過程中，套管磨損、腐蝕、穿孔及地層塑性變形等因素會導(dǎo)致套管失效，造成油氣井產(chǎn)量下降、產(chǎn)層污染。深井、熱采井等高溫井套管損壞和套管變形修井時，傳統(tǒng)的厚壁襯管補貼技術(shù)內(nèi)通徑小、補貼長度有限，現(xiàn)有的橡膠密封膨脹管難以滿足高強度、耐高溫及長效密封等性能要求［7—9］。斯倫貝謝Saltel公司膨脹管能夠有效解決上述難題，相關(guān)產(chǎn)品主要有標準膨脹管、高溫膨脹管、“極端高溫”膨脹管以及針對特定環(huán)境定制的膨脹管，如圖2所示。

標準膨脹管由321SS不銹鋼制成，密封材料為氫化丁腈（HNBR）材質(zhì)的彈性體，承壓100MPa，耐溫250℃，采用異型密封系統(tǒng)，能夠有效密封套管內(nèi)橢圓度高達25％的井段、超限或不規(guī)則鉆孔井段。高溫膨脹管基于標準膨脹管設(shè)計，外徑范圍在177.16～339.73mm之間，采用改進后的高溫彈性體進行密封，適用于承壓100 MPa，連續(xù)溫度高達200℃，短期耐高溫達250℃的熱井，用于修復(fù)損壞的油管或套管區(qū)域，關(guān)閉不需要的穿孔，密封泄漏的滑動套管等修井作業(yè)。斯倫貝謝Saltel公司“極端高溫”膨脹管專為CSS、SAG-D 和地?zé)峋O(shè)計，由優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成，可抵御高溫和腐蝕條件，具有可膨脹密封設(shè)計，能夠有效地密封低溫和高溫下不同的媒介（如水、蒸汽和氮），最高耐受溫度高達350℃，熱循環(huán)溫度高達335℃，用于修復(fù)特殊油層套管損毀。

斯倫貝謝Saltel公司膨脹管技術(shù)可以用于修補射孔段、補漏或隔離篩管、關(guān)閉ICD閥、修補套管損壞、斷裂、套管腐蝕，補貼井下工具泄漏，密封壓裂工具段。在裸眼井應(yīng)用中隔離密封漏失層、未磨銑井段，無內(nèi)徑損失。在實現(xiàn)油田增產(chǎn)或避免堵棄作業(yè)時，高膨脹比使其在膨脹后具有較大的通徑，安裝后不妨礙后續(xù)油井作業(yè)，能夠有效避免卡鉆問題。此外，通過實時控制器在操作期間驗證安裝膨脹管的內(nèi)徑，可以及時發(fā)現(xiàn)并糾正作業(yè)異常。

2.2 膨脹防砂篩管

在產(chǎn)量高、生產(chǎn)壓差大、出砂嚴重的疏松砂巖油藏，常規(guī)篩管防砂效果差、精度低、有效期短，下入后流速降低，產(chǎn)量下降［10—11］。Weatherford 公司的膨脹防砂篩管解決地層出砂問題效果顯著。如圖3所示，膨脹防砂篩管由開槽基管組成，重疊編織層連接在基管上，外層穿孔、膨脹護罩可保護過濾介質(zhì)在作業(yè)過程中免受損壞，采用整體式開槽連接保證流量均衡。膨脹防砂篩管使用升降接頭與傳統(tǒng)的鉆機作業(yè)設(shè)備一起運行，采用特殊的微握工具進行連接，通過防旋轉(zhuǎn)鎖定螺釘鎖定到位，整體管柱的膨脹通過使用低壓ACE軸向順應(yīng)膨脹工具或錐形膨脹錐實現(xiàn)。膨脹防砂篩管主要有?101.6、?114.3和?139.7mm共3種尺寸規(guī)格，對應(yīng)膨脹前外徑分別為113.5、128.8和154.9mm，膨脹后內(nèi)徑范圍分別為112.0～126.2mm、117.9～133.6mm、170.2～191.3mm。基管、篩網(wǎng)和外罩材料采用316L，連接件材料為25Cr，整體抗腐蝕性能得到大大提高。篩網(wǎng)有120、150、230和270μm共4種孔徑，長度有3.0、6.0和11.5m共3種類型。順應(yīng)式膨脹消除了篩管／井筒環(huán)空，可以增強防砂完整性和井眼穩(wěn)定性。膨脹后內(nèi)徑較大，減小流動摩擦，從而優(yōu)化生產(chǎn)，大流通面積和低的壓力降過濾介質(zhì)提高了油井的生產(chǎn)率和進流性能。

馬來西亞砂拉越州的一口具有防砂問題和短產(chǎn)油區(qū)的海上定向淺油井，井眼直徑為152.4～155.6mm，水深35m，作業(yè)區(qū)長度5～80m。巖心樣品測試表明，該油田具有高均勻系數(shù)和細粒百分比的含砂地層，無法使用獨立篩管作業(yè)。Weather—ford公司采用膨脹防砂篩管系統(tǒng)，順應(yīng)裸眼擴張，與傳統(tǒng)的礫石充填系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)有利于防止環(huán)形細粒分散和遷移。系統(tǒng)的安裝、設(shè)置和膨脹大約在10h完成，遠短于傳統(tǒng)礫石充填的平均安裝時間，降低了人員和設(shè)備租賃成本。防砂篩管無需壓力泵送即可順應(yīng)地擴展到井筒，從而降低安全和環(huán)保風(fēng)險。該技術(shù)先后在54口淺水油井中一次性完成安裝，實現(xiàn)零防砂故障。

2.3 大口徑膨脹尾管懸掛器

在深層側(cè)鉆井中，井眼尺寸受限，采用常規(guī)技術(shù)開窗側(cè)鉆穿過易漏層和易坍塌層難以鉆達目的層［12—15］。對于套管錯斷無法進行套管貼補的井或需要大井段懸掛套管的井，采用常規(guī)尾管懸掛器進行懸掛，則不具備密封功能，且內(nèi)徑較小，懸掛力不足。哈里伯頓公司VersaFlex 大口徑系統(tǒng)（見圖4）專為深水和海底大通徑井而設(shè)計，以應(yīng)對復(fù)雜的井況。該系統(tǒng)不需要在預(yù)定剖面上著陸，降低了在泥線／套管井口剖面中定位常見的復(fù)雜性，凝固時不需要尾管頂部水泥完整性來實現(xiàn)尾管頂部密封，結(jié)合了套管安裝的靈活性，消除了相關(guān)的尾管安裝問題，彈性密封技術(shù)和防漏設(shè)計有助于降低持續(xù)的套管壓力。

該系統(tǒng)在固井過程中能夠旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動，具備區(qū)域隔離密封完整性，其高扭矩額定值允許在井下塌陷區(qū)域進行擴眼、從先前鉆出的井段中啟動壁架、鉆新的井段。當大型套管井有較高強度要求時，VersaFlex 大口徑系統(tǒng)可以與金屬密封 Xtreme- Grip尾管懸掛器技術(shù)配合使用。這種組合系統(tǒng)具有與VersaFlex大口徑系統(tǒng)相同的功能，能夠承受更大的懸掛載荷和高溫等的作用，從而實現(xiàn)360°金屬對金屬順應(yīng)性密封，兼具雙向錨固能力，其尾管x套管應(yīng)用尺寸范圍在355.60mmx457.20mm～473.08mmx558.80mm之間。在大多數(shù)情況下，VersaFlex 大口徑系統(tǒng)能夠大大減少尾管重疊，同時由于不需要承壓回接管柱，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，減少了設(shè)置尾管懸掛器所需的操作步驟，降低了作業(yè)成本。

2.4 等直徑鉆井膨脹管

當鉆井作業(yè)需要通過較深的高壓、易塌或易漏地層時，常規(guī)鉆井技術(shù)以不同直徑的套管層層封固完成，形成錐狀漏斗形井身結(jié)構(gòu)，井眼直徑不斷縮小，給后續(xù)作業(yè)帶來不便［16—17］。膨脹管技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，解決了上述鉆井問題，具有施工工藝簡單、作業(yè)時間短、安全可靠性高、施工成本較低等諸多優(yōu)點［18］。2020年Enventure 全球技術(shù)公司?311.15mm SameDrift系統(tǒng)在中東首次成功商用安裝，通過在油井建設(shè)階段處理有問題的區(qū)域，延遲或消除修井來減少鉆井作業(yè)期間的非生產(chǎn)時間，在油井生命周期內(nèi)最大限度地提高產(chǎn)量。

SameDrift是建立在Enventure公司ESET產(chǎn)品 基礎(chǔ)上的一種等直徑鉆井尾管，可以旋轉(zhuǎn)和往復(fù)移動，添加額外的套管柱不會損失井眼尺寸，旋轉(zhuǎn)能力有助于襯管達到設(shè)置深度，可以鉆更深的井，能夠有效提高水泥作業(yè)質(zhì)量，其行業(yè)標準脹后通徑與先前在油井中運行的套管柱相匹配，因此可以輕松地將其整合到油井的標準套管設(shè)計中。SameDrift有 SameDrift Openhole Liner 和 SameDrift Openhole Clad這2種系統(tǒng)。SameDrift Openhole Liner 系統(tǒng)在 不損失內(nèi)徑的情況下與套管相連，而 SameDriftOpenhole Clad 系統(tǒng)在不與現(xiàn)有套管捆綁的情況下隔離油井中的故障區(qū)，并在先前套管下方提供相同的通徑。SameDrift 目前有?165.1、215.9和 ?311.2mm共3種尺寸規(guī)格，SameDrift Openhole Liner系統(tǒng)有標準和高性能2種型號，脹后標稱管道外徑344.5mm，標稱管道內(nèi)徑315.2mm，極限狗腿度為每30m5°，抗內(nèi)擠強度42.3MPa，抗外壓強度18.9 MPa，膨脹期間最小鉆機拉力668kN，最小泵壓41.3 MPa，適用于?355.6mm以下尺寸范圍。

2.5 膨脹管材料

膨脹管材料的塑性和強度要高，抗恢復(fù)能力要強，抗腐蝕能力要穩(wěn)定，膨脹后要達到或優(yōu)于普通套管同等水平的力學(xué)性能。研究開發(fā)易膨脹、高性能的膨脹管，使其具有高強度、高密封性能、抗CO2和H2S腐蝕、耐高溫等特點，提高膨脹管的綜合力學(xué)性能是膨脹管材料研究的難點，因此膨脹管材料至今仍是制約膨脹管技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

Weatherford公司的膨脹防砂篩管管體材料為316L，連接件材料為25Cr。316L是316SS的超低碳版本，316L的奧氏體結(jié)構(gòu)即使在低溫下也能展現(xiàn)出出色的韌性，在高溫下具有高蠕變強度、斷裂應(yīng)力和拉伸強度，以及較好的耐腐蝕性。25Cr（UNS S31260）是一種冷硬化雙相不銹鋼，在高氯化物含量的CO2和H2S環(huán)境中具有良好的耐腐蝕性。25Cr相對于22Cr，對CO2、氯化物、pH值和溫度具有更強的抵抗力，允許在具有高壓和高溫的深井中用作井下管狀部件、封隔器和其他地下設(shè)備，能夠有效解決高氯化物引起的點蝕問題。

斯倫貝謝Saltel公司膨脹管管體材料為321SS不銹鋼。321SS（UNS S32100）是一種鈦穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼，具有更強的抗晶間腐蝕能力，能適應(yīng)815℃的高溫，雖然在退火狀態(tài)下的耐腐蝕性與304和304L相似，但他具有更高的蠕變和應(yīng)力斷裂性能，使其成為壓力容器的理想材料選擇。321SS不銹鋼無磁性且耐熱，可在高溫下連續(xù)使用，延展性好，可以輕松成型，耐腐蝕性非常好，尤其是對稀有機酸，但321SS不適合氯化物溶液，易受點蝕和縫隙腐蝕的影響。其膨脹管密封材料為氫化丁腈（HNBR）材質(zhì)的彈性體，氫化丁腈橡膠具有良好的耐油性能，并且由于高度飽和的結(jié)構(gòu)，使其具有良好的耐熱性能（耐高溫性能達到130～180℃），優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，較高的抗壓縮永久變形性能，同時氫化丁腈橡膠還具有高強度，高撕裂性能，耐磨性能優(yōu)異等特點，且機械性能優(yōu)良，廣泛用于油田和汽車等行業(yè)。

2.6 膨脹錐

作為膨脹管施工中的重要工具，膨脹錐結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)劣直接影響到施工后膨脹管的力學(xué)性能。目前，國外膨脹錐技術(shù)主要有機械式和液壓式2種，根據(jù)膨脹錐受力方式的不同機械式膨脹錐又可分為拉拔式和擠壓式。圖5為Weatherford 公司機械式膨脹錐。該膨脹錐主要依靠液壓拉動活塞桿的拉力使膨脹錐向上移動，進而完成膨脹作業(yè)。其有主要作業(yè)面和次要作業(yè)面，主要作業(yè)面負責(zé)實現(xiàn)膨脹管的初次成形，次要作業(yè)面負責(zé)對脹后膨脹管進行整形，以確保膨脹管膨脹后能夠緊密貼合套管，同時減小殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中。該膨脹錐結(jié)構(gòu)簡單，膨脹作業(yè)時能夠提供足夠大的徑向膨脹力，但固定的錐體最大外徑使其難以順利通過井眼縮徑的不規(guī)則井段，可能導(dǎo)致膨脹作業(yè)無法順利進行。

圖6為Enventure 全球技術(shù)公司機械式膨脹錐。該膨脹錐投球后形成密閉腔室，流體經(jīng)過膨脹錐側(cè)壁上的圓孔進入腔室后，產(chǎn)生液體壓力作用在膨脹錐底部，推動膨脹錐向上運動，從而實現(xiàn)膨脹作業(yè)。該膨脹錐除具有上述膨脹錐的特點外，由于膨脹作業(yè)對氣密性有嚴格要求，膨脹管上、下兩端各采用5圈彈性體進行密封；此外，在膨脹壓力作用下，對膨脹錐的材料性能要求較高。

圖7為斯倫貝謝Saltel公司液壓式膨脹工具，其作業(yè)原理如圖1所示。該技術(shù)采用特殊的膨脹封隔器與膨脹管配套使用，通過從上到下液壓膨脹封隔器來實現(xiàn)膨脹管與套管的緊密貼合，完全規(guī)避傳統(tǒng)膨脹管依靠機械錐從下往上脹開膨脹管工藝的風(fēng)險和缺陷，極大地降低了膨脹管作業(yè)的環(huán)境限制。由于膨脹的最大外徑由泵送壓力決定，所以其膨脹直徑可根據(jù)實際井眼直徑進行調(diào)整。該技術(shù)具有高膨脹率、大內(nèi)徑、高抗內(nèi)壓強度等特點，能承受高溫、H2S和CO2等惡劣環(huán)境。

2.7 膨脹管螺紋連接技術(shù)

膨脹管螺紋接頭不僅起到將套管連接起來的作用，而且在套管的安全使用壽命期內(nèi)，螺紋連接處需在能夠承受拉伸、擠壓、彎曲以及扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜載荷作用的情況下兼具良好的密封性能。螺紋嚙合不緊密會大大降低螺紋連接強度和密封承壓能力，腐蝕液浸入螺紋間隙會腐蝕嚙合面，嚴重影響工作性能，因此保證膨脹后螺紋連接的完整性是膨脹管膨脹成功的關(guān)鍵。膨脹管螺紋接頭作為膨脹成形過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，膨脹后的性能是該技術(shù)發(fā)展的主要難點。目前，膨脹管螺紋接頭大多由偏梯形螺紋設(shè)計組成，可為螺紋連接提供較高的結(jié)構(gòu)可靠性。圖8為Enventure全球技術(shù)公司分別在2015年和2020年對膨脹管螺紋連接的設(shè)計和改進［18—20］。在膨脹管螺紋接頭的早期開發(fā)過程中，通過研究及現(xiàn)場使用發(fā)現(xiàn)，膨脹過程中接頭外徑的損壞會影響密封完整性。現(xiàn)階段膨脹管螺紋接頭采用內(nèi)部O形圈密封，高性能厚壁膨脹管螺紋連接也使用外部O形圈密封，以在膨脹前、膨脹期間和膨脹后為其提供最大的壓力，確保密封完整性。

3國內(nèi)膨脹管技術(shù)

3.1 中國石油膨脹套管技術(shù)

2014年，塔河油田部分深層側(cè)鉆井存在地質(zhì)避水、鉆井遇易漏和易坍塌地層的情況。由于油田采用常規(guī)小套管完井，井眼內(nèi)徑無法滿足后續(xù)作業(yè)要求，所以需用膨脹管充當技術(shù)套管以封堵復(fù)雜地層，同時增加套管內(nèi)徑，保證后續(xù)小井眼鉆進作業(yè)。塔河油田采用中國石油集團工程技術(shù)研究院有限公司機械所研發(fā)的側(cè)鉆水平井膨脹套管完井技術(shù)，在TH12115CH井進行現(xiàn)場施工，膨脹管作業(yè)長度為526.88m，下入井深達6065m，最大井斜達到65.8°，入井深度、井斜和連續(xù)膨脹長度為當時國內(nèi)紀錄。2020年，寧209H33—3井為西南油氣田部署在長寧頁巖氣區(qū)塊的水平開發(fā)井。該井漏失段長，井眼工況復(fù)雜，地層承壓能力不足，無法采用常規(guī)化學(xué)堵漏方式進行安全鉆進。該井采用中國石油集團工程技術(shù)研究院有限公司機械所研發(fā)的PZG194型高性能膨脹管裸眼封堵技術(shù)，成功實施756m封堵作業(yè)，為我國單次膨脹管裸眼封堵最長施工紀錄，同時也是世界大管徑膨脹管裸眼封堵長度記錄。膨脹管封堵技術(shù)作為解決地層惡性漏失難題的有效手段，成為助力我國油氣勘探開發(fā)和提質(zhì)增效的工程技術(shù)利器。

3.2 中國石化等井徑膨脹管鉆井技術(shù)

勝利油田鉆井工藝研究院先后在勝2—斜101井、草702—平6井、墾東641—斜27井進行241.3mm裸眼井段下入膨脹管和大通徑裸眼井段擴眼試驗，以驗證，241.3mm等井徑膨脹管系統(tǒng)功能和螺紋膨脹可靠性。2020年，在前期試驗基礎(chǔ)上，經(jīng)過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、工具加工測試、組裝和室內(nèi)膨脹試驗，進一步優(yōu)化現(xiàn)場試驗方案，在河31—斜190井進行等井徑膨脹管膨脹試驗，將等井徑膨脹管系統(tǒng)下入?339.7mm表層套管內(nèi)，膨脹后作為臨時技術(shù)套管保證?241.3mm鉆頭進行二開鉆進至完井作業(yè)。該次施工作業(yè)，將5個膨脹管短節(jié)（總長9.05m，內(nèi)徑199mm的膨脹管）膨脹至?245.1mm，完鉆井深2751m，膨脹后管體內(nèi)壁完整、螺紋連接可靠，能夠承受鉆塞和二開鉆進雙重考驗。當深井鉆遇復(fù)雜地層時，等井徑膨脹管鉆井技術(shù)作為臨時技術(shù)套管進行機械封堵，在不改變鉆頭直徑和井身結(jié)構(gòu)時仍能繼續(xù)鉆進，避免常規(guī)鉆井的錐形井身結(jié)構(gòu)，有利于將井鉆得更深。

4 膨脹管技術(shù)發(fā)展趨勢

國內(nèi)膨脹管技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱，配套工具的研發(fā)速度與國外產(chǎn)品研發(fā)速度相比有一定滯后。從調(diào)研的國外新型膨脹管產(chǎn)品情況可以看出，目前市場推出的新型膨脹管產(chǎn)品主要集中在等直徑膨脹管、大口徑高性能膨脹尾管懸掛器以及針對特殊環(huán)境的膨脹管定制服務(wù)上，他們的發(fā)展將主要集中在以下幾個方面：

（1）等直徑膨脹管對于鉆井技術(shù)發(fā)展的重大意義在于開鉆井眼小，完井可獲得較大直徑，甚至開鉆井眼與完井井眼具有相同直徑，是提高鉆井深度和優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。采用膨脹管技術(shù)鉆井能夠鉆更深的直井和更長的大位移水平井，從根本上解決大尺寸井眼鉆速慢、鉆進難的問題。該技術(shù)國外已經(jīng)處于初步商業(yè)應(yīng)用階段，國內(nèi)目前仍處于試驗階段，與國外相比還存在較大差距。

（2）大口徑高性能膨脹尾管懸掛器具有入井安全方便、環(huán)空過流面積大、密封能力強，能夠承受更大的懸掛載荷和高溫的作用，兼具雙向錨固能力，注水泥過程中可以活動套管提高水泥固井質(zhì)量等諸多優(yōu)點。與套管鉆井技術(shù)相結(jié)合，大口徑高性能膨脹尾管懸掛器可以獲得較大的井眼通徑，改善鉆井作業(yè)質(zhì)量，大大降低建井成本，在現(xiàn)場應(yīng)用中顯現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟效益和技術(shù)優(yōu)勢。懸掛器作為膨脹管鉆完井裝備的主力產(chǎn)品，其大通徑和強密封的優(yōu)勢，是尾管懸掛器的發(fā)展方向之一。

（3）標準膨脹管的設(shè)計符合大多數(shù)油田的作業(yè)條件，同時兼具成本效益，但油田施工作業(yè)有時會面臨各種挑戰(zhàn)，為適應(yīng)苛刻的環(huán)境，如硫化氫、氯化物或其他化學(xué)物質(zhì)的存在，目前國外Saltel公司和Enventure公司等多家公司憑借對各種密封材料和管道冶金的了解，可以通過研究特定油井狀況，調(diào)整產(chǎn)品的材料選擇，提出定制解決方案。由于支持產(chǎn)品幾何形狀定制，無論是較高的抗坍塌能力、較小的通徑限制、較高的膨脹比，還是非標準的膨脹管長度，在滿足特殊油田的作業(yè)需求時，都具有可靠和靈活的設(shè)計。

5結(jié)束語

由于膨脹管技術(shù)包含膨脹套管、膨脹防砂篩管、膨脹尾管懸掛器及等直徑膨脹管，相關(guān)配套設(shè)備繁多，單憑一家單位研發(fā)膨脹管產(chǎn)品和配套設(shè)備很難在短時間內(nèi)趕上與國外的技術(shù)差距，很大程度上造成了國內(nèi)膨脹管技術(shù)的研發(fā)周期變長。國內(nèi)膨脹管系統(tǒng)的研發(fā)需要專業(yè)的科研單位通力合作，在膨脹管管體和密封材料、膨脹錐結(jié)構(gòu)和性能、膨脹管螺紋連接、膨脹尾管懸掛器密封及懸掛能力、膨脹篩管過濾性能研究等方面進行協(xié)調(diào)合作，整合國內(nèi)各項優(yōu)質(zhì)資源，逐步優(yōu)化并完善膨脹管技術(shù)的各個模塊，不斷增強其安全性和可靠性，早日實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)?；瘧?yīng)用，創(chuàng)新研究出具有我國特色的膨脹管系統(tǒng)，真正實現(xiàn)產(chǎn)品自主化。

參考文獻

[1]強杰，齊月魁，劉雪光，等.膨脹管補貼技術(shù)在大港油田的應(yīng)用研究［J］．石油機械，2021，49（9）：105-112.

QIANG J， QI Y K， LIU X G， et al.Research on the application of expansion pipepatch technology in Dagang oilfield [J].China Petroleum Machinery，2021， 49 （9）：105-112.

[2]楊海波，侯婷，馮德杰，等.免鉆式膨脹管補貼技術(shù)研究與現(xiàn)場試驗［J］．石油鉆探技術(shù)，2017，45（5）：73-77.

YANG H B，HOU T，F(xiàn)ENG D J，et al. Research and field test of non-drilling plug expandable casing patching technology [J].Petroleum Drilling Techniques，2017， 45（5）：73-77.

[3]韓耀圖，李進，張磊，等.側(cè)鉆小井眼膨脹管鉆完井技術(shù)研究［J］．石油機械，2019，47（4）：57—62，68.

HAN Y T，LI J，ZHANG L，et al. Application of ex- pandable tubular drilling and completion technology in sidetracking slimhole [J].China Petroleum Machinery， 2019，47（4）：57-62，68.

[4]李濤.高溫高壓套損井膨脹管修復(fù)技術(shù)［J］.石油勘探與開發(fā)，2015，42（3）：374—378．

LI T.Solid expandable tubular patching technique for high-temperature and high-pressure casing damaged wells [J].Petroleum Exploration and Development， 2015，42（3）：374-378.

[5]白強，楊偉方，李德君，等.高性能鋼鐵材料在實[s]體膨脹管領(lǐng)域的應(yīng)用前景［J］.鋼鐵研究學(xué)報，2015，27（5）：1-7.

BAI Q，YANG W F，LI D J， et al. Application pros- pect of high performance steels in solid expandable tubu- lar [J].Journal of Iron and Steel Research，2015，27 （5）：1-7.

[6]張冠林，徐星，趙聰，等.國內(nèi)外高溫高壓尾管懸掛器技術(shù)新進展［J］．斷塊油氣田，2020，27（1）：113-116，130.

ZHANG G L， XU X， ZHAO C， et al. New develop- ment of high temperature and high pressure liner hanger technology in China and abroad [J].Fault-Block Oil & Gas Field，2020，27（1）：113-116，130.

[7]曹川，任榮權(quán)，王宏偉，等.國外膨脹管技術(shù)應(yīng)用新進展［J］．石油機械，2013，41（5）：29—32．

CAO C， REN R Q， WANG H W， et al. New progress in the application of foreign expansion tube technology [J].China Petroleum Machinery，2013，41（5）： 29-32.

[8]NOEL G. The development and applications of solid ex- pandable tubular technology [J].Joumal of Canadian Petroleum Technology，2005， 44（12）：PETSOC- 05-12-TB.

[9]PEREZ-ROCA E.Optimizing producing wells with solid expandable tubular technology[C]//Latin American & Caribbean Petroleum Engineering Conference.Buenos Aires： SPE，2007：SPE 107932-MS.

[10]YORK P. Collaborative effort enables repair of prolific gas well with solid expandable chrome liner [C]// Offshore Technology Conference. Houston：OTC， 2008： OTC 19657-MS.

[11]沈琛，寧學(xué)濤，朱海波，等.膨脹篩管防砂技術(shù)研究［J］．石油鉆采工藝，2011，33（1）：102—10）4．

SHEN C， NING X T， ZHU H B， et al. Application of expandable screen pipe technology for sand control [J].Oil Drilling & Production Technology，2011，33 （1）：102-104.

[12]段友智，艾爽，劉歡樂，等.形狀記憶篩管自充填防砂完井技術(shù)［J］．石油鉆探技術(shù)，2019，47（5）：86-90.

DUAN Y Z， AI S， LIU H L， et al. Shape memory screen self-packing sand control completion technology [J].Petroleum Drilling Techniques，2019，47（5）： 86-90.

[13]MING T. Design and application of expandable casing drillingtechnology of deep sidetrack horizontal well in Tahe oilfield [C]//International Petroleum Technolo- gy Conference.Beijing：IPTC，2013：IPTC 16760- Abstract.

[14]BENZIE S，HUEY T， COOPER C， et al. Expand- able liner system provides option for repairing corro- ded，small-diameter casing [C]//SPE Kingdom of Saudi Arabia Annual Technical Symposium and Exhibi-tion. Dammam： SPE， 2018： SPE 192331-MS.

[15]唐明.膨脹懸掛直連型尾管小井眼二開次鉆完井技術(shù)［J］．石油機械，2014，42（12）：32—35．

TANG M. Expandable liner hanger and extreme line casing for the second spud slim hole drilling and com- pletion [J].China Petroleum Machinery，2014，42 （12）：32-35.

[16]徐丙貴，賈濤，黃翠英，等.膨脹管技術(shù)在鉆井過程中的研究與應(yīng)用［J］．石油機械，2013，41（4）：11-15.

XU B G，JIA T，HUANG C Y，et al. Research and application of expandable pipe technology in drilling [J]. China Petroleum Machinery，2013， 41 （4）： 11-15.

[17]吳晉霞，張瑞.國內(nèi)外尾管鉆井技術(shù)新進展［J］.石油機械，2018，46（2）：12—17．

WU J X，ZHANG R. Development of domestic and o- verseas liner drilling technology [J].China Petroleum Machinery，2018， 46 （2）： 12-17.

[18]鄭鋒輝，韓來聚，楊利，等.國內(nèi)外新興鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］．石油鉆探技術(shù)，2008，36（4）：5-11.

ZHENG F H，HAN L J，YANG L，et al.Develop- ment of novel drilling technology [J]. Petroleum Drilling Techniques，2008，36 （4）：5-11.

[19]SIDDIQUI A A， YORK P. Monobore solid expandable liners-redesigning weIls for a more economical and op- erational benefit [C]//International Petroleum Tech- nology Conference. Bangkok：IPTC，2011： IPTC 14255-MS.

[20]PARK M，TEASDALE P，COWLING M. Application of uncemented solid expandable liner for combined openhole isolation and casing repair [C]//SPE/IADC Drilling Conference and Exhibition. London：SPE， 2015： SPE 173134-MS.

第一作者簡介：馮 定，教授，博士生導(dǎo)師，生于1963年，2006年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）機械設(shè)計及理論專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事石油機械及井下工具設(shè)計、診斷及動態(tài)仿真等教學(xué)與科研工作。地址：（434023）湖北省荊州市。E-mail：fengd0861＠163．com。

收稿日期：2022—06—22

（本文編輯 王剛慶）