套管膨胀性能试验研究

利用10mm×30°和10mm×45°倒角的膨胀头对J55和N80两种φ114．3mm（41／2英寸）套管进行了膨胀试验，结果表明，30°倒角膨胀头膨胀套管所需的力小于45°倒角的膨胀头；套管膨胀过程中出现3次峰值载荷；J55套管比N80套管易膨胀，J55套管膨胀后的壁厚减薄率大于N80套管，而长度缩短率小于N80套管。     

油套管膨胀对材料性能的影响

一项正处于研究阶段的新成果—膨胀式管柱技术引发了诸多兴趣，其中对几个课题的研究显示，该技术将来投入现场应用的前景充满生机。研究包括套管膨胀对材料机械性能的影响、抗硫化物应力腐蚀断裂性能及膨胀过程中周向（切向）应力分布等。本文提供了部分实验结果。　　在完井、修井方面，这项技术能提高完井的经济性、实施复杂地层的完井和通过现场修井（如在受损套管外包层）进行故障时完井，其技术工艺包括将心轴和润滑锥总成推入比锥体内径小的可膨胀管内以实现管柱的膨胀。本装置选材至关重要，各部件的材料应具有足够的强度、良好的塑…     

膨胀套管螺纹联接设计研究

鉴于API标准套管螺纹及目前广泛使用的特殊螺纹无法满足膨胀套管的技术要求等问题,设计出内外壁都与管体平齐的直联型膨胀套管螺纹联接。对设计进行了计算机有限元模拟分析,采用大型非线性有限元分析软件MSC.Marc,将膨胀套管螺纹联接按轴对称问题处理,选用轴对称节点四边形实体单元。模拟分析表明,设计的螺纹在上扣过程中,其等效VME应力分布呈现啮合螺纹端部较高、中间部分较低的趋势,最大值约为271 MPa,符合膨胀套管螺纹的基本要求,膨胀后的结构及密封性能满足现场要求。     

可膨胀套管技术概述

可膨胀套管技术是将为21世纪石油钻采行业起着关键性作用的技术之一。主要应用于封堵复杂层，尾管悬挂器、套管修复等多个领域，该技术的最终目的是实现使用同一尺寸的套管代替现行的多层套管，以提高对付多个复杂地层的能力，提高钻井作业效率，降低钻井成本。文中详细介绍了国内外可膨胀套管技术的发展情况。     

膨胀套管膨胀心头的结构设计

根据弹塑性有限元理论 ,建立了膨胀套管和膨胀心头的力学模型。采用单级和多级膨胀心头 ,在相同工况下对N80钢级 2 4 4 5mm套管膨胀至 2 98 5mm的过程进行计算机模拟 ,得出 2种膨胀心头膨胀后套管的等效应力、接触应力和轴向收缩量模拟曲线。定性和定量分析表明 ,相同工况下 ,采用单级膨胀心头比多级膨胀心头所需推动力小 ,且膨胀后的套管壁厚大 ,抗外挤性能好。     

膨胀套管膨胀力的理论计算

根据弹塑性的理论，推导了膨胀套管在弹性变形区和塑性变形区的周向应力和径向应力计算模型，确定了膨胀套管膨胀时在膨胀芯头与套管之间所需的最小接触载荷。对膨胀芯头的受力进行了分析，考虑了膨胀芯头几何参数和金属间摩擦系数等影响因素，建立了作用在膨胀芯头上膨胀套管所需膨胀力的计算方法，对相关参数对膨胀芯头拉力的影响进行了讨论，并用实验数据对理论计算结果进行了验证，结果表明，采用本文推导的计算模型所得到的芯头膨胀拉力的计算精度满足工程应用的需要。     

套管膨胀加固模拟仿真分析

基于弹塑性理论,建立了修井作业中套管膨胀加固非线性有限元模型,对套管加固补贴件的非线性膨胀过程进行了数值模拟,分析了膨胀过程中所需的驱动力以及加固密封效果,并根据计算结果提出了一些意见和建议.     

膨胀套管润滑措施分析

对膨胀套管作业过程中膨胀工具与套管内壁间的摩擦与润滑问题进行了研究。从理论上对膨胀套管作业的摩擦与润滑方法进行了系统的分析阐述,并对采取固态磷化润滑膜的润滑效果进行了实物试验,与普通润滑方法的润滑效果进行了对比。结果显示,采用固态磷化膜润滑具有明显的润滑效果,降低了膨胀压力,并且使膨胀过程更加稳定,膨胀后的套管尺寸精度更加均整。最终分析认为,采取固态磷化润滑膜是膨胀套管作业中简单有效且低成本的润滑方法,可以用于实际生产。     

膨胀套管技术中膨胀工具的力学机理研究

以弹塑性力学为理论基础,计算机有限元模拟为研究手段,对膨胀工具结构进行了模拟分析,完成了对膨胀工具作用原理的研究和结构的优化设计。将模拟结果与国外的实际膨胀作业和国内的试验结果进行了对比,得出以下结论:①膨胀套管在膨胀时与摩擦力和膨胀锥角有关;②高接触应力不利于润滑,且膨胀头与膨胀套管内壁的接触面易发生粘接,造成管体损坏;③API标准中,N80钢级套管膨胀幅度为20%时,最佳膨胀锥角α可取9.8°。     

膨胀套管的弹塑性理论分析

分析认为，膨胀套管在膨胀过程中先进入弹性阶段，然后进入弹塑性阶段，最后进入塑性流动阶段。采用弹塑性分析方法，对膨胀套管膨胀过程中套管内壁的受力与变形进行了研究，模拟了其成形的过程，并建立了解析解，为膨胀套管膨胀操作过程中确定关键操作参数提供了理论支持。根据推导出的力学模型，计算出了外径107．9mm、钢级为J55的膨胀套管膨胀到直径139．7mm时膨胀芯头拉头处的轴向力为195．94kN。     

国外几种柔性膨胀管在胜利油田的应用

随着技术进步,柔性膨胀管技术逐渐应用到钻井完井作业中,用来解决复杂的技术问题,并取得了一定成效。胜利油田引进并应用了威得福公司生产的ABL割缝膨胀管,壳牌和哈里伯顿合资的ENVENTURE公司生产的实体膨胀管,俄罗斯TATNEFT公司生产的波纹膨胀管。根据实际情况应用到不同井型用来解决不同的复杂问题。由于施工工艺不同,使用效果也不一样。简述了各种膨胀管工艺、原理和施工方法的差异,并进行了分析,为柔性膨胀管技术在国内的应用提供了经验。     

膨胀管补贴工艺在江苏油田的应用

随着油水井生产时间的延长及开发方案的不断调整和实施,由于地层地应力变化、油水井作业及其他施工的影响,油、气、水井套管技术状况越来越差。结合江苏油田现场实际,分析套管损坏原因,采用膨胀管补贴工艺技术,有效解决了现场生产难题,同时缩短了修井时间,降低了生产成本。     

实体膨胀管补贴技术研究新进展

随着油田的开采,油水井套管损坏日趋严重。简单介绍了常规套管补贴技术以及实体膨胀管补贴技术的应用现状。常规的套管补贴技术如波纹管、厚壁管补贴技术在内通径、补贴强度、补贴长度等方面存在着较大的局限性。实体膨胀管补贴技术通过对补贴管进行全尺寸的膨胀来实现套管补贴的目的,具有通径大、强度高、补贴长度大(达到数百上千米)等诸多优点,对套管损坏的治理具有较强的适应性。胜利石油管理局钻井工艺研究院已完成膨胀管材料、结构、螺纹、悬挂、密封等多方面的研究,井下模拟及现场试验均取得了成功。该技术的研究成功,为油田老井的恢复提供了一套切实可行的技术手段。     

实体可膨胀管变形力与膨胀工具模角关系研究

建立了实体可膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型,通过对模型的求解,得出膨胀管与膨胀工具在不同的接触条件、可膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下,膨胀变形力与膨胀工具模角的关系。用107.95mm套管做了实体膨胀试验,通过试验测得的膨胀变形力与用模型求得的计算结果符合得很好,完全可以满足实际工程的需要,证明提出的模型及其求解结果正确可信。     

膨胀管金属流动行为的计算机模拟研究

膨胀套管技术在我国尚处于理论探索阶段。鉴于此 ,用ADINA软件的弹塑性有限元接触问题建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型 ,对壁厚 8 94mm的 2 4 4 5mm套管进行膨胀过程的计算机模拟 ,通过分析和比较沿膨胀管径向不同位置处的单元节点组在X轴和Y轴方向的位移量 ,得出了膨胀管在不同摩擦系数和不同内径膨胀幅度时的金属流动规律 ,为膨胀锥体的结构设计和材料选择以及膨胀技术的实际应用提供了理论依据。     

过套管补贴技术研究与应用

针对膨胀管补贴后的套管段内径变小,无法实现该处套管以下套损部位补贴的问题提出过套管补贴技术。该技术使用活塞液压缸作为动力系统,液力锚定器作为锚定系统,将膨胀工具外置于膨胀管,进一步提高膨胀管的通过性与膨胀率。室内试验与现场应用表明:该技术使用的工具结构简单,装配方便,膨胀管与套管之间为全段金属密封,8%膨胀率的膨胀管与1 m套管之间悬挂力超过80 kN;动力系统能够承受30 MPa压力,满足使用要求;现场应用工艺设计合理,能成功解决已补贴段套管内径过小、待补贴位置难以精确定位的问题。     

石油膨胀管材料的设计准则

石油膨胀管是现代石油工业领域新兴的一项技术,被称为21世纪石油套管的一次技术革命。通过大量的实验研究,介绍了石油膨胀管材料铁基膨胀合金的设计准则,即膨胀管材料应具备高塑性、高强度和高加工硬化率等3个特点;提出了新概念“材料的强塑性”。为了便于设计石油膨胀管材料,推导了铁基合金ε马氏体的相变起始温度Ms(ε)的计算公式。     

实体膨胀管膨胀后轴向位移有限元数值模拟

实体膨胀管膨胀后轴向位移的变化规律,是确定待膨胀套管长度和确定膨胀工艺的基础,是实施井下套管膨胀作业前必须解决的问题。为研究膨胀管膨胀后的轴向位移的变化规律,建立了实体膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型。通过对所建模型的求解,对实体膨胀管膨胀后轴向位移与膨胀工具模角的关系进行了深入细致的研究,找出了膨胀工具与膨胀管在不同的接触条件、膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下轴向位移的变化规律。得出了套管膨胀后的轴向位移受多种因素影响的结论。并通过实验证明了所建立的模型解精度较高,能够满足工程需要。因此,在设计膨胀工艺时,应综合考虑膨胀工具与膨胀管的接触状态、膨胀管的膨胀率及膨胀工具模角,确定套管膨胀前的实际长度,以满足工程实际的需要。     

NB35-2油田应用膨胀坐挂定位分支井新技术实践

膨胀坐挂定位分支井技术是国家863“可控(闭环)三维轨迹钻井技术”研究课题分支井钻完井技术研究内容及关键技术。膨胀坐挂定位分支井技术具有以下特点:①采用膨胀管作为坐挂工具,操作简便;②可对老井套管起到保护作用,无需采用传统的卡瓦式坐挂工具;③膨胀管坐挂膨胀后留在井筒内的内径大,便于下入修井工具及井下作业。该项技术首次用于渤海NB35-2油田244.5mm套管井获得成功,为渤海复杂河流相沉积油藏后期调整积累了经验,对于有效降低我国海上油田开发成本具有重要意义。     

实体膨胀管补贴技术的研究与应用

随着油田的开采,国内老井越来越多,套管损坏也越来越频繁,急需一种方便、有效的套管补贴技术。实体膨胀管基本原理简单,工艺技术成熟,和常规套管补贴技术相比有诸多优点,如膨胀前直径小易于下管,膨胀后内通径大、强度高、补贴长度可按需要进行调整,悬挂密封性能强等,因此实体膨胀管对套管修复有很强的适应性。通过现场应用,总结了施工中的关键工序、注意问题,提出了改进意见,为今后实体膨胀管的补贴施工积累了经验。