可膨胀管技术及其在石油钻采行业中的应用

当今世界的石油勘探开发主要向深层系和海上发展 ,石油钻井的难度越来越大 ,可膨胀管技术的成功开发解决了变径井完井的难题。可膨胀管技术的就是将膨胀管下到井下预定位置之后 ,利用驱动头使膨胀管产生永久变形 ,从而达到增大采油管柱内径或井径之目的。可膨胀管主要有 3种用途 :一是用作应急套管解决复杂井段的井壁稳定问题 ;二是用作尾管悬挂器 ,可延长平均故障间隔时间 ,减少费用 ;三是用于砂控。该技术可应用于钻井、完井、采油、修井等作业 ,被认为是 2 1世纪石油钻采行业中的核心技术     

国外膨胀管技术的发展与应用

膨胀管技术是石油工业中迅速崛起的可明显降低钻井完井成本的一项新技术.威德福公司在可膨胀防砂筛管领域居于领先地位,其膨胀管技术分为三类:可膨胀割缝管、实体膨胀管和膨胀系统.哈里伯顿公司的膨胀产品包括可膨胀筛管系统和可膨胀尾管悬挂器/封隔器系统,这两种系统都经过了大量的室内和现场试验.Enventure公司开发了三种实体膨胀管产品:可膨胀尾管系统、套管井衬管系统和可膨胀尾管悬挂器系统.贝克石油工具公司的可膨胀产品包括可膨胀尾管悬挂器系统、六级分支井完井系统、可膨胀裸眼完井系统、套管补贴系统和膨胀封隔器.基于世界各大公司膨胀管技术上的发展与应用,文章针对我国膨胀管技术现状提出了相关的看法和建议.     

可膨胀管技术及其在石油工业中的应用

可膨胀管技术是石油工业领域发展十分快速的技术之一。该技术可用于多种类型油井建井、完井及固井作业,使用范围从陆地到浅海,甚至深海。可膨胀管可分为可膨胀割缝管和实体可膨胀管两大类。其中,可膨胀割缝管可用于可膨胀防砂管、裸眼井衬管、可膨胀完井衬管;实体可膨胀管可用于尾管悬挂器和应急套管。文章分别介绍了各种膨胀管的膨胀机理、优点及其应用。     

可膨胀尾管悬挂器技术及其应用

可膨胀管悬挂器(ELH)作为尾管固井、完井工艺中一项革新型工具,可以成功地解决常规悬挂器因其原理和结构特点带来的固井施工难题及重叠段固井质量差等问题,成为下一代悬挂器研究的重点。文中以实体膨胀悬挂器系统为例,介绍了其结构原理及应用情况。     

钻井实体膨胀管技术

钻井实体膨胀管技术是用特殊工具和工艺对下入油气井井眼中的管柱进行径向膨胀至塑性变形区域,以达到“节省”井眼直径的目的的一种钻井工程新技术。该技术的出现将给未来深井及复杂地质条件中的钻井及改善现有的井身结构带来革命性的影响,并可以极大地降低钻井成本。介绍了钻井实体膨胀管技术在膨胀尾管系统、套管补贴机构和膨胀尾管悬挂器系统中的具体应用与工艺过程,以及钻井实体膨胀管的技术关键与最新发展动态,并对国内开展此项技术的研究提出了建议。     

单直径钻井尾管——从概念到现实

在油气工业中，单直径井是一项重要的发明。可膨胀管技术使得同一尺寸的钻井尾管在井内多管柱安装时无需缩小内径(ID)。安装的过程包括在套管下面接上一根单直径的钻井尾管，并使之膨胀和相互搭接。在标准套管内合成的内径使辅助性单直径钻井尾管可伸缩安装并在膨胀时不必减小内径尺寸。单直径井降低了钻井的总费用并使操作人员能以最佳直径完井。     

我国第一个SET系统

中国石油化工集团公司 (SINOPEC)与EnventureGlobalTechnology合作 ,已成功地在胜利油田安装了第一个可膨胀套管 (SET)系统。长 35 9.0 5m的1 0 7.9mm裸眼可膨胀尾管 (OHL)通过1 39.7mm基础套管下入后 ,在新钻的、已扩眼的、胶结裸眼中膨胀。新井眼通过基础套管开窗 30 .48m侧钻而成。新的尾管膨胀并密封基础套管后完井。在这次现场试验中 ,SET系统用作生产尾管。它使我们更深入储层 ,能够利用大于常规油田工艺提供的井眼尺寸重新完井和采油。SET系统在我国首次应用成功 ,对于提高我国钻井技术具有非常重要的意义。我国第一个…     

尾管悬挂膨胀管固井技术在双T121老井加深中的应用

河南油田进入开发后期,多年开采的采油井产能下降被迫关井。通过老井复查,发现其中部分油井在采油、钻井口袋内的油层可以利用。利用尾管悬挂膨胀管固井技术较好地解决了这一问题。双T121井成功实验为今后老井挖潜提供了又一技术途径。     

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。     

国内外可膨胀套管技术的发展概况

论述了可膨胀套管(SET)的技术意义、经济效益及其在国外的发展情况,简介了3种常用SET系统—裸眼可膨胀尾管(OHL)系统、套管井可膨胀尾管(CHL)系统和可膨胀尾管悬挂器(ELH),详细阐述了可膨胀套管的力学机理和膨胀锥体的设计结构、膨胀过程力学状态、膨胀力计算分析等几个关键技术问题,介绍了国内对可膨胀套管的应用研究,指出可膨胀套管技术的开发必将进一步促进我国HFW焊管的技术创新和结构调整。     

基于膨胀管定位系统的多分支井钻完井技术

基于膨胀管定位系统开发了膨胀管定位多分支井技术:在分支井钻井、完井甚至后续的采油、修井以及油层改造等作业中,各种工具均根据井下膨胀坐挂定位装置进行定位并作业的一种新型多分支井技术,具有工艺简单,完井后通径大和可以在小尺寸井眼内钻多个分支等特点,达到了国际TAML 4级完井水平.该技术通过膨胀坐挂定位装置实现了对斜向器的可靠定位;并可承受极大的钻压和扭矩,完全满足开窗、侧钻、等施工要求.在海上油田3口井中的成功应用证明该技术和装备成熟可靠,整套施工工艺和作业难度低,作业安全可靠性高,各工序施工信号明显,司钻易于操作.初步形成了主套管为177.8 mm(7 in)和244.5 mm(9%in)两个系列的膨胀管定位多分支井工具和工艺技术.图9参19     

实体膨胀管理论膨胀载荷的确定

实体膨胀管膨胀载荷是膨胀管钻井技术的关键参数。膨胀载荷分析方法是确定膨胀载荷和设计、优化膨胀工具的理论基础。针对实体膨胀管结构特点和塑性大变形膨胀过程,建立了实体膨胀管力学模型,提出了实体膨胀管膨胀载荷确定方法,给出了膨胀载荷计算公式,指出了膨胀载荷和膨胀管结构、材料性质、膨胀工具结构及其接触面上的摩擦因数之间的关系。通过和有限元数值计算结果、实际工程案例比较,相对误差为3.4%~5.8%,结果表明膨胀载荷分析方法合理、正确,对实体膨胀管钻井技术具有实际、有效的工程指导意义。     

定向随钻扩眼技术在塔河油田侧钻水平井中的应用

针对塔河油田井身结构侧钻开孔尺寸受限、固井环空间隙小、地层压力系统复杂等难点,决定采用斜向器开窗侧钻定向随钻扩眼技术,与膨胀管和小井眼水平井钻井技术相配套结合,同时验证定向随钻扩眼技术在塔河油田深井应用的可行性。定向随钻扩眼技术可在套管尺寸不变的情况下,增加套管环空间隙,扩大井眼尺寸,提高固井质量,给后续的完井和采油作业提供有利条件。     

两种典型膨胀管膨胀工艺技术研究

膨胀管技术目前已广泛应用于钻井、完井、修井和采油等各石油工程领域,膨胀工艺是其关键技术之一。针对两种最典型的"自下而上"和"自上而下"膨胀工艺,利用弹塑性有限元法建立了膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题力学模型,直观地模拟了不同接触条件下的膨胀过程。对比分析得到两种膨胀工艺下摩擦系数对膨胀管的轴向位移、膨胀力、壁厚减薄量、残余应力以及膨胀过程中的接触应力的影响,所得结论为膨胀管膨胀工艺的设计提供了理论依据。     

膨胀管关键技术研究及首次应用

膨胀管技术作为一种新兴技术越来越受到石油工程界的重视,采用该技术可以改善现有井身结构以及增大完井井眼直径,利于后续的钻井及采油工程作业。运用有限元模拟方法对膨胀管技术的重点和难点即膨胀锥和连接螺纹进行了研究,设计了膨胀锥模型和膨胀套管连接螺纹,确定了膨胀锥的几何形状、尺寸、锥角以及连接螺纹的形式、形状、密封面、扭矩台肩。通过2口井的膨胀管技术现场试验,成功地验证了膨胀管技术在现场应用的可靠性,为今后在石油钻井及完井过程中优化井身结构、减少井下复杂情况、增大完井井径及套管修复,提供了一套最新的解决方案。     

深水平井钻井技术探讨

通过对西部油田１０余口深水平井钻井工程技术攻关和现场应用试验，形成了包括优化工程设计、井眼轨迹控制、安全钻井和钻井液体系的一整套深水平井钻井工艺技术，并创造了多项水平井钻井的全国纪录。多数试验井经试油获１０００ｔ／ｄ以上的高产，取得了显著的社会经济效益。     

超高压气井井身结构设计技术

超高压气田在我国分布较为广泛,其主力产层因沉积环境一般埋藏较深,最深达到8 000 m以上,地层复杂,往往存在喷、漏、塌以及含H₂S等复杂情况,超高压气井钻井工程井身结构设计非常困难。为解决超高压气井井身结构设计主要存在的“深井或超深井,套管管材应力水平高,在含H₂S条件下安全余量小”的问题。提出超高压气井井身结构设计技术应根据地层压力系统和井下复杂情况来确定必封点,增大完井尺寸和提高上部大尺寸套管的强度,井身结构采用自下而上和自上而下相结合的方法进行设计;进行深部井眼钻具强度校核和水力参数计算时,应结合钻机选型和钻井工艺技术,对套管选型和强度校核以及套管安全下入技术进行评估。     

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。     

膨胀尾管悬挂器研究及应用

常规尾管悬挂器由于密封性能差、内通径小等问题很难满足生产需要,为此,对悬挂及密封材料、液压及机械相结合的膨胀机构、膨胀方式、爆破盘等关键技术进行了研究,研制了膨胀尾管悬挂器.介绍了其结构和工作原理,阐述了其技术优点:该技术把膨胀套管技术应用到尾管完井领域,密封悬挂机构采用高强度橡胶材料,膨胀方式采用液压和机械相结合、由上至下的膨胀方式,设计了爆破盘.为检验膨胀尾管悬挂器的性能指标,进行了膨胀尾管悬挂器室内试验,验证了膨胀尾管悬挂器的基本性能.在王102-侧54井进行了侧钻井现场试验,悬挂φ95 mm尾管901.67 m.膨胀尾管悬挂器集尾管悬挂器及上封隔器于一身,有效解决了尾管头漏失问题,且悬挂密封可靠,内通径远大于尾管内径,是尾管完井技术的最新发展方向.