实体膨胀管补贴修井技术在江苏油田的应用

江苏油田为解决油水井套管破漏损坏严重的问题，从美国引进了实体膨胀管补贴修复套管工艺技术。6井次、7个补贴段的现场应用表明，该修井技术具有工艺简单、补贴后井眼内径变化不大、抗压强度高和密封性能好等优点。介绍了实体膨胀管补贴修井技术的原理、特点及现场应用情况，并进行了经济效益分析。     

免钻式膨胀管补贴技术研究与现场试验

采用常规膨胀管补贴技术进行套管修复后需进行钻塞作业,会延长修井周期、增加作业费用。为此,进行了免钻装置结构设计、工具参数优化和室内试验验证,确定工具性能指标和使用工况,形成了免钻式膨胀管补贴技术。根据室内试验结果确定免钻装置的性能指标符合现场实施要求,除此之外,还确定了施工参数及施工工况,给出了免钻膨胀管补贴技术的现场施工工艺。渤海湾CDX-56P井的现场试验结果表明,该免钻装置能够满足抗扭、抗压等现场施工要求,具有较好的实用性。免钻式膨胀管补贴技术的试验成功,为套损井的治理开发提供了一种完井周期更短、费用更加低廉的技术手段。      

用于破损套管井的膨胀管密封加固技术

针对套损井经过磨铣整形后需要补贴加固,而采用现有的大通径套管补贴技术对破损套管密封加固后最大内径为106 mm,套管内径依然较小的问题,对膨胀管密封加固技术进行了研究,方法是通过外力推动胀头胀开整根膨胀管,进行整体扩径,使其紧贴在套管壁上,完成对套损井的密封加固。经过膨胀加固后的套管内径可达110 mm,加固密封可靠,加固位置准确,施工安全,膨胀过程只需下1趟管柱就能实现。     

薄壁大通径膨胀管技术及其现场应用

随着以射孔段封堵、套管漏失修复、井筒腐蚀穿孔封堵为代表的老井井筒修复工作日益增多,传统膨胀管补贴技术所存在的作业效率低、补贴后有效通径小,以及补贴后常规完井工具难以下入、难以在补贴段以下进行二次补贴等一系列弊端日益凸显。为此,研发了一种薄壁大通径不锈钢膨胀管技术,并对该类膨胀管技术的相关装置结构、工作原理、施工工艺及配套技术进行了详细阐述。现场应用表明：(1)该类薄壁大通径不锈钢膨胀管补贴技术具有施工压力低、补贴效率高、工具性能可靠、操作简单等优点,有效解决了常规膨胀管不耐腐蚀、易生锈的缺点。(2)原内径为?124.26 mm的套管经传统方式补贴后通径为?108 mm左右,经薄壁大通径不锈钢膨胀管补贴后通径可达?116 mm、抗内压能力与经传统方式补贴后持平,有效满足了常规井下工具的后续下入需求,实现了真正意义上的套管大通径补贴修复。该项技术补充完善了膨胀管补贴工艺技术体系,为老井二次开发提供了新的大通径井筒修复手段。     

膨胀管补贴工艺在文留油田的应用

针对文留油田中后期开发存在主力层水淹严重,中低渗层挖潜难度大,油水井套管受各种地质和工程因素影响产生穿孔、弯曲、变形甚至错断损坏等问题,采用膨胀管补贴工艺来解决该油田套损井修复。重点介绍了膨胀管的膨胀机理、特点和施工工艺。现场应用情况表明,膨胀管补贴工具性能好,成本低,可靠性高,施工工艺成熟,现场施工成功率100%。该工艺能满足深井堵水和堵漏要求,效果明显。     

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。     

膨胀管变径膨胀工具结构优化设计

目前的膨胀工具对膨胀管的螺纹接头不能实现高膨胀率。设计的变径膨胀工具由6个能够相互运动的膨胀块组成，能够径向收缩、胀大，主要用于膨胀实体管和筛管。锥角关系到轴向膨胀力和膨胀管的残余应力，以内径160 mm的膨胀管膨胀到内径196 mm为例，利用有限元软件对变径膨胀工具进行了结构优化，10°锥角角度较好，还优化设计了该工具的长度及厚度。理论研究和计算机仿真表明，该工具能够使内径160 mm的膨胀管的内径胀大22.5%，达到该膨胀管的最大膨胀率。     

大通径膨胀管技术试验研究

普通膨胀管存在壁薄、承载能力差等问题,并制约本体的膨胀幅度,是限制该技术进一步发展的主要因素。针对上述问题提出大通径膨胀管技术,将膨胀工具外置于膨胀管,利用液压缸作为动力,能够进一步提高膨胀幅度、降低膨胀压力。以114mm×5mm膨胀管为例进行试验,结果表明：与传统膨胀管结构相比,大通径膨胀管技术能够在相同膨胀率条件下降低膨胀压力30%;大通径技术无需悬挂橡胶,膨胀管与套管之间为全段金属密封,进一步提高膨胀管悬挂力。新技术简化了膨胀管加工工艺,提高了安全性和可靠性。     

如何控制膨胀管补贴施工质量

针对在膨胀管现场施工中遇到的问题,总结了影响膨胀管施工质量的影响因素,并就施工中出现的一些技术难点,如套损段套管内径过小及过大,以及如何保证膨胀作业的顺利进行等,在结合现场施工经验的基础上,通过分析研究提出作业各个阶段保证膨胀施工顺利进行和保证施工质量的控制措施。     

小套管井无油管采油技术的研究与应用

近年来,内径小于?101.6 mm的小套管井在临盘采油厂渐成规模,已成为原油生产的重要组成部分。但由于套管内径限制,该类油井泵径小、杆管间隙小,导致提液困难和杆管偏磨。本研究提出了小套管井无油管举升的技术理念,配套完成了小套管井无油管杆式泵锚定技术、空心杆注塑防偏磨技术、无油管采油井口出油系统及举升工具的设计与室内试验,形成了一套完整的小套管井无油管举升实用技术。现场试验表明,该技术满足了小套管井现场提液、防偏磨的需要,有效降低了生产成本,是一种技术可靠、使用简单、成本低廉的技术手段,对油田小套管井的高效开发具有重要意义。     

塔河油田膨胀管井钻井技术

塔河油田奥陶系碳酸盐储层石油资源丰富,随着开采周期的延长,采出量的增加,开采成本也相应增加,老井侧钻是降低油气开发成本的有效途径之一,但塔河油田受制于井眼尺寸、避水要求、不稳定泥岩、复杂的压力体系等原因,套管开窗侧钻难度极大。鉴于膨胀管技术在处理复杂地层和压力体系方面具有独特的优势,并可节约套管层次,因此在塔河油田进行了3口井试验,均取得成功。对3口试验井情况进行了总结,对井身结构设计、井眼轨道设计、套管开窗方式、扩眼方式、钻具组合和钻井参数等进行了详细的阐述,试验证明膨胀管技术能够解决该区块侧钻井面临的难点,对于老井改造具有重要意义,但还需加强配套工具设备研制,以进一步提高膨胀管钻井经济性。     

J55膨胀套管实物试验研究

选取6根Ф139.7 mm(51/2英寸)J55套管,在膨胀锥角5、8和10°及膨胀速度5和10m/min条件下,对其中5根套管内壁做润滑处理后进行实物膨胀试验研究,另外1根套管只做原始抗挤强度试验。结果表明,磷化润滑处理后的套管与心头间的摩擦因数小于牛油石灰润滑处理后套管与心头间的摩擦因数,改善膨胀套管内壁的润滑条件,可以大大减小膨胀液压力;随着摩擦因数的减小,膨胀后套管的轴向缩短率增大,壁厚减薄幅度减小,有利于提高膨胀后套管的抗挤强度;膨胀前套管的抗外挤毁压力为51.3 MPa,膨胀后套管的平均抗外挤毁压力为28.7 MPa,其抗外挤毁压力降低了44.1%。     

燃气动力套管补贴技术的现场应用

因套管损坏而报废减产的油井在国内外普遍存在,可归为2大类:非泄漏性套损,如径缩、弯曲变形等;泄漏性套损,如破裂、错断等。针对泄漏性套损,研制了一种新的套管补贴方法——燃气动力套管补贴技术。该技术是以含能材料作动力源产生的高温高压气体推动活塞与活塞缸做相对运动,促使加固管上下2端的锥套相对运动,径向扩胀金属锚与金属密封环,使之在套管内壁牢牢坐封,最终将加固管固定在套管破损处,达到补贴的目的。与传统的波纹管补贴和水力补贴技术相比,具有施工工艺简单、技术性能高的优点。在延长油田应用结果表明,燃气动力补贴管的锚定力高于800 kN,耐压值可达25 MPa,成功地修复了套损井、封堵了射孔井段,取得了较好的效果。该技术解决了油田中后期套管破损修复、堵水问题。     

J55套管的膨胀性能研究

膨胀管技术是21世纪石油钻采行业的核心技术之一,掌握膨胀管在径向膨胀过程中发生永久塑性变形的力学性能变化是膨胀管选材的核心。为此,采用膨胀锥自上而下对J55套管（Φ114.3 mm） 进行了膨胀工艺试验,测定并比较了9.3%的径向膨胀后与膨胀前的力学性能。研究结果揭示了J55套管的膨胀性能：套管的长度减小约4.4%,壁厚减小约6%,不均匀变形程度增加;由于加工硬化,套管的洛氏硬度和抗拉强度增加,而断后伸长率和断面收缩率出现不同程度下降,但均满足API SPEC 5CT标准。断口SEM形貌进一步表明膨胀前后均属于韧性断裂,膨胀后断口上的韧窝小而浅,且分布不均匀,断面较膨胀前的更为平整。该试验成果为膨胀管的材质研究、加工质量控制与工程应用提供了数据支持。     

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。     

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。     

等井径膨胀套管系统研制与试验

为了解决深井超深井钻遇复杂地层时实现无内径损失的机械封堵难题,通过优选大膨胀率管材、设计大变形膨胀螺纹和变径膨胀工具,研制了?219.1 mm等井径膨胀套管系统。通过室内试验,评价了?219.1 mm等井径膨胀套管系统的机械性能、膨胀性能,试验结果显示:?219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀后的抗外挤强度为15.1 MPa,抗内压强度为29.3 MPa,连接强度为1 850 kN,满足等井径膨胀套管作为“应急套管”临时封堵的要求;膨胀压力18～20 MPa,膨胀过程顺利,膨胀后整个系统性能良好。在测试?219.1 mm等井径膨胀套管系统井下功能性和裸眼下入性的基础上,进行了井下全过程试验,?219.1 mm等井径膨胀套管系统膨胀顺利,膨胀后内径为245.0 mm,满足?241.3 mm工具下入要求,达到了等径膨胀和无内径损失钻进的目的。研究和试验结果表明,?219.1 mm等井径膨胀套管系统可实现等径膨胀,可满足等井径膨胀及封堵作业要求,为等井径膨胀套管系统现场应用奠定了基础。      

可膨胀管技术及其管材性能

由于可膨胀管技术应用范围广,近几年在国外得到了极大的发展.可膨胀管技术利用液压或机械方式使管材直径增大,从而保持较大的井径.作为可膨胀管的材料必须具有足够高的变形能力,且膨胀后的力学性能基本能达到普通套管的水平.提出可膨胀管的管材需具有较低屈强比、较高的形变强化指数等性能,且其变形能力可通过改善组织及合理的热处理工艺加以提高,可选用常规套管材料、特种材料及管线钢等.