膨胀波纹管技术现场试验综述及存在问题分析

详细介绍了俄罗斯膨胀波纹管技术在我国1，7—71井、T3—8斜216井和T2—5-283井3口井的堵漏试验情况，并指出其存在可靠性低、施工工期偏长、成本偏高和工序复杂的缺点。而国内自行研究的膨胀波纹管技术在韦15—19井和T6182井2口井进行了现场试验并获得了成功，标志着我国在该技术领域获得突破。分析认为，膨胀波纹管技术要得到推广应用需要解决几方面的问题：准确确定封堵类型和地层，简化施工工艺，提高扩眼及膨胀工具的可靠性，降低膨胀管成本，制订相应的应急预案。     

膨胀波纹管技术在大斜度井易垮塌地层的应用

为有效解决PG22井大斜度井段太原组31m泥岩和55 m煤层互层易垮塌问题,首次在大牛地水平井进行了小尺寸膨胀波纹管技术试验.通过双井径测井、扩眼作业、膨胀波纹管入井、水力膨胀、2次机械膨胀以及磨鞋通径,在最大井斜角为73.69°时成功实现了109.1 m的膨胀管施工.结果表明:试验封闭井段2 877.00～2 986.10 m,全角变化率4.00～9.40°/30 m,创下国内最大井斜条件下最长膨胀波纹管施工记录,实现了膨胀波纹管入井井斜和长度的双重突破,为解决大牛地气田太原组大段泥岩和煤层井壁失稳问题提供了经验.     

可膨胀波纹管堵漏技术应用

波纹管技术主要用于封隔复杂井段,处理井漏、井涌、水侵或坍塌等事故,可保证复杂地区深井钻井的顺利进行。利用有限元方法分析了可膨胀波纹管不同壁厚力学特征,并进行了现场实例计算。结果表明：波纹管壁厚增加,所需胀形压力也增加,波纹管最大应变也增加;波纹管应力随压力增长,由于波纹管三段相互影响,应力出现波动;波纹管应变经历了增加、稳定继续增加、稳定的阶段;压力达到一定程度后,波纹管的应变稳定下来,这个阶段尽管压力增加,变形也不增加,若继续增加压力,则波纹管可能破裂失效。     

油井堵漏可膨胀波纹管的有限元分析

可膨胀波纹管技术具有膨胀工艺简单,作业周期短等优点。应用ANSYS仿真分析了波纹管的成型工艺,模拟了波纹管的水力膨胀作业,对波纹管膨胀过程中的应力、位移和圆度进行了分析;最后计算了波纹管的抗内、外压强度。分析结果表明,成型后波纹管的残余应力最大为258.02 MPa,位于波谷区域。波纹管外径比加工前减小了24.2 mm,适应于Ф244.5 mm井眼。根据强度分析,波纹管抗内压强度为33 MPa;根据结构失稳分析,波纹管抗外挤强度为4.5 MPa。     

波纹管堵漏技术在吐哈油田L7-71井的应用

吐哈油田L7-71井井漏严重,先后6次采取综合堵漏、静止堵漏、凝胶堵漏、打水泥堵漏等各种措施堵漏,历时20d,共漏失钻井液1007 m3,堵漏效果不明显。波纹管技术是20世纪90年代研制成功的,可用于解决钻井过程中井下复杂情况。通过井眼状况调查,扩眼作业,波纹管焊接、下入及液压涨管,机械整形等工序将波纹管应用在L7-71井中,堵漏效果较好,可大面积推广应用。     

基于MATLAB可膨胀波纹管膨胀性能优化设计

为避免“8”字型可膨胀波纹管在膨胀过程中由于截面曲率不当造成管体胀裂的现象,采用MATLAB优化工具箱对波纹管截面参数进行优化设计,并对优化后波纹管的膨胀性能进行试验验证。优化结果与试验数据基本一致。针对膨胀压力不超过16 MPa的小口径“8”字型波纹管,截面最小径为30 mm,波峰处圆弧半径不小于15 mm,最大外径110～113 mm。通过对比分析优化前后的试验结果,优化后的波纹管避免了膨胀过程中管体胀裂的缺陷,降低了膨胀压力,提高了膨胀效率。可为可膨胀波纹管现场封堵作业提供理论依据。     

可膨胀波纹管有限元分析与现场应用

为了给波纹管现场应用提供合理的理论依据,采用弹塑性有限元方法,建立了可膨胀波纹管的有限元计算模型。通过对所建模型的求解,对可膨胀波纹管的残余应力、波峰和波谷的膨胀量随压力的变化关系以及抗外挤强度随膨胀压力的变化关系进行了深入细致的研究,模拟结果和试验结果相符合。波纹管技术已在现场成功应用,解决了常规堵漏方法无法解决的恶性井漏问题。     

波纹管成型及膨胀过程力学性能分析

为了确保膨胀波纹管能满足其在膨胀后具有尽可能大的抗外挤强度和抗内压强度等性能要求,重点对YS1、YS2和YS3这3种材料的波纹管成型及膨胀过程力学性能变化进行了分析,模拟分析了波纹管膨胀压力,并在地面对波纹管进行了膨胀试验。试验及模拟结果表明,对241.3 mm井眼用的2种管材的波纹管,液压膨胀模拟到16 MPa,具有较好的膨胀圆度;对3种常见管材、241.3 mm井眼用的波纹管,抗内压强度为23.55～30.10 MPa,满足抗内压要求。光管的抗外挤强度为5.20～8.57 MPa,在井下岩层中的抗外挤强度为15.45～20.49 MPa,满足抗外挤要求。     

提高膨胀波纹管在弯曲井眼中应用可靠性研究

膨胀波纹管技术在弯曲井段中受井眼条件的影响,国内一直未形成配套技术;国外虽然有成功应用的案例,但存在应用规模小、成功率不高等问题。为了确定膨胀波纹管适用的井眼条件,明确了井径、井斜角变化率和方位角变化率对其膨胀性能的影响规律。为了缩短井眼准备时间,提高封隔段井眼质量,推荐了多种扩眼工具。为了提高焊缝的承压能力,研发了端头整形装置,将端头形状误差缩小至1 mm以内;研制了自动焊接装置,减少了人为因素对焊接质量的影响,将焊接效率提高了8倍以上;形成了焊缝缺陷识别方法,识别精度最高可达0.01 mm,确定了不同类型缺陷在不同位置的临界失效尺寸。研制了适用于小井眼的机械膨胀工具和应对井下复杂情况的磨铣膨胀一体化工具。完善了膨胀纹波管在弯曲井眼中应用的施工工艺,降低了管串提前失效和膨胀不充分等风险。研究成果在2口井中成功应用,标志着形成了膨胀波纹管封隔弯曲井眼复杂地层的配套技术,为解决全井段复杂情况提供了新技术手段。     

膨胀波纹管胀管器结构设计与试验

膨胀工具的结构直接影响波纹管的机械膨胀过程。设计了φ241.3 mm滚轮胀管器和球形胀管器。滚轮胀管器主要由壳体、底堵打捞短节和3组滚轮系统构成,其胀管单元的结构与运动状态设计必须保证在有效胀开波纹管管体的前提下,以胀管所需的钻压或扭矩最小为目标;球形胀管器的作用是将水力膨胀后的波纹管主体修正到要求的形状和尺寸,主要由球形胀管器接头、巴掌、球形滚轮和锁紧轴组成。对设计的2种胀管器进行了强度校核和现场试验验证,结果表明,2种胀管器工作正常,结构强度和轴承系统的性能满足使用要求。     

低密度膨胀型堵漏技术在塔深1井中的应用

介绍了低密度膨胀型堵漏技术的堵漏机理、技术特点及在塔深1井中的应用情况。低密度膨胀型堵漏技术利用堵漏剂在漏失通道中先堆积、架桥、连接、填充加固，快速形成封堵率高、填充加固能力强的封堵带，从而达到承压堵漏的目的。该堵漏浆具有高塑性，低动切，密度范围宽，膨胀率高，封堵加固能力强，酸化率高（达到75．0％以上），凝固时间、凝固强度可调的特点。塔深1井6130～6633m井段和6130～6317m井段采用该技术进行承压堵漏将地层承压能力提高到7．4MPa以上，下套管固井及完井作业期间未发生漏失。在塔深1井的应用表明，该堵漏技术具有独特的润滑流动性能及很强的封堵承压能力，在大型堵漏施工过程中，易于配制、调整，不需要特殊设备，施工工艺先进成熟，安全系数高，承压堵漏效果显著，为超深井奥陶系承压堵漏提供了新的技术支撑。     

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。     

热采井膨胀管补贴技术试验研究

对用于高温热采井的膨胀管补贴工具,包括不锈钢环密封、铜敷焊密封、铜环嵌焊密封进行了试验研究。通过对耐高温材料与焊接工艺的改进,实现了膨胀压力低、耐高温、密封能力高等性能指标,为实现高温热采井膨胀管补贴技术的工业化应用奠定了基础。     

S105井盐膏层复杂钻井技术

塔河油田盐体分布区位于塔河油田南缘，该区石炭系盐膏层以盐为主，盐岩质纯、埋深、厚度大，盐膏层上、下地层均存在破漏压力低，抑制盐膏层蠕动所需的高密度与地层低承压能力之间的矛盾，钻井矛盾异常突出。通过对S105井盐膏层(5105-5360m)钻井技术难点的分析，总结了该地区盐膏层钻井对策，探讨了该地区盐层钻井技术。     

Cr12MoV膨胀锥在管材膨胀试验中的应用

膨胀锥是膨胀工具的核心部分,对膨胀管技术的应用和发展意义重大.选用模具钢Cr12MoV为基材,设计加工了小锥度(6°)的膨胀锥,采用自上而下的膨胀工艺对J55套管和316L 不锈钢管进行径向膨胀.试验结果表明:经过1 020℃淬火+160℃低温回火处理后,Cr12MoV膨胀锥满足工作要求,并顺利完成对J55套管和316L不锈钢管的径向膨胀;2种管材的平均膨胀率分别为9.33％和9.05％,其长度减小幅度分别约为4.4％和3.6％,J55套管的回弹率要略大于316L不锈钢管.     

长井段膨胀管补贴在Hu16P3井的应用

针对Hu16P3井177.8 mm(7英寸)技术套管自由段5处破损井段总长约70 m的情况,应用了长井段膨胀管套管补贴技术。通过40臂井径成像测井配合示踪流量和井温找漏测井,准确诊断套管技术状况和定位套损井段。优化设计膨胀管工艺参数和技术指标,提出长井段膨胀管补贴关键技术及施工方法。套管补贴后试压15 MPa,稳压10 min,压降≤0.3 MPa,有效封堵漏点,油井恢复产能6.8 t/d,含水率降至2.8%,已连续生产1 541 d未出现套管破损,且目前持续有效,累计增产原油1.048×10⁴ t。为膨胀管补贴技术应用于修复长井段套管破损提供了现场经验。     

实体膨胀管钻井工艺在塔河油田的应用

塔河油田侧钻井段泥岩裸露给钻井与完井作业造成很大影响。为此,将实体膨胀管钻井技术在塔河油田进行推广应用。该技术的成功应用,解决了177.8 mm套管开窗侧钻难题,为后期钻井、完井和采油作业开辟了新的途径。针对膨胀管钻井工艺研究的一系列配套技术保障了膨胀作业的顺利实施,为同类型油气井现场作业提供了重要的依据和借鉴。通过分析塔河油田膨胀管钻井工艺现场施工参数,验证了基于弹塑性力学膨胀力计算解析解的适用性,为后期工艺优化提供了指导。根据膨胀力计算理论分析膨胀力影响因素可知,适当增大半锥角并尽可能降低摩擦因数可降低现场施工泵压,有利于减少施工过程中的复杂情况。     

堵漏技术在也门水井几种钻井作业中的实践与应用

也门水井项目是长城钻井公司独自开发的国际项目中较早的一个，业主是也门国家水电部。该项目合同内容是为也门萨那市钻15口水井，解决城市居民用水问题。钻井施工中最大的困难是井漏和因井漏引起的上部地层垮塌，并因此造成井的报废，发生井漏的原因是地下水层含有丰富的活动水，因钻井目的是为了居民饮用，因而处理井漏的技术条件有限，在生产水层发生井漏不能用水泥堵漏．不能用对水有污染性的化工原料，增加了处理井漏问题的难度。为此，对非生产水层井漏以水泥堵漏或石膏堵漏为主，目的是一定要封住水层，保证下步施工顺利进行；对生产水层的漏失以桥接堵漏和盲钻强行钻进技术为主，关键是必须要安全钻进，保证钻井成功率。新的技术措施，加快了钻井进度，钻井周期从三个月降低到一个月；钻井成功率由36％提高到100％。证明新的钻井技术措施在也门萨那地区是有效可行的。