膨胀管技术
膨胀管技术
膨胀管技术及应用一绪论
二国内外技术的研究与应用
1国外方面
2 国内方面
三文章内容
第一章膨胀管的材料分析
1 高品质膨胀管材料的探索
2 不同材料的膨胀管分析
3 一些高性能钢材膨胀管的分析
4胀筛管的基管材料的分析
第二章膨胀管的设计原理及研究
1膨胀管技术机理和研究
2 膨胀管推力理论方面研究
3 膨胀管弹塑性力学分析研究
4膨胀管力学性能和动力方面研究
第三章膨胀管技术发展和应用
1膨胀管加固技术的发展和应用
2膨胀管在钻井过程中的发展和应用
3膨胀管技术在油田开发方面的应用
4膨胀管技术在大港油田中的应用
第四章膨胀管技术的突破和未来
1中国在膨胀管技术的突破2膨胀管技术在中国的未来
一绪论
在传统的油气井钻井作业中,随着井深的增加,下入井眼中的套管层次也在增加,从而使可利用的井眼直径越来越小。
在深井超深井钻井中, 井眼直径的不断缩小有可能导致无法最终钻达目的层。
而膨胀管技术是专门解决这一问题的，实体膨胀管技术是在钻井工程领域发展起来的一项用于钻进过程中充当临时技术套管作用的一项新技术。
随着油田的开采, 油水井套管损坏日趋严重, 介绍了实体膨胀管技术原理及实体膨胀管技术的最新发展方向, 从油田开发这个角度出发, 介绍了该技术在油田开发过程中进行套管补贴、侧钻井完井等多项领域内进行应用的技术优势, 就胜利石油管理局钻井工艺研究院开发的小尺寸实体膨胀管技术在国内石油开发系统中的应用进行了介绍, 该技术的研制成功,
二国内外膨胀管技术的研究和应用
1国外方面。
技术创新成果膨胀管施工要点
膨胀管施工要点总结
单 位：胜利井下修井作业大队侧钻4队 汇报人：李英杰
汇报时间： 2012.09.10
一、膨胀管技术简介
膨胀管技术是将管柱下入井内,以机械或液压的方法使管柱发生永久性塑性变 形,使井眼或生产管柱的内径扩大。该技术能够增加套管层次,简化井身结构, 节约钻井成本,是一种更加灵活的完井方式和全新的修井方法,因此被称为21 世纪钻井和完井方面最具革命性的技术之一 膨胀套管技术为国内套管损坏综合治理技术,特别是大井段套管漏失提供了一 个坚实的技术基础,也为侧钻井完井提供了一种全新的完井方式膨胀套管侧钻 井完井技术的技术优势在于: a) 能有效扩大生产套管内径。 b) 采用缓凝水泥固井后进行膨胀作业,可以提高固井质量。 c) 易于射孔、测试、修井等作业和生产管理。
三、施工工具、器材
Φ118mm通井规
三、施工工具、器材
Φ118mm通井规
喇叭口
三、施工工具、器材
膨胀锥 对扣接 头
档泥器三Biblioteka 、施工工具、器材抱钳 高压弯头 钻台座
三、施工工具、器材
膨胀套管
五、施工过程照片
下膨胀套 管
五、施工过程照片
连接三通 高压管线
五、施工过程照片
700型泵车
五、施工过程照片
固井车
六、盐18-侧11膨胀管失败原因分析
（一）盐18-侧11井基本数据
井号 采油厂 钻井队 原井套管 套管内径 窗口位置 裸眼直径 泥浆类型 泥浆密度 最大井斜 最大狗腿度 膨胀套管下入深度 膨胀套管总长度 井底温度 °/100m 1890m～2437.45m 570m 80℃ 盐 18-侧 11 胜利油田东辛采油厂 井下作业公司大修 4 队 139.7mm× 7.72mm× 2747m 124.26mm 1924.40m～1927.00m Φ118mm×Φ140mm 扩眼器扩眼至 Φ140mm
石油工程技术 井下作业 套损井修复技术(膨胀管应用)
目
肆叁贰壹
套膨膨膨
录
内胀胀胀
膨管管管
胀技关技
管 补 贴 技
术 系 统
键 技 术
术 原 理
术
一、膨胀管技术原理
膨胀管技术原理
实体膨胀管就是一种由特殊材料制成、 具有良好塑性的金属圆管，下入井内后通 过机械或液压的方法在直径方向膨胀10～ 30%左右，从而使管柱发生永久性胀大， 同时，在冷作硬化效应下，管材强度和刚 性指标得到提高，而塑性指标下降。
Φ112mm-116mm（大通径） 7″套管： Φ139mm-143mm 9-5/8″套管：Φ196mm-202mm
膨胀管补贴后强度：J55-N80钢级 （常规）、P110或更高钢级（特殊）
错断井膨胀管补贴
大段贴堵修复工艺
四、套内膨胀管补贴技术
1、常规膨胀管补贴（免钻底堵）
技术原理：
单根补贴：底堵和膨胀锥连接，补贴后将膨胀
三、膨胀管技术系统
四、套内膨胀管补贴技术
利用膨胀管的膨胀性能在井下对套管 损坏处进行“补贴”和密封，修复损坏 的套管，恢复生产。
适用范围：
错断、变形和腐蚀类套损修复 对已射孔井段的补贴封堵 钻井过程中技术套管磨穿的修复 完井过程中套管脱扣
技术特点：
适用于多种套损类型的修复 修复后可获得较大的通径 悬挂能力强，密封可靠 修复后不影响后续作业
❖ 长短不限：应用广泛 ❖ 可打捞：方便后期处理
◆ 打捞出悬挂器 ◆ 切割打捞一体化打捞出加固管：防腐套管、玻璃钢管 ◆ 磨铣贴堵管：铝合金、玻璃钢管 ❖ 聚合物类堵剂：封堵可靠、密封性好、悬挂承载力大 ❖ 内通径大：易于后期措施实施、利于下大泵 ❖ 生产管柱简化：方便生产管理，提高泵效
膨胀管技术及在K井的应用
膨胀管技术及在K井的应用1膨胀管技术简介膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，由于含碳量低，膨胀管比普通套管柔性好、可塑性强，可以通过机械或者液压的方法使管体发生永久塑性变形，从而满足钻井施工中的特殊需要。
膨胀管广泛应用于钻井、完井及修井等方面，在钻井方面主要用于弥补井身结构缺陷和封隔缩径、坍塌、井漏或高压层段。
膨胀管技术在处理复杂地层和压力体系方面有独特的优势，并可以增加套管层次，简化井身结构。
可膨胀套管技术，就是通过在井下将钻井管柱径向膨胀，使其内、外径扩大，实现使用同一尺寸的套管代替现行的多层套管，以提高应对多个复杂地层的封隔能力，提高作业成功率，降低钻井成本。
该项技术具有重要的意义：一是可以简便有效地解决复杂井段的井壁稳定问题；二是可以减少上部井眼的尺寸和套管层数，这样可以钻更深的直井和大位移井；三是可以修复老井被损坏的套管；四是可以大大降低钻井和完井成本。
2膨胀管在钻井作业中的应用在钻超深井或在海洋深水区作业以及需要钻穿高压地层、枯竭层或易塌、易漏地层时，在常规作业中往往采取下中间套管进行的方式，以确保施工安全。
但钻井越深，套管层数就越多，这样导致最终井眼减小，在有的情况下，还有可能导致不能按计划到达目的层。
而且，由于要求最初的井眼直径很大，增加了对钻机负荷、钻井设备及钻井液处理能力的要求。
采用膨胀管技术可以简化井身结构，减小套管层次，可避免这种情况的发生。
膨胀管技术可以为钻井过程中出现的复杂问题提供应急方案，尤其适用于钻进高压层、漏失层、泥页岩蠕动层、盐岩蠕动层。
能封隔膨胀性页岩层和漏失层，防止井眼缩径。
此技术还可以应用于多种类型的油井建井，能满足大位移井、侧钻井、水平井、多分支井以及小井眼井对井眼和套管尺寸的要求。
用于老井侧钻时，可降低重钻成本，使套管内径损失最小。
3膨胀管技术原理膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，根据其本体结构的不同可分为实体膨胀管和割缝膨胀管2种。
石油工程技术 井下作业 膨胀管关键技术
一、膨胀管关键技术
1）管材难题（化学成分、性能、热处理状态和尺寸公差）
膨胀前：
要求材料延伸率高，易于膨胀变形（软）
膨胀后：
机械性能达到或接近API
套管水平（硬）管材胀后非对称受压⏹膨胀前后力学性能⏹材料成分分析⏹膨胀压力≤35MPa ⏹胀后机械性能超过J55钢级
薄壁管材塑性形变
2）高性能膨胀锥
◆膨胀锥结构，外形的数值模拟优化
◆激光熔覆金属陶瓷处理，增强抗疲劳性能
◆表面硬度高，本体柔韧性强，抗挤压、耐高温
◆强度及耐磨性，长距离、间断可重复膨胀安全可靠
膨胀螺纹的有限元分析
厚壁膨胀螺纹薄壁膨胀螺纹
3）膨胀螺纹
膨胀螺纹是膨胀管的核心技术之一，是实现长段套损井修复的关键技术。
技术创新：
◆采用特殊连接螺纹，解决了抗拉强度问题。
◆设计了新型螺纹结构，解决了螺纹塑性变形后的密封问题。
◆研制了全新的密封组件，解决了膨胀过程中的耐高压问题。
◆采用特殊的锁定机构，解决了公螺纹胀后回缩问题。
4）膨胀管关键技术—密封与悬挂
设计、试验与优选膨胀管密封与悬挂机构，满足不同井况膨胀管补贴要求。
5）减磨技术
有效减少摩擦，降低施工压力。
同时控制残余应力，防止回缩。
石油工程技术 膨胀管套管补贴技术
膨胀管套管补贴技术l 常规膨胀管补贴技术l 大通径膨胀管补贴技术l 免钻底堵膨胀管补贴技术l 耐高温密封膨胀管补贴技术l 水平井及大斜度井膨胀管补贴技术l 耐高压密封膨胀管补贴技术l 膨胀管长段补贴技术l 出砂井膨胀管补贴技术l 补贴后可速取式膨胀管补贴技术l 气井膨胀管补贴技术膨胀管套管补贴修井技术系列：膨胀管套管补贴技术系列膨胀管是一种由特殊材料制成、具有良好塑性的金属钢管，下入井内通过机械或液压的方法使其在直径方向膨胀10~30%左右，直接补贴和密封受损套管; 同时，在冷做冷作硬化效应下，管材强度和刚性得到提高，在补贴套管的同时加固受损套管。
应用范围：n广泛用于套管变形、漏失、错断、腐蚀井补贴、薄弱套管加固、封堵射孔层进行堵水或调层n适用于5-1/2”、7”、9-5/8”等API常用套管及非标套管补贴n5-1/2″常用套管补贴后内通径φ105mm-φ108mm；7″常用套管补贴后内径φ136mm-φ143mm；9-5/8″常用套管补贴后内径φ195mm-φ200mmn悬挂力≥450KN，密封压力≥15MPa -25MPa（根据需要，最高可达35MPa）n最高工作温度120℃（对于高温热采井可达350℃以上）常规膨胀管补贴技术与常规膨胀管技术相比，大通径膨胀管技术，由于其胀后通径更大，允许常规注水压裂等措施工具从补贴后的膨胀管内下入，拓宽了膨胀管补贴技术在油水井调层封堵（堵炮眼）、出水层堵水、恢复套损井分层注水工艺等领域的应用。
技术特点：★ 通径大，补贴后套管内径只减少10mm-11mm，一般情况下不影响常规井下工具的使用和增产、增注措施的实施。
★ 工艺简单，一趟管柱就完成整个工艺过程，没有磨底堵工序，作业时间短、效率高。
★ 地面施工压力低，安全可靠。
送入工具总成RIH液压动力系统Hhydraulic system大通径膨胀管Large drift SET大通径膨胀锥Expansion cone锚定系统anchor最新开发成功超薄壁大通径膨胀管：①补贴后套管内径只减少6mm-8mm。
各种膨胀管的工作原理
各种膨胀管的工作原理
膨胀管是一种常用的机械元件，可以通过温度变化来实现形变，广泛应用于机械、电子、化工等领域。
膨胀管的工作原理主要涉及热膨胀和冷缩的原理。
1. 金属膨胀管
金属膨胀管是通过金属材料的热膨胀和冷缩来实现形变的。
当温度升高时，金属材料会发生热膨胀，导致管道内压力升高，使膨胀管发生形变。
当温度下降时，金属材料会发生冷缩，导致管道内压力降低，使膨胀管恢复原状。
2. 液体膨胀管
液体膨胀管是通过液体的热膨胀和冷缩来实现形变的。
当温度升高时，液体膨胀，使膨胀管内压力升高，使膨胀管发生形变。
当温度下降时，液体收缩，使膨胀管内压力降低，使膨胀管恢复原状。
3. 气体膨胀管
气体膨胀管是通过气体的热膨胀和冷缩来实现形变的。
当温度升高时，气体膨胀，使膨胀管内压力升高，使膨胀管发生形变。
当温度下降时，气体收缩，使膨胀管内压力降低，使膨胀管恢复原状。
综上所述，膨胀管的工作原理主要包括金属、液体和气体的热膨胀和冷缩原理。
不同类型的膨胀管适用于不同的工作环境和温度范围，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的膨胀管。
- 1 -。
膨胀管堵漏技术
膨胀管堵漏技术
膨胀管堵漏水平接头是一种常见的管道连接方式，但由于各种原因，如腐蚀、磨损、老化等，可能导致水平接头出现泄漏现象。
此时，膨胀管堵漏是一种有效的解决方案。
下面介绍一下膨胀管堵漏的技术。
膨胀管堵漏一般分为两步：第一步是封堵泄漏处，第二步是重新安装膨胀管。
第一步：封堵泄漏处
1. 准备工具和材料：膨胀管、密封胶、扳手、螺丝刀、钳子等。
2. 关闭水源并排放管道内压力。
3. 拆卸水平接头，清理泄漏处周围的污垢和杂物。
4. 用螺丝刀或钳子将泄漏处周围的螺纹拧松，取出原有的膨胀管。
5. 将新的膨胀管套在泄漏处，并用螺丝刀将螺丝拧紧，确保膨胀管与泄漏处紧密贴合。
6. 用密封胶涂抹在膨胀管与泄漏处以及周围的螺纹上，并用扳手将螺丝拧紧。
7. 等待密封胶干燥后，重新安装水平接头。
第二步：重新安装膨胀管
1.将新的膨胀管用螺丝刀拧紧，并确保膨胀管与接头之间的螺纹紧密配合。
2．将水平接头插入膨胀管中并拧紧螺丝，确保水平接头与膨胀管之间的密封。
3．检查水平接头是否漏水，如有漏水现象，应重复第一步的操作，直到泄漏问题得到解决。
总之膨胀管堵漏需要先拆卸泄漏处的水平接头，清洗泄漏处并取出原有的膨胀管用新的膨胀管替换，并用密封胶涂抹在螺纹上，最后再重新安装水平接头等。
需要注意的是，膨胀管的尺寸和规格需要与水平接头相匹配，以确保安装后的密封效果。
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Cased Hole Liner System Operation 套管内尾管系统步骤
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MetalSkin®套管内补贴管系统优点
• Elastomer seal bands give more reliable zonal isolation than cement squeezes and don‘t significantly reduce well ID as do scab liners. 橡胶密封带提供比挤水泥更加可靠的封隔带，并会比下隔离尾管产生更小的缩径. • Large ID for the full length of the expandable system maximizes production and injection rates and provides better access for future intervention operations. 全膨胀段大内径最大化产率及注入率，并且为以后的修井作业提供更好的通路. • Simplistic work system increases operational reliability and without drill out procedure . 简单化作业系统增加作业可靠性，避免了作业后钻塞的工序. • Hydraulic jack protects casing and connectors because the expansion pressure is contained within the jack rather than subjecting tubulars to expansion pressure cycles. 液压千斤顶保护了套管和接头，因为膨胀压力在千斤顶内而不是把膨胀管作为压力腔.
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MetalSkin®裸眼膨胀管系统优点
• Unique design maximizes running clearance to minimize effect on ECD and run time; helps avoid differential sticking. 独特的设计使转动间隙最大化，从而把对当量循环密度和下入时间的 影响减到最小；有助于避免差压卡钻. • Optimal-yield base pipe reduces expansion pressure requirements by 33 percent to reduce operational risk and maintain liner integrity. 最佳屈服值的膨胀管降低了33%的膨胀压力要求，从而降低了作业风 险以及维持了膨胀管的完整性. • Collapsible, retrievable expansion cone avoids becoming stuck by retracting for retrieval at any time. 可收缩可回收的膨胀锥避免了任何时候回收遇卡. • Metal-to-metal expandable connectors exceed proposed API standards in testing for burst, collapse, tensile and compressional resistance. 金属对金属可膨胀连接强度超过推荐的API标准，包括耐内压强度， 耐外压强度，抗拉强度和耐压缩强度.
Cased Hole Liner System Specification 套管内尾管系统参数
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Cased Hole Liner System Specification 套管内尾管系统参数
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D1= D0 MetalSkin MonoBore Open Hole Liner Liner Ext. under 13-3/8” Casing
MetalSkin®裸眼补贴膨胀管系统 概览 • Maximizes field ROI by reducing construction costs with slimmer top-hole casing sections while upsizing the completion. Isolate problem zones, and drill ahead. 通过降低更小的上部井眼段完井工程造价来最大化油田投 资收益，隔离问题带并继续钻井 • Designed for:设计应用 – Pre-planned operations预先计划的作业 – Contingency applications应急应用 – Remediating well construction challenges矫正井身 结构的作业
• Expansion force is provided by direct pull 直接上提来提供膨胀力(~ 50,000 lb) • If tight spot is encountered, the internal hydraulic jack provides additional pull force 如果遇到缩径段，内液压千斤顶能够提供额外拉力 • Compliant cone available soon 柔性锥可选 • No internal pressure-assisted expansion required 无需内部压力的协助来膨胀 • No drill-out required 无下钻钻穿要求 (~ 50,000 lb)
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MetalSkin Cased Hole Liner 套管内膨胀管技术
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Overview : MetalSkin®套管内补贴管系统概览 • Permanently repairs corroded or parted casing. 永久修复腐蚀或断裂的套管柱 • Designed to deal with challenges such as: 设计应用： – Excessive water production 水过多产层 – Reservoir sweep inefficiency 油层波及低 – Corroded casing 腐蚀的套管 – Zonal Isolation 层位封隔 – Lateral Shut-off 分支关闭 – Subsidence Remediation 沉陷纠正
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Open Hole Liner System Operation 裸眼内尾管系统步骤
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MetalSkin 膨胀管技术
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MetalSkin 膨胀管技术 1. Cased-Hole Liner 2. Open-Hole Liner 3. Monobore Open-Hole Liner 4. Monobore Open-Hole Clad
Cased Hole Liner System Specification 套管内尾管系统参数
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MetalSkin Open Hole Liner 裸眼膨胀管技术
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MetalSkin®套管内补贴管系统部件 Pump – Anchor - Pull Actuated Multi - Joint System 打压- 锚定- 上提作用多单根系统
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Expandable Open-Hole Product Offering 裸眼膨胀管产品提供
D0 D0
D1
D1
MOL D1< D0 MetalSkin Open Hole Liner
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Open Hole Liner System Specification 裸眼内尾管系统参数
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MetalSkin®裸眼膨胀管系统优点(续)
• Hydraulically assisted expansion balances pressure across cone so a seal does not form on the cone face and forces tending to swage the cone are minimized; improves reliability and avoids risk of casing erosion. 液压辅助的膨胀平衡了锥横断面的压力，所以不会在锥面形成密封，使锥变形的力也减到 最小；从而提高了可靠性，避免了膨胀管的腐蚀风险。 • Hydraulic jack reduces risk of costly delays by serving as a backup system to resume expansion of casing in the event pressure is lost during expansion. 液压千斤顶作为膨胀时压力损失的情况下的备用系统来继续膨胀，从而降低了代价很高的 延误风险 • Primary pressure seal contains expansion pressure with greater consistency through use of a valve system rather than relying on darts to create and maintain system's pressure seal. 主压力密封包括了使用阀系统的一致性更好的膨胀压力，而不是依靠胶塞来建立和维持系 统压力密封 • Elastomer sealing elements reduce well construction costs and risks by providing zonal isolation without underreaming and cementing. 合成橡胶密封降低了建井造价以及无扩眼和注水泥的层位封隔风险