国内外可膨胀套管技术的发展概况
国 内外 可膨 胀 套 管 技 术 的发 展 概 况
彭在 美 ，赵 旭 ，窦树柏。 帅 ，翁 博 ，董
（ ． 钢集 团 江北公 司 ，武 汉 ４ ０ ３ ； １武 ３ ０ ５
２ 中冶辽 宁 德龙 钢管 有 限公 司 ，辽 宁 鞍 山 １４ ３ ． １０ ９；
技 术 的开发 必将 进 一步 促进 我 国 Ｈ Ｗ 焊 管的技 术创新 和 结构调 整 。 Ｆ 关 键词 ：可膨胀 套 管 ；力 学机理 ；膨胀 锥体 ；力 学计 算
中图分类号 ：Ｔ ３６ ５ 文献 标志码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ９ ８ ２ １ ） ６— ０ ５ ０ Ｇ５． ０ １ ３ ３ （０ ０ ０ ００ ～ ５
３ 渤 海装 备 制造 公 司华 油钢 管大 港分 公 司 ，天津 ３０ ８ ． ０２０；
４ 大 港油 田钻采 工艺 研究 院 ，天 津 ３ ０ ８ ） ． ０ ２０ 摘 要 ：论 述 了可膨胀 套 管 （ Ｅ ） Ｓ Ｔ 的技 术意 义 、 济效益 及其 在 国外 的发 展 情 况 ， 经 简介 了 ３种
３ Ｄ ｇ ｎ ｒ ｎｈ Ｎ ｒ ｈ ｎ ｅ ｏ ｕ ｔ ｌ ｉ ｏ ，ｔ． Ｔａｊ ０ ２ ０ Ｃ ｉａ ． ａ ａ ｇ Ｂ ａ ｃ ， ｏｔ Ｃ ｉ Ｐ ｔ ｌ ｍ Ｓ ｅ Ｐ ｅＣ ． Ｌｄ 。 ｉｎ ｎ３ ０ ８ ， ｈｎ ； ｈ ａ ｒｅ ｅ ｐ ｉ
４ Ｄ ｇ ｎ ｉ ｅ ｒｌ ｇＴｃｎｌ ｙＲ ｓ ｒ ｎｔｕ 。ｉｎ ｎ３ ０ ８ ， ｈｎ ） ． ａ ａｇＯｌ ｌ Ｄ ｉｉ ｅ ｏｏ ｅ ａｃ Ｉｓｔｔ Ｔａｆ ０ ２ ０ Ｃ ｉａ ｉ ｆ ｄ ｌｎ ｈ ｇ ｅ ｈ ｉｅ ｉ
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常用 Ｓ Ｔ 系统一裸 眼可膨 胀尾 管（ Ｈ ） Ｅ Ｏ Ｌ 系统 、 管 井可膨 胀尾 管（ ＨＬ 系统 和 可膨 胀尾 管 悬 套 Ｃ ） 挂 器 （ Ｌ ， 细 阐述 了可膨 胀套 管的 力 学机 理 和 膨胀 锥 体 的设 计 结构 、 胀 过 程 力 学状 态、 Ｅ Ｈ） 详 膨
膨 胀 力计 算分 析等 几 个 关键 技 术 问题 ， 绍 了 国 内对 可膨胀 套 管 的应 用研 究 ， 出可膨胀 套 管 介 指
可膨胀管关键技术及机理简述
可膨胀管关键技术及机理简述【摘要】为应对在石油钻井工程中堵漏、修复、防砂和防塌等技术难题，国内外开始研究可膨胀管技术。
现如今可膨胀管技术已经成为石油工业领域发展迅速的技术之一。
国外已成功应用可膨胀管技术，国内对于该技术也相应的进行了理论研究和室内室外实验。
可膨胀管技术可用于多种类型油井的建井、完井及固井作业。
其使用范围相对来说比较广，从陆地到浅海，甚至到深海。
本文针对可膨胀管关键技术及膨胀机理进行简述。
【关键词】完井及固井；可膨胀管技术；石油工业领域可膨胀管技术就是将下到井眼中的钻井管柱，在管材塑性变形区域内，通过液压或机械驱动锥体，使管柱径向膨胀并发生永久塑性变形，达到所需生产管柱内径，从而“节省”井眼直径、缩小钻孔尺寸的一种钻井新技术。
该技术最终目标是可用同一种直径的钻头钻进，并用同一种直径的套管完井，优质快速、高效地钻达预定层，实现同一直径的钻井、完井、固井，能提高钻井作业效率和固井质量，以及改善现有的井身结构和解决修井系列难题，降低成本，提高经济效益。
本文对可膨胀管的关键技术进行阐述并对可膨胀管发展提出建议。
1.可膨胀管关键技术1.1可膨胀管材料的挑选可膨胀管在塑性变形区域内膨胀[3]（见图1），这就要求其材料在膨胀过程中应具有良好的塑性变形能力，低的屈服强度和屈强比、足够的抗拉强度、良好的塑性、冲击韧性和抗腐蚀、磨损及断裂等性能[4]。
许瑞萍等通过实验研究，提出了可膨胀管材料铁基膨胀合金设计准则，认为可膨胀管材料应具备高塑性、高强度、高加工硬化率和强塑性等特点，可采用材料在外加应力的作用下，发生奥氏体γ转变为ε马氏体相变来提高材料的强塑性[5]。
目前所用的可膨胀管材料是经过特殊热处理后普通油田管材用的钢材，热处理后能增加材料的塑性、延展性和断裂韧性，降低缺陷敏感性[6]。
理论和实践证明，管体在膨胀后，管体长度将收缩3%～4%，壁厚将减少3%～6%；管柱在膨胀后其抗拉强度有所增加，但抗外挤压强度会下降至膨胀前的50%～60%，其原因普遍认为是金属的包辛格效应造成的。
APIJ55套管的膨胀性能分析-天然气工业
碬 １１４ ．３ ｍｍ Ａ ＰＩ Ｊ５５ 套管（壁厚 ６ ．３５ ｍｍ）在原始状态和热处理状态下分别进行了径向 ６ ．２％ 及 １６ ．５％ 的膨胀试 验 ，对膨胀前后套管的几何精度 、材料相关性能及套管的实物性能进行了检验 。 发现标准 ＡＰＩ Ｊ５５ 套管在进行幅 度为 １６ ．５％ 的径向膨胀后 ，仍然具有较好的基本性能指标 ，但同时发现该种套管由于材料性能方面的原因 ，存在变 形困难的问题 ，还发现套管在膨胀后抗挤强度下降显著 。 分析结果对于可膨胀套管管材研究具有重要参考价值 。
倡 本文受中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基金（０３Ｅ７０３７）资助 。 作者简介 ：张建兵 ，１９７４ 年生 ；２００３ 年 ７ 月毕业于原西南石油学院油气井工程专业 ，获工学博士学位 ；现在西安交通大学 博士后流动站与长庆局博士后科研工作站从事材料科学与石油工程交叉学科的研究工作 。 地址 ：（７１００２１）陕西省西安市未央 路 １５１ 号 。 电话 ：（０２９）８６５９４６２６ 。 Ｅ‐ｍａｉｌ ：ｚｈｊｂ＠ ｐｅｏｐｌｅ ．ｍａｉｌ ．ｃｏｍ ．ｃｎ
第 ２６ 卷第 ２ 期 天 然 气 工 业 钻 井 工 程
Ａ ＰＩ Ｊ５５ 套管的膨胀性能分析 倡
张建兵１ ，２ 王长宁２ 袁孟嘉２
（１ ．西安交通大学 ２ ．长庆石油勘探局）
表 １ 某企业 Ｊ５５ 套管钢的化学成分
元素
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｐ Ｓ Ａｌ
Ｗｔ （％ ） ０ ．３５ ～ ０ ．４０ ０ ．２０ ～ ０ ．３５ １ ．２５ ～ １ ．４５ ≤ ０ ．３５ ≤ ０ ．３５ ≤ ０ ．０１
透平膨胀机技术现状
<透平膨胀机技术现状>关键字：透平,膨胀机,技术现状透平膨胀机按结构可分为轴流式和径流式透平膨胀机。
自1898年英国人劳德.雷利首先提出应用透平膨胀机的设想以来，1930年德国人林德第一次应用单级透平膨胀机获得成功，60年代美、德、苏等国又相应发展了小型高速、大膨胀比、高压大功率等多种用途的透平膨胀机。
70年代能源危机促进了透平膨胀机在能量回收方面的应用。
但是除了大流量、大功率以及高温条件下的膨胀机采用轴流式之外，绝大多数透平膨胀机采用向心径—轴流式。
国外膨胀机制造商在工艺流程的匹配、特殊材料的选用、制造工艺、叶片的设计试验、转子稳定性分析等关键技术方面一直没有停止过进步和发展。
特别是CFD等粘性流场分析软件和ANSYS有限元分析软件的迅速发展更是为透平膨胀机研究、设计、制造提供了强有力的技术基础。
2.1 美国GE公司动力系统成员之一Rotoflow公司是世界上最大的烯烃透平膨胀机生产基地。
该公司研制了世界上第一台天然气压缩机，自此该公司就一直引领烯烃透平膨胀机技术的发展，特别是在两相流—气体带液膨胀技术上居于领先地位。
其透平膨胀机进口压力最高可达到200bar(A)；进口温度最高可达到475℃，最低可达到-270℃；流量最大可达到50万kg/h，转速最高可达到12万r/min，介质范围包含所有碳氢化合物。
40年来，该公司共设计制造了3500余台高技术含量的膨胀机设备。
一般情况下，其膨胀机主要采用向心透平，制动设备包括离心压缩机、发电机以及其他转动设备。
但是，在精炼厂等环境下的高温尾气能量回收膨胀机中也采用轴流透平膨胀机。
2.2美国德莱赛兰公司在能量回收透平膨胀机领域一直是杰出的供应商之一，基本可以满足用户的各种工艺要求。
其透平膨胀机可分为高温（870℃）与中温（535℃）两种类型，输出功率最高可达13万KW，典型应用主要在流化床催化裂化装置（FCC）、硝酸装置、压缩空气蓄能发电装置（CAES）和航空发动机等能量回收装置中。
中石油膨胀套管补贴新技术
膨胀套管补贴新技术能够提高井下 套管的安全性能，减少井下事故的 发生，保障石油生产的安全。
对未来技术发展的建议
01
02
03
加强研发力度
鼓励企业和研究机构加强 膨胀套管补贴新技术的研 发力度，不断探索新的材 料、工艺和设备。
推广应用
积极推广膨胀套管补贴新 技术的应用范围，提高其 在石油工业中的普及率。
减少环境污染
膨胀套管补贴技术能够减少油井的泄漏和溢油事故，从而 减少对环境的污染。
该技术能够降低油井的生产成本，从而减少生产过程中的 废弃物排放，进一步减少环境污染。
03
中石油膨胀套管补贴新 技术的实施情况
技术应用范围
适用于各种规格和材 质的油管、套管和钻 杆等管道。
适用于陆地和海洋油 气田的开发。
培养专业人才
加强膨胀套管补贴新技术 领域的人才培养，为技术 的进一步发展提供人才支 持。
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首先对受损管道进行清理和预处理，然后将膨胀套管放置在 受损部位，通过加压或加热使膨胀套管扩张，最后对修复部 位进行检测和验收。
技术的发展历程
起源
膨胀套管补贴技术起源于20世纪末， 最初是为了解决石油和天然气管道的 修复问题而研发的。
发展
现状
目前，膨胀套管补贴技术已经在国内 外的管道修复工程中得到了广泛应用， 为各类管道的安全、高效运行提供了 有力保障。
05
中石油膨胀套管补贴新 技术的未来展望
技术发展趋势
高效化
随着技术的不断进步，膨胀套管 补贴新技术将更加高效，能够更 快速、准确地完成套管补贴作业，
提高生产效率。
智能化
未来，膨胀套管补贴新技术将更 加智能化，通过引入人工智能、 机器学习等技术，实现自动化决 策和智能控制，减少人工干预和
浅谈国内外PVC管技术现状及发展方向
浅谈国内外PVC管技术现状及发展方向PVC管是一种常见的管道材料，其具有重量轻、耐腐蚀、易安装等优点，被广泛应用于建筑、给排水、城市供水、化工等领域。
随着科技的不断发展和各行业的需求不断增长，PVC管技术也在不断更新和改进。
在国内外，PVC管技术的发展方向也各有特点，本文将结合国内外PVC管技术现状，探讨其未来发展方向。
一、国内PVC管技术现状国内PVC管技术在生产工艺、品种规格、质量控制等方面已经取得了较大进步。
国内PVC管生产企业不断引进先进设备和技术，提高了管材的生产效率和质量。
在材料选择方面，国内厂家也在不断改进，推出了耐高温、耐压力、抗紫外线等性能更优越的PVC管材料，提高了其适用范围和使用寿命。
国内PVC管在规格种类齐全，能够满足不同工程需求，从小口径注塑管到大口径加强壁波纹管都能满足市场需求。
国内PVC管的管道连接方式也在不断改进，传统的管道连接方式主要是胶接、热熔连接等，随着工程施工速度的不断提高和对接口质量要求的增加，新型的PP-R热熔管材料、快速热熔连接技术等也在国内得到广泛应用，提高了管道连接的效率和质量。
在PVC管的应用领域方面，国内建筑给排水领域对PVC管的需求较大，而在城市供水和市政管道领域，PVC管的应用比较有限。
目前国内PVC管的主要市场仍集中在农村自来水、给排水、燃气和通讯工程等领域。
国外PVC管技术相对成熟，主要体现在工艺、品种和应用领域等方面。
在工艺方面，国外PVC管生产企业拥有先进且成熟的生产设备和工艺技术，生产出的PVC管材料质量和性能稳定可靠，有生产工艺成熟和经验丰富的制造商。
在品种规格方面，国外PVC管材料种类繁多，规格齐全，能够满足不同工程需求，从小口径到大口径的各类PVC管产品应有尽有。
国外PVC管的品质稳定，特别是在耐温、耐压及抗紫外线等方面的技术水平较高，广泛应用于建筑、市政、环保等领域。
在应用领域方面，国外PVC管在市政供水、给排水、化工管道等领域的应用较为广泛。
国外膨胀管技术的发展与应用
国外膨胀管技术的发展与应用 编译:马洪涛(胜利油田钻井工艺研究院)审校:纪常杰(大庆油田工程有限公司) 摘要 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。
主题词 膨胀管技术 膨胀系统 实体膨胀管 可膨胀割缝管 商业应用一、膨胀管技术发展回顾最近几年膨胀管技术呈现爆炸式大发展,该技术对石油工业将产生革命性的影响。
例如等径井眼技术,一旦成熟,将极大地降低油井成本,并完全消除常规套管程序的缩径效应,井可以钻得更深,而总井深处的套管内径与常规井相比反而增大。
目前世界上提供膨胀管技术和膨胀产品的公司主要包括威德福公司、Enventure环球技术公司、哈里伯顿公司、贝克石油工具公司、斯伦贝谢公司以及RE AD油井服务公司。
另外,俄罗斯的鞑靼石油研究设计院的膨胀管技术也得到了广泛应用。
1,威德福公司自1998年以来,威德福公司一直在可膨胀防砂筛管(ESS)领域居于业界领先地位。
该技术发展迅速,目前已经成为降低成本、提高产量的标准方法。
该公司还对实体膨胀管技术进行了大规模研究与开发。
该公司的膨胀管技术分为三类:可膨胀割缝管(EST)、实体膨胀管(STE)、膨胀系统。
(1)可膨胀割缝管威德福公司的可膨胀割缝管包括以下三种类型:可膨胀防砂筛管(ESS)、井下衬管系统(ABL)、可膨胀完井尾管(ECL)。
国外膨胀管技术新进展
证 的膨 胀管 技 术 ，可 以实现 下 套 管 和 射孔 井 有 效 分
层 ， 具有裸 眼井 的产能 。 并 需 要进 行 水 力 封 隔 的多 层 油 藏 通 常要 进 行 固井
和射孔 。 在直 井或 低斜度 井 中该方法 可 以提供 优质 而
长期 的层 间隔离 ， 当然 成本 会略高 一些 。 然 而 ， 长水平 井 中 ， 在 固井 和射 孔是一 个 难题 。 因 为在 较 长 的环空 中注 水泥 比较 困难 ， 且射 孔 管柱 更 而
可 以免去管 内砾 石充 填 的新产 品 。
层｛
层 间 隔 离 膨 胀 管 （Ｚ ） Ｅ Ｉ 层 间 隔 离 膨胀 管 （ Ｚ ） ＥＩ
层 问 隔 离 膨 胀 管 （ ＺＩ Ｅ ）
气 井 稍 后 生 产 产水 层
例如 ：威 德福 公 司研制 生产 的 ５ ， 。 ｎ膨 胀 防砂筛 ／ ． ｉ 管 （ Ｓ ） 统 已投 人 防砂 应 用 五年 多 了 ， 提 高 了 油 Ｅ Ｓ系 它
组 合 系 统
将 膨 胀 防砂 筛 管 （ Ｓ ） Ｍｅ ｌｋｎ实体 膨胀 管 Ｅ Ｓ与 ｔＳｉ ａ （ ｔ Ｓ ｉ 沿 地 层 顺 势 扩 展 膨 胀 ） 结 合 ， 一 种 Ｍｅ ｌｋｎ能 ａ 相 是
简单 、 济 的替代 固井／ 经 射孔 的方 法 。这种 组合式 完井 系统 能 够改 善油 井设 计 ， 使油 井不受 地 层数 量和 地层
求
产 气 层
膨 胀 防 砂 筛 管 （Ｓ ） Ｅ Ｓ
层间隔离膨胀管 （Ｚ） Ｅ Ｉ
产水 层
长且 更 复杂 ， 而使 成本 上升 。 从 如果 油藏 需要 防砂 （ 通 常采 用砾 石允 填 ） 完井 可能会 更加 复杂 。 ， 了解 到这 些 棘手 问题 后 ， 威德 福公 司研 制 了一种
膨胀套管
压14MPa30分钟。 • 复杂：注水泥时下胶塞在大小头处卡住，并失去密封，
用第2胶塞压下，但在内管低端承压膜压不破，不能建 立循环，后采用补救措施完成。
4 射孔段局部封隔
• 奥地利，V25井，7”油层套管，射开了上部水 层，其下油层未射
•总体经济效益：
该井预计节省40万美元，由于新技术投入，实际只 节省8.5万美元，预计硬件系统改善后节省29万美元， 施工技术成熟后将时间节省算在内，预计可实现原设 计的节省40万美元。
•间接经济效益：
多层套管封隔复杂地层，以便安全和有效的对付泥 浆密度窗口窄的复杂问题。 开眼直径小，可用较小直径防喷器、钻机和隔水导 管。
唯一存在和还需继续研究的问题是螺纹密封完整性 和抗挤强度。由于金属材料的包兴格（Bauschinger ）效应，抗挤强度会比膨胀前有所降低。这可通过 选用具有较高抗挤强度的套管来解决。
清管
下入 液压涨管 密封试压 钻下堵头
修补套管 Shell-Ha.膨胀方案（拟参考）
环型活塞 悬挂密封单元
大小头 注水泥胶塞
（2）南得克萨斯深水海洋钻井，Shell Rail Tijerina1 号井
• 水深：2286m • 类型：可膨胀尾管 • 尺寸：13 3/8”16”尾套技套 • 长度：180m，深195m至15.2m，封泥线下浅流砂层，
浅水层。 • 总施工时间48小时。
• 经济效益： 在上述13 3/8”16”膨胀技套后，将原隔水导管
– 13 3/8”16”
– 11 3/4”13 3/8” – 9 5/8”常规套管
– 7 5/8”9 5/8” – 7” 平端无接箍套管。
膨胀套管护壁技术研究现状及其工作原理_于好善
of Exploration Techniques，CAGS，Langfang Hebei 065000 ，China) Abstract : The expandable casing technology using in geoengineering drilling is being studied． This paper introduces study status of the expandable casing technology and the type of expandable casing． This study determines selection principles of the expandable casing material and the expansion tool shape，analyzes the expansion mechanism of expandable casing and establishes the construction process． Wall protection technology by expandable casing can be applied in geoengineering drilling in China and increase the means of wall protection technology of geodrilling． Key words: expandable casing; wall protection technology; expansion mechanism; coring drilling
2
探矿工程( 岩土钻掘工程)
2011 年第 38 卷第 3 期
个孔段， 减少 井 筒 管壁层数， 完 成 孔孔 眼 尺寸 最 大 化， 大幅度降低钻井成本。 目前国外已研制出的膨胀套管规格见表 1 。
国外可膨胀套管技术的发展及应用
力学性能仍然符合 Ａ Ｉ Ｐ 标准规范 Ｌ一 ０ ８ 、Ｋ一 ５ ５ 、Ｊ ５ ５的石 油 管 材 。为保 证 管材 具 有 精 确 的壁 厚 和
一
材料特 性 ，膨 胀套 管 的标 准更 严格 ，除金 属材 料外 还必须 严格控 制 膨胀套 管 内径 的公 差 。另外还 在膨 胀 套管 上端 的外 面 涂有 弹性 密 封 材料 ，在 扩管 时 ， 弹性密 封材料 受 到挤压 ，从 而与搭 接部位 形成 可靠
摘 要 可膨胀 套 管技术 是 ２ １世纪 石油工 程领 域 的妊业 技 术之 一。该 技 术可用 于 多种类 型 的油 ／ Ｎ
井建 井 ，大大 降低 钻 井 、完井 的费用 ，还 可 以用 于老 井 侧钻 、套损 井 的修 补 ，提 高 作 业效 率 。近 年 来 ，该 技 术在 国外发 展较 快 ，并成 功地应 用 。介 绍 了可 膨胀 套 管 的原 理 和技 术 优 势 、 国外 可膨
正在 研究 和开 发制造 膨胀 管 的新 材 料 。 目前 的膨 技术 主要有 以下 几种 。 ｌ Ｏ Ｌ４可膨 胀套 管 系统 －Ｈ Ｌ
可膨胀套 （ ） 管技 术 是 ２ 衬 ０世 纪末 国外研 制 成 功 的一项 石油工 程新 技术 ，投入 商业 化应用 虽然 仅有 ４ａ的 时 间 ，但 已 逐 渐 被 世 界 不 同 的 地 区接
受 ，显示 出 良好 的应用 前景 。
目前常使用的是挤压扩管法。当精确控制时 ，
在井下环境 中使用冷拔工艺 ，将膨胀套管膨胀到预 定 的外 径或 内径 ，这样 系统 足可 以抵抗 已产生 的地
维普资讯
石 油
机
械
Ｃ ＩＡＰ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ Ｍ Ｃ ＩＥ Ｙ ＨＮ ＥＲ Ｌ Ｕ Ａ Ｈ Ｎ Ｒ