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膨胀管完井应用技术中国石油大学（华东）石油工程学院金业权15063018525jinyequan156@126.com2012年8月汇报内容一、技术背景二、技术研究三、钻井工程应用四、技术展望一、技术背景深井、复杂井易钻遇漏失、高压等复杂地层而难以达到钻井目的；常规侧钻井完井套管过小，尾管头易漏失，后期生产受限；老井套损严重，传统技术无法解决长井段、多井段封堵难题；常规筛管面临内径小、易砂堵等问题。膨胀管技术能够促进以上难题的解决。随着油田开发的不断深入，石油工程面临着“新井难打、老井难修”的难题，严重制约了老区稳产和新区开发。主要表现在以下方面：膨胀管技术难点钢管材料可膨胀性螺纹可膨胀性悬挂密封性能井下施工可靠性膨胀管钻井完井技术为什么开发膨胀管技术？膨胀前外径小，能够下井下井膨胀后，内、外径增大，能够解决石油工程难题一、技术背景膨胀管技术就是把钢管及其螺纹的冷扩工艺从工厂车间转移到在井下数千米深处的复杂工况条件下完成，被称为21世纪国际石油工程领域的核心技术之一。目前国际上将膨胀管分为膨胀套管、膨胀筛管和膨胀悬挂器三大类。胜利钻井院承担了国家863项目“膨胀管钻井技术”、“膨胀防砂筛管关键技术”等23项课题研究，获省部级科技进步一等奖1项、二等奖2项、局级奖5项、专利25项(发明2项)，出版国内首部膨胀管专著。一、技术背景汇报内容一、技术背景二、技术研究三、工程应用四、技术展望二、技术研究通过对膨胀管进行研究攻关，攻克了膨胀管的关键技术及瓶颈难题，形成了膨胀管材、膨胀螺纹、膨胀机构和密封悬挂装置等关键技术，形成膨胀套管、膨胀筛管和膨胀悬挂器三大类产品。膨胀套管膨胀悬挂器膨胀筛管二、技术研究特制的ERW直缝焊膨胀套管和无缝膨胀套管径向变形，可满足裸眼井钻井及完井的要求；现场应用最长纪录520.17m，累计超过15000m。膨胀筛管的基管及保护层优选316L不锈钢管进行割缝，可满足膨胀30%以上不开裂的强度要求。膨胀筛管的基管、保护层及筛网1.优化了膨胀套管和膨胀筛管材料，研制出膨胀管专用制造工艺，生产的膨胀管能满足井下完井及防砂要求。膨胀套管强度及射孔试验膨胀套管螺纹采用负角度偏梯螺纹结构，独立外加厚保护装置，三重密封形式，耐温高达204℃。在膨胀率大于30%的大变形情况下，带有割缝的膨胀筛管螺纹能够满足连接及膨胀要求。现场应用：单井一次膨胀螺纹最多49个，累计超过1000个，验证了膨胀螺纹的可靠性。2.研制出无接箍、直连型的膨胀套管连接螺纹和带有割缝的膨胀筛管螺纹，解决了膨胀管体连续膨胀的技术难题。膨胀套管螺纹膨胀筛管螺纹二、技术研究3.研制出各种满足不同膨胀方式及膨胀率要求的膨胀机构。实体膨胀锥：通过机械及液压相结合方式膨胀；交错式变径膨胀锥：满足膨胀套管大变形膨胀要求；滚轮式变径膨胀锥：满足筛管适应裸眼井径变化的膨胀要求。交错式变径膨胀锥实体膨胀锥及配套工具滚轮式变径膨胀锥二、技术研究4.研制出膨胀挤压高强度橡胶的悬挂密封装置，密封压差高达65MPa，耐温高达270℃。膨胀悬挂密封胶筒具有双向承载、小间隙、大通径等特点，解决了常规卡瓦单向悬挂、无密封的缺陷；可用于膨胀套管、膨胀筛管和膨胀悬挂器的悬挂密封。膨胀密封截面套管膨胀套管压缩的胶筒二、技术研究胜利钻井院研发出6种规格膨胀套管、1种规格膨胀筛管和3种规格膨胀悬挂器列规格产品，初步实现膨胀管技术系列化和产业化，建立了专业的膨胀管实验室、加工中心和高效产业链，具备规模生产能力，引领了国内膨胀管技术发展方向。技术解决的问题膨胀套管：进行套损修复、特殊工艺井完井、复杂层封堵。膨胀悬挂器：进行尾管完井修井，优化井身结构，解决尾管头密封难题。膨胀筛管：套损井防砂、裸眼井防砂，提高防砂效果。二、技术研究膨胀套管规格膨胀套管规格应用纪录膨胀前初始壁厚mm膨胀后外径mm内径mm外径mm内径mm长度m深度m1108.094.86.6118.5105.5520.173311.472139.7124.27.72154.3139.5437.225578.33152.4136.97.75168.4154.44193.7174.69.52211.8193.65219.1201.28.94240.9223.76273.1255.38.89307.2290二、技术研究技术参数Ф139.7×Ф114.3mmФ177.8×Ф139.7mmФ244.5×Ф177.8mm膨胀前外径/mm102×114.3139.7×152193×208膨胀前内径/mm88.8124.26173膨胀后外径/mm114152208膨胀后内径/mm100.5135.5186悬挂器长度/m3.559胶塞复合压力/MPa121212密封压差/MPa504540悬挂力/t5070150应用纪录尾管长度/m975.351639.56971.56尾管深度/m3050.174654.143970.27膨胀悬挂器规格二、技术研究膨胀筛管规格井眼规格mm上层套管外径mm膨胀悬挂器膨胀筛管膨胀前初始壁厚mm膨胀筛管膨胀后规格mm坐挂后内径mm外径mm内径mm外径mm内径mm216244.5244.5×193.7180180（基管168）154.37222200152.4177.8177.8×139.7124126（基管114）1026160-168136-144膨胀筛管基管保护外套滤砂网膨胀前的筛管膨胀后的筛管二、技术研究汇报内容一、技术背景二、技术研究三、工程应用四、技术展望膨胀管技术与石油工程现场结合，开发出膨胀套管、膨胀悬挂器和膨胀筛管三大系列应用技术及配套工艺。三、工程应用国际首创侧钻井膨胀套管钻、完井技术，国内首创膨胀悬挂器完井、修井以及膨胀筛管防砂技术，国内外首次实施多项膨胀管应用技术。在中石化、中石油和中海油三大石油公司及哈萨克斯坦等国内外各大油田规模化应用近500口井，应用膨胀管超过15000m，创造并保持了多项国内、外膨胀管作业长度和深度纪录。胜利油田大港油田江苏油田西南局西北局华东局哈萨克斯坦东海油田大庆油田三年来，在中石化、中石油、中海油和哈萨克等9个油区应用膨胀管技术479口井。三、工程应用胜利钻井院膨胀管技术的研究历程及成果三、工程应用三、工程应用1、膨胀套管钻井完井技术国内率先研制出适用于钻井裸眼封堵及完井的膨胀管系统，完成国际首例侧钻井膨胀套管钻井、完井技术现场应用，打破国外垄断，填补国内空白。增大完井内径优化井身结构钻井复杂地层封堵便于后期钻井及作业ID1=1.27×ID2ID1-ID2=22mm侧钻井膨胀套管与常规小套管完井对比国际首例完井应用：胜利油田通61-侧162井国际首例膨胀套管充当裸眼井油层套管应用，总长度398.37m。尾管头密封可靠、增大完井井眼，便于后期作业、测井、射孔、分层等生产管理，大幅延长该侧钻井寿命，至今累计生产10年，累产油11290吨。三、工程应用膨胀套管作业西北局贺电钻井中作为技术套管封堵异常地层：塔河油田TK6-463CH井井身结构2012年4月，国际首例侧钻水平井应用膨胀套管充当技术套管，构建“临时井壁”，在50°以上大斜度井中封堵裸眼复杂地层，完成了常规井身结构无法解决、美国Enventure膨胀管公司难以实施的钻井难题。创造了139.7mm膨胀套管单次作业长度437.22m和深度5508.04m两项工程世界纪录。三、工程应用三、工程应用2012年，该方案在塔河油田深层侧钻井中实施3口井，在149.2mm井眼下入膨胀套管作为技套封堵高压层，并为下开次钻完井打下安全可靠的基础，从而解决了塔河油田深层侧钻井技术难题。井号完钻井深/m开窗方式扩眼方式膨胀套管下深/长度/m扩眼及膨胀最大井斜/°小井眼长度/mTK6-463CH5740段铣钻后5508.04/437.2231.26230.07TK7-640CH6040斜向器随钻+钻后5578.3/385.753.42461T816KCH25960段铣随钻+钻后5690.58/467.5550.9266.46侧钻井中作为技术套管封堵高压地层水平井套管补贴：胜利油田永3-平5井三、工程应用套损——套损井修复（套管补贴、悬挂小套管）出砂——膨胀筛管管内防砂出水——膨胀套管堵水技术。三、工程应用2、膨胀悬挂器完井修井技术开发出膨胀悬挂器，可悬挂套管、筛管和膨胀筛管，并可旋转尾管，尾管重叠段由传统200m降为20m，节约大量钢材；创新性地用于钻井辅助封隔复杂地层、优化井身结构和修井作业。常规悬挂器膨胀悬挂器两种悬挂器结构对比膨胀悬挂器结构简单、大通径高强度密封性双向承载性施工可靠性技术优势尾管头密封，防止水窜。胜利油田侧钻井套管重叠段目前由150～200m减少为20～30m；优化侧钻井窗口深度，减少裸眼井段长度，降低钻井成本；内径大，可悬挂更大直径套管；悬挂点稳定，消除对上层套管造成的损伤；裸眼井段与套管内完全隔离，候凝时降低水泥浆对地层的污染。类型规格上部套管×所悬挂尾管坐挂后内径最大可悬挂套管悬挂套管内径常规悬挂器Ф139.7mm×Ф95.25mmФ82.5mmФ95.25mmФ82.5mm膨胀悬挂器Ф139.7mm×Ф114.3mmФ101.5mmФ114.3mmФ101.6mm常规悬挂器Ф177.8mm×Ф127mmФ108.8mmФ127mmФ108.8mm膨胀悬挂器Ф177.8mm×Ф152.4mmФ137mmФ152.4mmФ137mm三、工程应用Ф177.8mmХ139.7mm膨胀悬挂器Ф127mm无节箍尾管Ф114mm割缝筛管遇油遇水封隔器高压层低压层Ф244.5mmХ177.8mm膨胀悬挂器原井射孔井段钻井辅助封堵：中海油BB5井四开：国内首次膨胀悬挂器海上钻井辅助封堵套管射孔井段及裸眼段低压层。五开：防砂及对泥岩段提供支撑，简化施工程序。三、钻井工程应用优化井身结构：胜利油田滨674-平3井利用膨胀悬挂器大通径的特点优化井身结构，增大完井井眼，解决了常规悬挂器内径小无法悬挂大尺寸尾管的瓶颈。三、钻井工程应用技术难点：Ф177.8mm套管内下两层直连型套管堵漏，难以满足完井井眼要求。优化侧钻井窗口深度：胜利油田梁8-5-侧9井三、钻井工程应用可避免钻遇窗口附近高压水层或漏失层，避开原井套管射孔井段或套漏影响，优化侧钻井开窗点至套损段以下，采用膨胀悬挂器进行尾管头封隔，从而减少裸眼钻井段长度。尾管回接二次密封：胜利渤页平1-2井三、钻井工程应用采用膨胀悬挂器悬挂小套管，并实现回接及密封，重新建立新的水力密封，为尾管头漏失严重的老井提供了新的补救思路。回接密封膨胀密封水平井套损治理：胜利油田埕南91-支平1井套损情况：主井眼采用无内管免钻塞滤砂筛管顶部注水泥工艺，分支井眼裸眼完井；A点附近发生套管缩径及漏失；解决方法：采用膨胀悬挂器悬挂无节箍小套管加固。三、钻井工程应用阻流环小套管膨胀悬挂器原井套管三、工程应用3、膨胀筛管完井防砂技术国内首创膨胀筛管防砂技术，提供一种全新的大通径防砂方法，国内首次实现膨胀筛管裸眼井及套管井防砂应用。膨胀筛管防砂技术膨胀筛管工具膨胀悬挂器膨胀筛管变径膨胀工具套损井防砂：胜利油田GDN15-01井膨胀筛管内径Φ102mm→Φ140mm（膨胀37.2%）,构建新的井壁和防砂体系，恢复生产。投产后日油9.8t，含水由92.4%降至79.9%，累产油6050t。三、工程应用汇报内容一、技术背景二、技术研究三、工程应用四、技术展望等井径膨胀套管：等井径螺纹、材料及膨胀机构等关键技术已取得突破；正加大等井径膨胀系统攻关力度，进行井下试验。等井径材料等井径膨胀螺纹等井径膨胀机构闭合四、技术展望等井径膨胀套管系统膨胀套管：加大大尺寸膨胀套管进行复杂层封堵应用；加大特殊工艺井完井应用，解决分层开采及管内防砂。膨胀筛管：优化三开完井结构，进行裸眼井工艺研究，实现膨胀筛管裸眼防砂先导试验。膨胀悬挂器：加大膨胀悬挂器钻井应用力度。四、技术展望四、技术展望利用“膨胀”的概念，可以完善开发各种衍生工具及衍生