膨胀套管用密封接头设计指南.docVIP

膨胀套管用密封接头设计 一、膨胀套管 膨胀套管是用高延展性材料制成的套管，入井后，通过井下管件，在膨胀锥体推进作用下逐渐产生塑性变形，使其内径和外径均得到膨胀，达到扩大管径的目的。目前外径膨胀率最大可达到30%。膨胀管分为割缝膨胀管和实体膨胀管。实体膨胀管主要用于封隔复杂井段，防止地层垮塌，减小井眼尺寸、减少套管层次，还用于套管补贴、建井、多分支井和单一井径油井的建井。割缝膨胀管主要用于封隔复杂层段、代替常规割缝衬管和防砂。由于膨胀筛管紧贴井壁，可防止井壁垮塌，提高防砂效果，结合膨胀套管、管外封隔器使完井方式更加灵活。解决了密封不可靠、锚定力小、加固后通径小的问题，并可实现长井段加固。 早在1990年初，荷兰皇家Shell公司就开始了对膨胀套管技术的可行性研究，主要集中在管材实现膨胀变形的可能性研究，之后开始寻求既能实现管径膨胀变形、又能在膨胀变形后符合API标准要求的管材和（膨胀）螺纹连接两个方面。Shell公司还研制了膨胀接头和膨胀螺纹接头。1993年在挪威海牙进行了第一次概念性试验。1993年~1998年，开始对该项技术进行深入系统的研究工作，工作重点主要集中在管材和连接方式的研究上。对提出的要求是，既满足胀管工艺要求，尽可能降低胀管压力；胀管后其性能又要符合API标准对套管的要求，以达到工程应用的水平。石油管材油井系统公司专门研究完井用的膨胀防砂网技术。威德福公司1999年9月收购了石油管材油井系统公司，收购后，威德福公司继续投资以便使这种技术迅速投入市场。膨胀防砂网的许可证属于壳牌国际公司，壳牌公司的膨胀防砂网技术处于世界领先地位并取得了数项专利。同时，壳牌公司已与几家公司合资继续开发实体膨胀管。贝克公司、哈里伯顿公司正与威德福公司合作把膨胀防砂网技术推向市场。目前，扩管锥和旋转扩管方法的使用使实体膨胀管技术在膨胀管悬挂器、套管内衬/裸眼井衬管和钻井尾管等领域得到进一步的发展。对膨胀管悬挂器来说，使用了两种技术以便在膨胀管和套管间产生压配合。实体膨胀管在增加膨胀管与井壁的间隙、降低波动压力和抽吸压力（当地层的孔隙和破裂压力接近时这两种压力对地层影响比较大）方面具有优势。然而，膨胀管悬挂器最基本的优势是活动部件少，因此，至少在理论上这是一种更经济、更可靠的产品。迄今为止，还没有迹象表明石油工业界大量需求膨胀管悬挂器，但实际上，每一个使用实体膨胀管的用户都离不开膨胀管悬挂器。在用膨胀管修复套管时，使用了膨胀锥和旋转扩管两种技术。令人感兴趣的是，大多数用户对实体膨胀管的试验结论是，实体膨胀管是一种低成本和低风险的技术。为了使管材达到最大形变极限，威德福公司使用了旋转扩管法。另一个可能会引起阶跃变化的是威德福公司的裸眼井层间封隔技术。这项技术可以在数种情况下应用，包括不注水泥的膨胀衬管、地层破裂带的封隔和膨胀防砂网。成功使用威德福公司系列技术的关键是膨胀套管与裸眼井井壁间的密封。旋转扩管技术达到了这一效果，特别是降低了膨胀管与井壁间的应力。目前，各用户在扩钻井衬管时使用的都是旋转扩管技术。这项技术能扩较长的膨胀管，因而应用比较广泛。威德福公司在小井眼钻井设计时应用了一系列的膨胀技术来降低成本。运用该技术可以降低开钻时的井眼直径，因而降低了钻井总成本。随着勘探开发面临的对象日趋复杂，深水、深层等复杂油气井逐步成为今后寻找和开发油气的主战场。在日益恶劣的环境下，油公司面临的挑战是，针对一批新井，如何通过变化极大的孔隙压力过渡层和通过更高压力差的衰竭地层，如何在保证井眼足够大的情况下减少钻达总井深的时间。实体可膨胀管可以帮助油公司在钻过不稳定页岩和枯竭层时节省套管，同时又保持井眼尺寸。膨胀套管技术的产生与发展是钻井技术的一个趋势，利用该技术，可以有效的封隔复杂井段，保证正常的钻井作业。其次，为了能够节约钻井成本，能够用较少的成本打出较深的井，膨胀管技术提出了以同一井径钻进的理念，而且目前已经在海洋上成功应用了，节约大量的原材料，有效降低钻井成本。而且利用膨胀管技术完井，能够大幅度提高油井产量。所以许多的大石油公司投入人力，财力进行膨胀管技术的研究工作。目前，石油工业界还没有确定单一直径的油井的真实需求情况，石油公司最近的市场调研结果也是不同的。一部分石油公司认为未来会使用这种技术开发油田，一部分油公司宁愿选择高成本的技术来开发油田，而其他多数石油公司仍然在评价是否需要这种技术。 1999年11月，墨西哥湾大陆架首次将可膨胀管技术投入工业应用。海上安装之前，在陆地井进行了全尺寸试验，为海上工作人员提供培训。试验后对浮鞋的设计进行了改进，使之在用磨铣总成进行钻出作业时更加有效，同时为尾管膨胀确定最佳泵排量。通过使用7 5/8in×9 5/8in可膨胀尾管，在枯竭油砂层钻成8 1/2in扩大的井眼，并下入7in常规生产尾管，克服了使用常