1、膨胀管修套技术信息,一、膨胀管技术,膨胀管技术问世于80年代初，是由前苏联研制成功的。 当时用的是93号钢制成的异型管。当钻遇水层或破碎带而 无法正常钻进时，将其下入井内，用扩张器将异型管扩张 成圆形并使其靠在井壁上，借以封堵水层和破碎带。到90年代末，美国研制出割缝膨胀管（ 见图1），这 种割缝膨胀管比异型管更容易扩径，因此其封堵破碎带的 效果更好。,1,（图1）割缝膨胀管,2,割缝膨胀管是一种经济可行的隔离复杂层段工艺，用其 替代常规衬管既节约成本又能保证油井质量，在割缝膨胀管 的基础上开发出的膨胀防砂网，其防砂效果优于砾石充填完 井。实体膨胀管用于修复损坏的套管，可降低修井成本；用 于完
2、井，可降低10的井径损失；建立单一直径的油井，可 以显著提高钻速和油井建井速度。,3,膨胀管技术近年来取得了一些实质性进展：哈里伯顿 能源服务公司利用实体膨胀管建大位移井取得成功；贝克 石油工具公司利用膨胀管技术完成了10口多分支井的 6级 完井；斯伦贝谢等技术服务公司也利用膨胀管技术进行过 多分支井的 6级完井；贝克石油工具公司在俄克拉何马州 南部已损坏的7in套管内成功地安装了 205.7m 长的膨胀 管，修复后油井的增产效果明显；威德福公司研制出一种 高柔性旋转扩管系统，把上提和下压扩管改为旋转扩管， 降低了90的扩管力； Enventure 全球技术公司进行了 膨胀管穿过套管磨铣窗口的
3、室内和现场试验并取得成功。,4,膨胀管技术由四大核心技术组成：1）膨胀管材技术（包括材料成分、性能、热处理状态和尺寸公差控制标准）膨胀管材料性能要求材料延伸率高，易于膨胀变形，膨胀变形后机械性能基本达到常规套管水平。 2）膨胀工艺与膨胀器技术重点研究长距离、间断可重复（一次下千米膨胀管施工）膨胀技术。 3）膨胀管连接技术（膨胀螺纹技术）解决膨胀后的螺纹密封技术 4）施工工艺和配套工具技术,5,膨胀管技术有多种用途，目前主要有：1）裸眼钻井衬套系统：用于解决井漏、复杂井段井壁稳定问题并封 堵损坏地层。2）下套管井的膨胀式衬管系统：用于套管井腐蚀后的补救性作业。3）膨胀式衬套悬挂器系统：取代常规的
4、尾管悬吊器，获得最大的通径。,6,二、中国石油勘探开发研究院膨胀管修套技术,中国石油勘探开发研究院机械所从2001年起开展了该技术的研究工作，目前已经完成了全部关键技术的攻关。能够提供膨胀变形后机械性能符合API标准J55钢级的膨胀管技术产品，原始管分别为：114X8、 114X9 203X11、 298X11，可分别实现15左右的膨胀率。,7,机械所在大庆采油四厂的配合下，利用膨胀管进行套损井修复，完成了二口井的施工作业： 1）杏北油田46行列丙南块X41330井2003年11月14日作业，采用114X8膨胀管修复，膨胀管深度 964972m，胀管压力4042Mpa，4分钟左右完成胀管。 2
5、）杏北油田46行列乙北块X61127井2003年11月8日作业，采用114X8膨胀管修复，膨胀管深度 741749m，胀管压力3841Mpa，4分钟左右完成胀管。经检测修复后，通径110112、试压15Mpa密封正常，两口井已恢复正常。并已在地面进行10根（近100米）丝扣连接的膨胀管补贴试验，获得成功，为长井段应用创造了条件。,8,1、施工工艺流程：目前的施工工艺主要是基于国内在用作业设备条件，采用液压挤压胀管工艺；同时也在开发使用普通作业设备、不需要使用预锚定能够施工的旋压胀管工艺。,9,2、适用范围和产品规格：适用范围：1）各类错断、破损和腐蚀类套管修复；2）高温注汽井的套损修复；3）对
6、已射孔井段的补贴封堵。产品规格针对目前常用的油层套管规格，有114X8和140X9两种规格的膨胀管，分别用于修复5.5”和7”套管。可以根据用户需要，设计适应其它尺寸规格的膨胀管。,10,3、性能指标：1）膨胀施工压力不高于45Mpa。2）修复后套管的通径为原套管通径减2个膨胀管壁厚。3）修复完成后，补贴段承受不低于15Mpa的密封压力。4）修复完成后，膨胀管部分的机械性能接近API钢级J55。,11,4、对设备的要求：1）作业机：最大钩载不低于入井管柱重量+40吨；绞车提升最大速度不低于3.0m/min；配转盘和指重表。2）液压泵站：两种方式用自带的压力泵，则要求井场配有功率不小于45kW，
7、输出电压380V的三相交流电源。采用油田设备，则需要额定工作压力不低于60Mpa、工作排量在2060L/min可调的水泥车或压裂车，并配有足够承压能力在60Mpa以上的压力软管。,12,三、大庆油田段铣扩径与膨胀管补套技术,目前，油田对套管错断井的大修主要有两种技术手段： 错断深度在900m以内的一部分井采用“取换套技术”修复。 其余大部分井采取“小通径套损井扩径技术”进行修复。存 在的主要问题是：错断口通径越小，施工难度越大、周期越 长、费用越高，而且错断口通径小于40mm的井尚无成熟的 修复工艺。为此，开展了段铣扩径与膨胀管加固技术攻关。其目的 是为了进一步提高小通径套损井的修井技术，提高
8、施工效率 和成功率，降低修井费用。同时探索一种适应于套损通径小 于40mm井的修复手段。,13,1、段铣扩径技术：1） 主要是用可变径的磨铣工具磨铣掉套损井段的套管，为加固修复套损井段提供条件。对于错断口没有夹持落物的井，可以连续铣通套损井段。对于落鱼与错断口平齐的井，为了减少段铣时间，提高施工效率，在段铣处理错断口下部套管及落物一定长度后，下钻具下击落物，如果落物已下移，则用探针铣锥等磨铣组合钻具，分步铣通套损井段。如果落物仍夹持在套损井段，则继续向下段铣，直至铣通套损井段。,14,2）段铣扩径工具及钻柱结构目前已研究设计了四种段铣工具，但经过试验最终确定的主要工具是液压扩张式组合段铣刀。该
9、段铣刀底端为凹底铣鞋，与凹底铣鞋相邻的是一组刀片，下井状态外径118mm，靠循环液的压差使刀片张开，工作状态刀片张开后直径168mm，撤销压力后刀片收回。段铣扩径的钻柱结构为：液力扩张式组合段铣刀+105mm钻铤+118mm扶正器+2 in钻杆+2 in方钻杆。,15,3）段铣扩径的方法及工艺参数段铣扩径的深度以打铅印落实的错断口深度为准，因此打铅印管柱的丈量和计算必须准确。一般在错断口以上12m开始磨铣，即不开泵循环。当磨铣至错断口以下0.1m时开泵循环，开始段铣。泵压35Mpa；排量1530m/h；钻压20kN；转速适当，以不别钻、跳钻为准。段铣一定进尺后，停泵泄压、活动钻具探示效果，钻具
10、能通过，则结束段铣，通不过，则继续段铣。有落物夹持的井，段铣进尺1m时应结束段铣，打铅印落实效果，根据打铅印结果采取下击鱼顶或继续段铣措施。,16,2、膨胀管加固技术膨胀管加固器的主要结构：膨胀管加固器主要由膨胀管、中心管、胀头、导堵、支撑环等零件组成（见图）。膨胀管加固技术的工艺原理：对套损井段进行整形和段铣处理后，用油管将膨胀管加固器下至需补贴加固的井段，在地面用高压泵向油管内泵入清水，当达到一定压力后，胀头推动油管上行。当胀头上行至膨胀管上端时，泵压下降，膨胀管完成整体膨胀，紧贴于套管，达到锚定与密封。然后起出油管和加固器底堵，完成加固。如果需要修复套损井段的水泥环，则膨胀管加固器下端连
11、接注水泥封隔器，注入水泥浆，可在加固套管的同时，完成套损井段水泥环的修复。,17,3、现场试验2003年11月以来，完成膨胀管加固现场试验12口井（13个层段），加固井段 6.28.4m，加固后经过十六臂井径测井验证通径达到109113mm，采取双封隔 器验封，达到了15Mpa、15min不漏失。其中，采取段铣扩径后膨胀管加固1口井。该井打铅印证实948.3m套管错断，错断口通径87.5mm，错断口以下有四级四段配水管柱落物。经过段铣扩径0.5m，铣通错断井段，井径达到176mm，段铣扩径后捞出全部落物，用膨胀管加固器加固该井段8.3m。该井段铣扩径用时3.5h，与现有磨铣处理相同类型的错断井
12、段的技术相比，可减少三趟管柱，缩短施工时间23天。段铣过程中井眼可达到直径170mm，一定程度上可以找回错断偏移较大的下部套管，不易丢鱼，对通径直径70mm以下套损井修复有较好的适应性。同时，简化了胀管、磨铣工序，可有效地缩短施工时间。,18,四、Core lab公司X-SPAN套管补 贴（Casing Patch)多方位多层密封套管补贴 送入方式：电缆、油管、连续油管、钻杆、钢绳、缓冲管。 坐放工具工作方式：爆炸、液压（套管大于7”）。 启动坐封工具：电子、机械（投棒）、智能点火系统、液 压。 剪切筒夹：向上拉连接杆，当补贴完全坐封后筒夹就被剪开。 一旦把筒夹剪开就可以把坐放工具提出，补贴就
13、会牢牢地坐封在适当位置。套管补贴的优点：主密封为金属对金属密封，极高的耐压性能，可以按用户要求定制补贴，采用优质合金材料，可以用于水平井，可应用于恶劣环境下，可应用于地热井。主要应用：封层（封堵水层），封堵漏失裂缝，修补套管腐蚀，衬管、尾管顶部泄漏等等。,19,五、多臂井径成像测井系统 二十四/四十/五十六臂井径成像测井系统由多臂井径测井仪及便携数控测井系统组成，该系统由井下仪器把井下测量数据编码后传回地面系统，地面系统完成对全部数据的记录、处理。该井下仪器由电机拖动测量臂，扶正臂的打开与收拢，井径仪在居中情况下进行测量，仪器的测量臂由弹簧支撑，沿套管内运动，测量臂随套管内变化而变化，每支测量
14、臂都对应一支无触点位移传感器，每个测臂的位移变化直接反映到相应的传感器上。将这些位移量处理、编码、传送到地面，由地面将其还原成像。,20,技术指标： 最高耐温：1500C/1750C 最高耐压：60Mpa/80 Mpa 仪器外径：50mm/73mm/89mm 仪器长度：1688mm/1708mm/1836 mm 井径 测量范围：52-140 mm/80-200mm/90-240 mm 测量精度：1mm 灵 敏 度：0.1mm 测速要求：500米/小时 井温 分辨率：0.020C 响应时间：1秒 精 度：20C 测量范围：01500C 扶正机构 张臂电压：+955V，电流250mA 收臂电压：-
15、95V5，电流250Ma 资料输出可实时记录套管平面展开图、包络图等图象。并可输出各种彩色立体解释图象。,21,技术特点:1、多臂井径测井仪的探头采用我公司自行研制的“桥式电感无触点 位移传感器”。该传感器结构简单，体积小，温度性能好，测量误差小 2、采用HDB3高密度码数据传输方式，实现数据的高速可靠传输a.HDB3码每位时间宽为60s，传输率960道/s,而曼码每位时间 宽为147s，传输率为225道/s;b.HDB3码易取时钟，不受直流特性的影响，具有自检能力，误码少，可靠性高 3、井下仪器采用优质钛合金及17-4不锈钢材料加工，机械结构合 理，加工精度高，工艺精良，便于用户拆装维护。
16、4、井下仪器印制电路板采用进口高温覆铜板加工而成，集成电路均采用高温军品芯片，其他主器件也都是经过严格筛选的高温器件。,22,便携式多任务并行数控测井系统便携式多任务并行数控测井系统，是一种在采集箱体/笔记本控制下集井下供电、信号采集、处理、运算、显示、绘图及编辑等功能为一体的实时测井系统。体积小便于携带，功能与车载柜机一样强大，可用于生产测井/工程测井，也可在室内检修测井仪器，从而实现一机多用。该系统基于 IBM PC，在win98/winME/win2000/winXP下运行。采用开放型界面，用户可任意调整显示参数，随时以理想的格式硬拷贝绘图。同时还采用了最新的ARM CPU高性能灵活采集
17、处理，USB数据传输以及小巧的下井仪器接口和电源。可通过打印驱动程序配接不同打印机。可完成吸水/注入剖面测井、七参数动态测井、声幅/变密度测井、多臂井径测井等测井项目。,23,技术指标工作温度：-10+55； 外接电源：160240V，5010Hz 最大功率：1KVA 相对湿度：3585%；（非凝结） 测井速度：10010000米/小时 采样密度：每米8点、16点、32点、64点、128点； 深度显示：09999.9米；,24,技术特点 定制PC与数据采集单元的应用层通讯协议。下位机把处理好的数据按照 此协议打包，提交给上位机； 定制数据采集单元与井下仪器的应用层通讯协议。数据采集单元接收上位机的控制命令，识别命令后，依据此协议控制信号编码单元，通过供 电缆芯给井下仪器发送控制指令。 井下信号经过电容耦合后，直接送入高速A/D，得到的结果通过USB传到PC机，在PC机上的人机界面显示获得的信号波形，具有数字示波器 的功能。 利用高速D/A模拟井下信号。自检时选通井下信号对系统进行自检。 信号增益软件可调 根据PC的控制命令可重配置硬件解码和数据采集功能。 测量可视化图像采用“三维立体图”并可实现“剖面图”、“展开图”及“柱状立体图”，用三维图形显示实时测井，使一般用户都能看懂并 能分析得出结论。,25,附：四十臂井径测井仪测井解释成果图,26,
