膨胀管技术在钻井过程中的应用研究

刘永松

（胜利油田黄河钻井三公司 山东东营 257000）

摘 要：膨胀管技术在石油工程中有着不同的用途。本文主要阐述膨胀管在钻井生产中的应用，包括优化井深结构、复杂层位封堵、套管补贴、小井眼固井。

关键词：膨胀管； 钻井生产； 应用

引言：膨胀管技术属于将低碳钢透过特殊制作而成的套管，因为具有较低的碳含量，令膨胀管的柔性优于普通套管，具有较强的可塑性。膨胀管技术是将膨胀管套管下至井中，通过机械或液压的动力，经由冷挤扩张的方式，从上至下或从下至上的透过压力或拉力令膨胀工具透过需膨胀的套管进行掌控，令其内径或外径因为塑性变形膨胀到预定的标准。

一、膨胀管技术的分类

对于钻井而言，通过膨胀管技术能够降低套管的层次，令钻井所到达的目的层更加深。膨胀管技术通过施加于膨胀锥两侧的压差或直接通过机械推力或拉力，令膨胀锥由膨胀管内进入，以此令膨胀管扩张。压差可以通过两种方式产生，其一，透过对处在膨胀管和膨胀锥先接触的内管泵进液体；其二，将内管进行拉或压，膨胀锥经过膨胀管时，令膨胀管所担负的应力超出界限而进入塑性变形，而且在钢材强度的限制以内。拓展率最大可为膨胀管内径的30%。大部分实体可膨胀管的施工需要膨胀管变形量不超出20%[1]。

1、裸眼可膨胀尾管系统

裸眼可膨胀尾管系统也被称作OHL系统，在正常运行下，液压驱动膨胀锥朝上转移，右下至上地膨胀尾管。在膨胀锥位于尾管和上级套管重叠处时，通过膨胀锥膨胀尾管上端具有弹性涂层的悬挂器进行管柱的密封。

2、套管井可膨胀衬管系统

此管也被称为CHL系统，是把能够膨胀衬管贴至原本损伤或强度较低的套管柱当中，能够良好地填补或巩固当前套管，除却具有弹性涂层的悬挂器接头分别处在CHL系统的上端及下端外，此系统与OHL系统相似。

CHL系统可以通过以下两种方式进行下入，则为开式和闭式下入套管。对于开式而言，这一系统在井眼进行定位后，泵送隔离塞，之后进行膨胀。对于闭式来讲，此系统处于井眼中直接定位进行膨胀，无需泵送隔离塞，可是进行下入时，需将钻井液灌好，以便预防挤坏膨胀管。

3、可膨胀尾管悬挂器

此尾管悬挂器被成为ELH，不具备常规尾管悬挂器中的丝扣、卡瓦及排水孔，仅仅通过一根膨胀管管材制作的与尾管衔接的接头，设置于心轴中的膨胀锥仅在接头中移动。尾管重量从心轴给予支撑。因为清除了常规尾管悬挂器与上封隔器，导致可膨胀尾管悬挂器的套管和尾管衔接处的尺寸更为靠近，可以给予更高的压力密封。

二、膨胀管的优缺点

1、割缝膨胀管

（1）优点

割缝膨胀管具有良好的膨胀性能，在膨胀后直径会超过原本直径几倍。需要较小的驱动力，较易操作施工。对管材的标准较低，能够通过常规套管管材，所以成本也较低。主要使用在水平井完井中的割缝筛管，还可以用于防砂筛管。

（2）缺点

仅可用于技术套管，无法当作油层生产套管。运用割缝膨胀管时，固井方式尽可通过平衡塞法，而不可运用顶替注水泥。割缝管具有较低的强度，较差的抗内压能力，主要透过水泥环的强度对井壁给予支撑。所以，为了符合水泥环的厚度及强度，应当对井筒给予扩眼，并且对于水泥具有较高的标准，通过运用纤维水泥。

2、实体膨胀管

（1）优势

在修井当中，膨胀管可以符合长井段补贴标准，衔接更为便利，而且在膨胀后依旧能够令丝扣具有较好的密封性。实体管具有较高的强度、较强的抗拉能力与抗压能力，而且膨胀前后在强度方面不会有过多的变化。能够用于油层生产套管。固井过程中可以通过顶替法进行水泥的灌注。

（2）不足

实体管具有较差的膨胀性，而且在膨胀时所需的膨胀力是膨胀管的30倍，实体管具有较高的管材标准，需要较高的成本。

三、膨脹管技术在钻井过程中的应用

在深井、超深井逐步增加的状态下，施工时会遇到较多的压力层、盐膏层、油气水层、坍塌层、漏失层等，钻井的难度不断提升，油公司对于投入产出的比率愈发敏感。膨胀管技术的产生解决了钻探与生产中的困扰。

1、钻井

（1）改良井身构造

对于深井钻井设计而言，为了钻穿各种压力层系的地层乃至易缩径、坍塌或较易产生井下漏失的地层，常规方式是通过各种直径的套管将各种层段的地层进行封隔。在套管程序设计中运用膨胀管技术，可以将套管的层次进行减少，在确保下端井径规格不变的状态下，可令上端井眼运用尺寸较小的技套，以此提升机械钻速乃至减少钻井的成本。对于超深井而言，可以将井眼的锥度降低，提升应对井下突发状况的应变能力，以此将井眼的深度加深，从而顺利完成勘探研发[2]。

（2）封隔缩径、坍塌、井漏或局压层

对于钻井设计时未预想到的恶性井眼缩径、井壁坍塌、地层漏失乃至高压等问题，假如透过解决和调整钻井液性能的方式依旧较难具有成效，最普遍的方式则为透过补下一层技套而实现封隔。

2、套管修补

（1）补缀损坏的技术套管

当知晓磨损的套管点后，通过内衬可膨胀管，以耗费最低的技术套管内径的状态下，可以将技术套管的承压能力给予恢复，在确保施工安全的状态下不断进行操作。

（2）修理老井生产套管

对投产时间较久的油井而言，可以通过膨胀管技术修理因为抽油杆损伤或地层流体腐蚀等问题形成的生产套管的损坏。

（3）封隔射孔层段

对通过挤水泥而无法封隔的射孔层段而言，可以通过膨胀管技术进行，将不必要的产油、产气乃至出水层段进行封固，以此改良注水、注气及产能。

3、完井作业

对于深井或老井开窗侧钻井而言，在井眼持续加深的状态下，套管层次逐渐增多，井眼直径愈发变小。完井套管直径过小，无法良好地提升生产井的产量，也无法符合完井作业、生产作业乃至未来修井作业的标准。膨胀管技术在不转变上端井身构造的状况下，可令生产套管的直径更大，从而有利于井下操作的空间以及产能表面积，不但有利于未来完井管柱与修井操控，还提升了产能，对探井转变成具备经济产能的生产井十分有利。

结束语：综上所述，在膨胀管技术不断提升的状态下，钻井工程的标准也愈发提升，并且，此技术会不断给予完善，变成处理钻遇漏失、套管下放无法到位或高低压同层等问题的新型技术，具备良好的生产所需以及市场。

参考文献：

[1]孙健，徐剑明，白方方，等.用于封隔不稳定地层的膨胀管技术研究与应用[J].机械工程师.2013.（4）：86-89.

[2]张煜，安克，张延明，等.完井修井膨胀悬挂器的研制与应用[J].石油学报.2011.（2）：364-368.