膨胀管在油田钻井和完井中的应用.doc

前言 随着油气工业的发展，来自各个方面的挑战和竞争越来越激烈，降低勘探开发成本的要求越来越迫切，油气井的钻井和完井成本在油田的勘探开发总成本中占有相当大的比例，因此通过开发新的钻井和完井技术来降低钻井完井成本对油气工业的发展具有十分重要的意义。可膨胀管技术就是国外正在发展中的可明显降低钻井完井成本的一项新技术。经过近几年的研究和开发，这一技术已逐渐趋于成熟，并在油田投入应用，取得了显著的经济效益。 可膨胀管技术就是将管柱下入井底，用驱动头以液力或机械力的方法使管材永久形变，从而达到增大采油管柱或井眼内径的目的。可膨胀管包括可膨胀割缝管和可膨胀实体管两种。它们可应用于钻井、完井及采油、修井等作业过程，被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一，该项技术的几个应用领域在国外均投入到工业实施，展现出强劲的发展势头，正日益引起业界的关注。 壳牌公司90年代后期首先开发的该项技术具有重要的意义，一是可以简便有效地解决复杂井段的井壁稳定问题，二是可以减少上部井眼的尺寸和套管层数，甚至在几年内实现从井口到井底以同一尺寸钻井，这样可以钻更深的直井和大位移井，三是可以修复老井被损坏的套管，四是可以大大降低钻井成本，五是可以取代砾石充填降低完井成本。为了跟踪这一国外先进技术，为今后的发展做好技术储备，我们详尽地查阅了国外近期的有关资料，对其进行了翻译、整理和研究分析，编写出了本情报专题报告，供有关领导和研究人员参考。 可膨胀管技术的发展概况 21世纪石油工业对工程技术人员提出两大挑战：一是开采目前不能经济开发的新储量，二是维持老油田开发的经济效益。近年来在勘探开发的最古老和最基础的领域，即管材技术领域出现的必威体育精装版进展，将为解决这两大难题发挥关键作用。 可膨胀管这一概念，用最简单的话来说就是在井下对管材进行冷加工。心轴在压力或拉力的驱动下使管材发生塑性变形，进而发生永久性的机械变形。可膨胀管包括可膨胀实体管（SET）和可膨胀割缝管(EST)两种，后来又在可膨胀割缝管的基础上发展出专门用于防砂的可膨胀防砂筛管（ESS）。 总部设在海牙的皇家荷兰壳牌公司在1993年左右最先进行了实体膨胀管实验。实验使用了几节焊在一起的钢管，钢管初始直径是4，膨胀率约22%。1998年7月，壳牌公司与Grant Prideco公司合作，该公司是制造各类油田管材的专业化公司，开发了可膨胀螺纹连接，能够在膨胀过程中保持机械和水力完整性，这是一个重大的技术进步。 壳牌公司在研发过程中认识到膨胀管技术可能具有几十亿美元的巨大市场潜力，因此决定成立3家子公司，彼此互相竞争，促进该技术向市场的迅速转化。这三家子公司分别是Enventure 环球技术公司，由壳牌技术风险投资公司和哈里伯顿能源服务公司合作于1999年成立，总部设在美国的休斯敦；E2TECH公司，壳牌与贝克休斯公司合作于1999年2月成立，总部设在英国的阿伯丁；Petroline公司，壳牌授权的韦得福公司的一个子公司。之所以成立三家子公司，主要原因是即使一家失败了，另外两家也可能证明技术的可行性，防止该技术的过早夭折。 Enventure 环球技术公司主要负责实体膨胀管的开发、销售并提供技术服务。目前实体膨胀管99%的施工进尺是由Enventure公司实施的。实体膨胀管技术现在是休斯敦发展最快的业务之一，在三年的发展过程中该公司员工从5人增至52人，到2002年底预计增至75人。2001年年度收入预计是1500万美元。目前该公司开发了三种实体膨胀管产品。 第一种是裸眼井膨胀尾管系统（expandable open-hole liner system）。能有效地下至更深的层段，主要解决漏失问题和复杂地层的封隔问题，例如盐岩橡胶层、及地层孔隙压力、地层压力梯度值得考虑的地层。 第二种膨胀管产品是套管井膨胀衬管系统（expandable cased-hole liner system）expandable liner hanger）West Cameron Block 17井首次使用了实体膨胀管系统。套管层次为133/8的表层套管，压力过渡带为95/8的技术套管，在压力枯竭层段应用了75/8×95/8裸眼井膨胀尾管系统。压力枯竭层段下部为7生产套管和5生产套管。 2001年1月在Alaminos Canyon 557井第二次应用实体膨胀套管技术。这是世界上第一口两次应用膨胀套管技术的井。95/8的膨胀套管在113/4的套管内膨胀。膨胀套管的施工深度4877米，是世界上最深的。膨胀管长度为464米，膨胀施工作业用了5个小时。膨胀后的95/8套管的内径是9.978，膨胀前是8.921。膨胀后的屈服和破坏应力分别为31MPa和8.8MPa。膨胀率为11.8%，套管缩短4%。这又使得另一套95/8的平头接合的套管可以