馮 定 王高磊 侯學(xué)文 孫巧雷 周 蘭

(長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;湖北省油氣鉆完井工具工程技術(shù)研究中心)

0 引 言

隨著油田開(kāi)發(fā)普遍進(jìn)入中后期，石油勘探開(kāi)發(fā)逐漸向深水、超深水以及復(fù)雜地層邁進(jìn)，鉆井遇到油氣水層、鹽膏層、漏失層、坍塌層以及高溫高壓地層的情況變多[1]，深井、超深井、定向井、水平井和大位移井鉆井需求增加，井身結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜[2-5]，使油田對(duì)膨脹管技術(shù)的應(yīng)用需求逐漸增加。目前，國(guó)外的膨脹管技術(shù)較為成熟，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造工藝、材料以及性能等方面都較為先進(jìn)[4]，主要的生產(chǎn)公司有斯倫貝謝Saltel公司、Weatherford國(guó)際公司、Enventure公司以及哈里伯頓公司等[6]。國(guó)內(nèi)已經(jīng)研制出膨脹套管、膨脹篩管、膨脹懸掛器和等直徑膨脹管等膨脹管鉆完井工具及配套技術(shù)。相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)在膨脹管材料、篩管防砂性能、懸掛器懸掛和密封能力研究等方面還存在一定差距。筆者重點(diǎn)介紹了斯倫貝謝Saltel公司、Weatherford國(guó)際公司、Enventure公司、哈里伯頓公司以及國(guó)內(nèi)一些公司的膨脹管產(chǎn)品和技術(shù)，并總結(jié)出發(fā)展趨勢(shì)和攻關(guān)方向，以期為國(guó)內(nèi)膨脹管技術(shù)的研發(fā)提供參考和指導(dǎo)。

1 膨脹管工作原理

與常規(guī)依靠膨脹錐作業(yè)的膨脹管技術(shù)不同，目前國(guó)際上較為先進(jìn)的膨脹管技術(shù)工藝獨(dú)特。膨脹管作業(yè)原理如圖1所示。井下膨脹工具位于膨脹管內(nèi)部，封隔器部分充壓后緊貼膨脹管，將組件送入到井筒中的作業(yè)區(qū)后，通過(guò)來(lái)自地面的壓力脹大膨脹工具，以擴(kuò)展膨脹管的頂部，并將其錨定在適當(dāng)位置，然后釋放封隔器內(nèi)的壓力，以0.91 m/s的速度下鉆，向下膨脹下一段。根據(jù)需要重復(fù)這一過(guò)程，直到全部完成膨脹作業(yè)，并將鉆具組合收回地面。

圖1 膨脹管作業(yè)原理圖

2 國(guó)外膨脹管技術(shù)

2.1 膨脹套管

在油氣開(kāi)采過(guò)程中，套管磨損、腐蝕、穿孔及地層塑性變形等因素會(huì)導(dǎo)致套管失效，造成油氣井產(chǎn)量下降、產(chǎn)層污染。深井、熱采井等高溫井套管損壞和套管變形修井時(shí)，傳統(tǒng)的厚壁襯管補(bǔ)貼技術(shù)內(nèi)通徑小、補(bǔ)貼長(zhǎng)度有限，現(xiàn)有的橡膠密封膨脹管難以滿足高強(qiáng)度、耐高溫及長(zhǎng)效密封等性能要求[7-9]。斯倫貝謝Saltel公司膨脹管能夠有效解決上述難題，相關(guān)產(chǎn)品主要有標(biāo)準(zhǔn)膨脹管、高溫膨脹管、“極端高溫”膨脹管以及針對(duì)特定環(huán)境定制的膨脹管，如圖2所示。

圖2 膨脹管及膨脹效果圖

標(biāo)準(zhǔn)膨脹管由321SS不銹鋼制成，密封材料為氫化丁腈(HNBR)材質(zhì)的彈性體，承壓100 MPa，耐溫250 ℃，采用異型密封系統(tǒng)，能夠有效密封套管內(nèi)橢圓度高達(dá)25%的井段、超限或不規(guī)則鉆孔井段。高溫膨脹管基于標(biāo)準(zhǔn)膨脹管設(shè)計(jì)，外徑范圍在177.16～339.73 mm之間，采用改進(jìn)后的高溫彈性體進(jìn)行密封，適用于承壓100 MPa，連續(xù)溫度高達(dá)200 ℃，短期耐高溫達(dá)250 ℃的熱井，用于修復(fù)損壞的油管或套管區(qū)域，關(guān)閉不需要的穿孔，密封泄漏的滑動(dòng)套管等修井作業(yè)。斯倫貝謝Saltel公司“極端高溫”膨脹管專為CSS、SAG-D和地?zé)峋O(shè)計(jì)，由優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成，可抵御高溫和腐蝕條件，具有可膨脹密封設(shè)計(jì)，能夠有效地密封低溫和高溫下不同的媒介(如水、蒸汽和氮)，最高耐受溫度高達(dá)350 ℃，熱循環(huán)溫度高達(dá)335 ℃，用于修復(fù)特殊油層套管損毀。

斯倫貝謝Saltel公司膨脹管技術(shù)可以用于修補(bǔ)射孔段、補(bǔ)漏或隔離篩管、關(guān)閉ICD閥、修補(bǔ)套管損壞、斷裂、套管腐蝕，補(bǔ)貼井下工具泄漏，密封壓裂工具段。在裸眼井應(yīng)用中隔離密封漏失層、未磨銑井段，無(wú)內(nèi)徑損失。在實(shí)現(xiàn)油田增產(chǎn)或避免堵棄作業(yè)時(shí)，高膨脹比使其在膨脹后具有較大的通徑，安裝后不妨礙后續(xù)油井作業(yè)，能夠有效避免卡鉆問(wèn)題。此外，通過(guò)實(shí)時(shí)控制器在操作期間驗(yàn)證安裝膨脹管的內(nèi)徑，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正作業(yè)異常。

2.2 膨脹防砂篩管

在產(chǎn)量高、生產(chǎn)壓差大、出砂嚴(yán)重的疏松砂巖油藏，常規(guī)篩管防砂效果差、精度低、有效期短，下入后流速降低，產(chǎn)量下降[10-11]。Weatherford公司的膨脹防砂篩管解決地層出砂問(wèn)題效果顯著。如圖3所示，膨脹防砂篩管由開(kāi)槽基管組成，重疊編織層連接在基管上，外層穿孔、膨脹護(hù)罩可保護(hù)過(guò)濾介質(zhì)在作業(yè)過(guò)程中免受損壞，采用整體式開(kāi)槽連接保證流量均衡。膨脹防砂篩管使用升降接頭與傳統(tǒng)的鉆機(jī)作業(yè)設(shè)備一起運(yùn)行，采用特殊的微握工具進(jìn)行連接，通過(guò)防旋轉(zhuǎn)鎖定螺釘鎖定到位，整體管柱的膨脹通過(guò)使用低壓ACETM軸向順應(yīng)膨脹工具或錐形膨脹錐實(shí)現(xiàn)。膨脹防砂篩管主要有?101.6、?114.3和?139.7 mm共3種尺寸規(guī)格，對(duì)應(yīng)膨脹前外徑分別為113.5、128.8和154.9 mm，膨脹后內(nèi)徑范圍分別為112.0～126.2 mm、117.9～133.6 mm、170.2～191.3 mm。基管、篩網(wǎng)和外罩材料采用316L，連接件材料為25Cr，整體抗腐蝕性能得到大大提高。篩網(wǎng)有120、150、230和270 μm共4種孔徑，長(zhǎng)度有3.0、6.0和11.5 m共3種類型。順應(yīng)式膨脹消除了篩管/井筒環(huán)空，可以增強(qiáng)防砂完整性和井眼穩(wěn)定性。膨脹后內(nèi)徑較大，減小流動(dòng)摩擦，從而優(yōu)化生產(chǎn)，大流通面積和低的壓力降過(guò)濾介質(zhì)提高了油井的生產(chǎn)率和進(jìn)流性能。

圖3 膨脹防砂篩管

馬來(lái)西亞砂拉越州的一口具有防砂問(wèn)題和短產(chǎn)油區(qū)的海上定向淺油井，井眼直徑為152.4～155.6 mm，水深35 m，作業(yè)區(qū)長(zhǎng)度5～80 m。巖心樣品測(cè)試表明，該油田具有高均勻系數(shù)和細(xì)粒百分比的含砂地層，無(wú)法使用獨(dú)立篩管作業(yè)。Weatherford公司采用膨脹防砂篩管系統(tǒng)，順應(yīng)裸眼擴(kuò)張，與傳統(tǒng)的礫石充填系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)有利于防止環(huán)形細(xì)粒分散和遷移。系統(tǒng)的安裝、設(shè)置和膨脹大約在10 h完成，遠(yuǎn)短于傳統(tǒng)礫石充填的平均安裝時(shí)間，降低了人員和設(shè)備租賃成本。防砂篩管無(wú)需壓力泵送即可順應(yīng)地?cái)U(kuò)展到井筒，從而降低安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)先后在54口淺水油井中一次性完成安裝，實(shí)現(xiàn)零防砂故障。

2.3 大口徑膨脹尾管懸掛器

在深層側(cè)鉆井中，井眼尺寸受限，采用常規(guī)技術(shù)開(kāi)窗側(cè)鉆穿過(guò)易漏層和易坍塌層難以鉆達(dá)目的層[12-15]。對(duì)于套管錯(cuò)斷無(wú)法進(jìn)行套管貼補(bǔ)的井或需要大井段懸掛套管的井，采用常規(guī)尾管懸掛器進(jìn)行懸掛，則不具備密封功能，且內(nèi)徑較小，懸掛力不足。哈里伯頓公司VersaFlex大口徑系統(tǒng)(見(jiàn)圖4)專為深水和海底大通徑井而設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的井況。該系統(tǒng)不需要在預(yù)定剖面上著陸，降低了在泥線/套管井口剖面中定位常見(jiàn)的復(fù)雜性，凝固時(shí)不需要尾管頂部水泥完整性來(lái)實(shí)現(xiàn)尾管頂部密封，結(jié)合了套管安裝的靈活性，消除了相關(guān)的尾管安裝問(wèn)題，彈性密封技術(shù)和防漏設(shè)計(jì)有助于降低持續(xù)的套管壓力。

圖4 VersaFlex大口徑膨脹尾管懸掛器

該系統(tǒng)在固井過(guò)程中能夠旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具備區(qū)域隔離密封完整性，其高扭矩額定值允許在井下塌陷區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)眼、從先前鉆出的井段中啟動(dòng)壁架、鉆新的井段。當(dāng)大型套管井有較高強(qiáng)度要求時(shí)，VersaFlex大口徑系統(tǒng)可以與金屬密封XtremeGrip尾管懸掛器技術(shù)配合使用。這種組合系統(tǒng)具有與VersaFlex大口徑系統(tǒng)相同的功能，能夠承受更大的懸掛載荷和高溫等的作用，從而實(shí)現(xiàn)360°金屬對(duì)金屬順應(yīng)性密封，兼具雙向錨固能力，其尾管×套管應(yīng)用尺寸范圍在355.60 mm×457.20 mm～473.08 mm×558.80 mm之間。在大多數(shù)情況下，VersaFlex大口徑系統(tǒng)能夠大大減少尾管重疊，同時(shí)由于不需要承壓回接管柱，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，減少了設(shè)置尾管懸掛器所需的操作步驟，降低了作業(yè)成本。

2.4 等直徑鉆井膨脹管

當(dāng)鉆井作業(yè)需要通過(guò)較深的高壓、易塌或易漏地層時(shí)，常規(guī)鉆井技術(shù)以不同直徑的套管層層封固完成，形成錐狀漏斗形井身結(jié)構(gòu)，井眼直徑不斷縮小，給后續(xù)作業(yè)帶來(lái)不便[16-17]。膨脹管技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，解決了上述鉆井問(wèn)題，具有施工工藝簡(jiǎn)單、作業(yè)時(shí)間短、安全可靠性高、施工成本較低等諸多優(yōu)點(diǎn)[18]。2020年Enventure全球技術(shù)公司?311.15 mm SameDrift?系統(tǒng)在中東首次成功商用安裝，通過(guò)在油井建設(shè)階段處理有問(wèn)題的區(qū)域，延遲或消除修井來(lái)減少鉆井作業(yè)期間的非生產(chǎn)時(shí)間，在油井生命周期內(nèi)最大限度地提高產(chǎn)量。

SameDrift是建立在Enventure公司ESET產(chǎn)品基礎(chǔ)上的一種等直徑鉆井尾管，可以旋轉(zhuǎn)和往復(fù)移動(dòng)，添加額外的套管柱不會(huì)損失井眼尺寸，旋轉(zhuǎn)能力有助于襯管達(dá)到設(shè)置深度，可以鉆更深的井，能夠有效提高水泥作業(yè)質(zhì)量，其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)脹后通徑與先前在油井中運(yùn)行的套管柱相匹配，因此可以輕松地將其整合到油井的標(biāo)準(zhǔn)套管設(shè)計(jì)中。SameDrift有SameDrift Openhole Liner和SameDrift Openhole Clad這2種系統(tǒng)。SameDrift Openhole Liner系統(tǒng)在不損失內(nèi)徑的情況下與套管相連，而SameDrift Openhole Clad系統(tǒng)在不與現(xiàn)有套管捆綁的情況下隔離油井中的故障區(qū)，并在先前套管下方提供相同的通徑。SameDrift目前有?165.1、?215.9和?311.2 mm共3種尺寸規(guī)格，SameDrift Openhole Liner系統(tǒng)有標(biāo)準(zhǔn)和高性能2種型號(hào)，脹后標(biāo)稱管道外徑344.5 mm，標(biāo)稱管道內(nèi)徑315.2 mm，極限狗腿度為每30 m 5°，抗內(nèi)擠強(qiáng)度42.3 MPa，抗外壓強(qiáng)度18.9 MPa，膨脹期間最小鉆機(jī)拉力668 kN，最小泵壓41.3 MPa，適用于?355.6 mm以下尺寸范圍。

2.5 膨脹管材料

膨脹管材料的塑性和強(qiáng)度要高，抗恢復(fù)能力要強(qiáng)，抗腐蝕能力要穩(wěn)定，膨脹后要達(dá)到或優(yōu)于普通套管同等水平的力學(xué)性能。研究開(kāi)發(fā)易膨脹、高性能的膨脹管，使其具有高強(qiáng)度、高密封性能、抗CO2和H2S腐蝕、耐高溫等特點(diǎn)，提高膨脹管的綜合力學(xué)性能是膨脹管材料研究的難點(diǎn)，因此膨脹管材料至今仍是制約膨脹管技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

Weatherford公司的膨脹防砂篩管管體材料為316L，連接件材料為25Cr。316L是316SS的超低碳版本，316L的奧氏體結(jié)構(gòu)即使在低溫下也能展現(xiàn)出出色的韌性，在高溫下具有高蠕變強(qiáng)度、斷裂應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度，以及較好的耐腐蝕性。25Cr(UNS S31260)是一種冷硬化雙相不銹鋼，在高氯化物含量的CO2和H2S環(huán)境中具有良好的耐腐蝕性。25Cr相對(duì)于22Cr，對(duì)CO2、氯化物、pH值和溫度具有更強(qiáng)的抵抗力，允許在具有高壓和高溫的深井中用作井下管狀部件、封隔器和其他地下設(shè)備，能夠有效解決高氯化物引起的點(diǎn)蝕問(wèn)題。

斯倫貝謝Saltel公司膨脹管管體材料為321SS不銹鋼。321SS(UNS S32100)是一種鈦穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼，具有更強(qiáng)的抗晶間腐蝕能力，能適應(yīng)815 ℃的高溫，雖然在退火狀態(tài)下的耐腐蝕性與304和304L相似，但他具有更高的蠕變和應(yīng)力斷裂性能，使其成為壓力容器的理想材料選擇。321SS不銹鋼無(wú)磁性且耐熱，可在高溫下連續(xù)使用，延展性好，可以輕松成型，耐腐蝕性非常好，尤其是對(duì)稀有機(jī)酸，但321SS不適合氯化物溶液，易受點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的影響。其膨脹管密封材料為氫化丁腈(HNBR)材質(zhì)的彈性體，氫化丁腈橡膠具有良好的耐油性能，并且由于高度飽和的結(jié)構(gòu)，使其具有良好的耐熱性能(耐高溫性能達(dá)到130～180 ℃)，優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能，較高的抗壓縮永久變形性能，同時(shí)氫化丁腈橡膠還具有高強(qiáng)度，高撕裂性能，耐磨性能優(yōu)異等特點(diǎn)，且機(jī)械性能優(yōu)良，廣泛用于油田和汽車等行業(yè)。

2.6 膨脹錐

作為膨脹管施工中的重要工具，膨脹錐結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)劣直接影響到施工后膨脹管的力學(xué)性能。目前，國(guó)外膨脹錐技術(shù)主要有機(jī)械式和液壓式2種，根據(jù)膨脹錐受力方式的不同機(jī)械式膨脹錐又可分為拉拔式和擠壓式。圖5為Weatherford公司機(jī)械式膨脹錐。該膨脹錐主要依靠液壓拉動(dòng)活塞桿的拉力使膨脹錐向上移動(dòng)，進(jìn)而完成膨脹作業(yè)。其有主要作業(yè)面和次要作業(yè)面，主要作業(yè)面負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)膨脹管的初次成形，次要作業(yè)面負(fù)責(zé)對(duì)脹后膨脹管進(jìn)行整形，以確保膨脹管膨脹后能夠緊密貼合套管，同時(shí)減小殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中。該膨脹錐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，膨脹作業(yè)時(shí)能夠提供足夠大的徑向膨脹力，但固定的錐體最大外徑使其難以順利通過(guò)井眼縮徑的不規(guī)則井段，可能導(dǎo)致膨脹作業(yè)無(wú)法順利進(jìn)行。

圖5 Weatherford公司機(jī)械式膨脹錐

圖6為Enventure全球技術(shù)公司機(jī)械式膨脹錐。該膨脹錐投球后形成密閉腔室，流體經(jīng)過(guò)膨脹錐側(cè)壁上的圓孔進(jìn)入腔室后，產(chǎn)生液體壓力作用在膨脹錐底部，推動(dòng)膨脹錐向上運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)膨脹作業(yè)。該膨脹錐除具有上述膨脹錐的特點(diǎn)外，由于膨脹作業(yè)對(duì)氣密性有嚴(yán)格要求，膨脹管上、下兩端各采用5圈彈性體進(jìn)行密封；此外，在膨脹壓力作用下，對(duì)膨脹錐的材料性能要求較高。

圖6 Enventure全球技術(shù)公司機(jī)械式膨脹錐

圖7為斯倫貝謝Saltel公司液壓式膨脹工具，其作業(yè)原理如圖1所示。該技術(shù)采用特殊的膨脹封隔器與膨脹管配套使用，通過(guò)從上到下液壓膨脹封隔器來(lái)實(shí)現(xiàn)膨脹管與套管的緊密貼合，完全規(guī)避傳統(tǒng)膨脹管依靠機(jī)械錐從下往上脹開(kāi)膨脹管工藝的風(fēng)險(xiǎn)和缺陷，極大地降低了膨脹管作業(yè)的環(huán)境限制。由于膨脹的最大外徑由泵送壓力決定，所以其膨脹直徑可根據(jù)實(shí)際井眼直徑進(jìn)行調(diào)整。該技術(shù)具有高膨脹率、大內(nèi)徑、高抗內(nèi)壓強(qiáng)度等特點(diǎn)，能承受高溫、H2S和CO2等惡劣環(huán)境。

圖7 Saltel公司液壓式膨脹工具

2.7 膨脹管螺紋連接技術(shù)

膨脹管螺紋接頭不僅起到將套管連接起來(lái)的作用，而且在套管的安全使用壽命期內(nèi)，螺紋連接處需在能夠承受拉伸、擠壓、彎曲以及扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜載荷作用的情況下兼具良好的密封性能。螺紋嚙合不緊密會(huì)大大降低螺紋連接強(qiáng)度和密封承壓能力，腐蝕液浸入螺紋間隙會(huì)腐蝕嚙合面，嚴(yán)重影響工作性能，因此保證膨脹后螺紋連接的完整性是膨脹管膨脹成功的關(guān)鍵。膨脹管螺紋接頭作為膨脹成形過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，膨脹后的性能是該技術(shù)發(fā)展的主要難點(diǎn)。目前，膨脹管螺紋接頭大多由偏梯形螺紋設(shè)計(jì)組成，可為螺紋連接提供較高的結(jié)構(gòu)可靠性。圖8為Enventure全球技術(shù)公司分別在2015年和2020年對(duì)膨脹管螺紋連接的設(shè)計(jì)和改進(jìn)[18-20]。在膨脹管螺紋接頭的早期開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)研究及現(xiàn)場(chǎng)使用發(fā)現(xiàn)，膨脹過(guò)程中接頭外徑的損壞會(huì)影響密封完整性?，F(xiàn)階段膨脹管螺紋接頭采用內(nèi)部O形圈密封，高性能厚壁膨脹管螺紋連接也使用外部O形圈密封，以在膨脹前、膨脹期間和膨脹后為其提供最大的壓力，確保密封完整性。

圖8 膨脹管螺紋連接示意圖

3 國(guó)內(nèi)膨脹管技術(shù)

3.1 中國(guó)石油膨脹套管技術(shù)

2014年，塔河油田部分深層側(cè)鉆井存在地質(zhì)避水、鉆井遇易漏和易坍塌地層的情況。由于油田采用常規(guī)小套管完井，井眼內(nèi)徑無(wú)法滿足后續(xù)作業(yè)要求，所以需用膨脹管充當(dāng)技術(shù)套管以封堵復(fù)雜地層，同時(shí)增加套管內(nèi)徑，保證后續(xù)小井眼鉆進(jìn)作業(yè)。塔河油田采用中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司機(jī)械所研發(fā)的側(cè)鉆水平井膨脹套管完井技術(shù)，在TH12115CH井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，膨脹管作業(yè)長(zhǎng)度為526.88 m，下入井深達(dá)6 065 m，最大井斜達(dá)到65.8°，入井深度、井斜和連續(xù)膨脹長(zhǎng)度為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)紀(jì)錄。2020年，寧209H33-3井為西南油氣田部署在長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣區(qū)塊的水平開(kāi)發(fā)井。該井漏失段長(zhǎng)，井眼工況復(fù)雜，地層承壓能力不足，無(wú)法采用常規(guī)化學(xué)堵漏方式進(jìn)行安全鉆進(jìn)。該井采用中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司機(jī)械所研發(fā)的PZG194型高性能膨脹管裸眼封堵技術(shù)，成功實(shí)施756 m封堵作業(yè)，為我國(guó)單次膨脹管裸眼封堵最長(zhǎng)施工紀(jì)錄，同時(shí)也是世界大管徑膨脹管裸眼封堵長(zhǎng)度記錄。膨脹管封堵技術(shù)作為解決地層惡性漏失難題的有效手段，成為助力我國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)和提質(zhì)增效的工程技術(shù)利器。

3.2 中國(guó)石化等井徑膨脹管鉆井技術(shù)

勝利油田鉆井工藝研究院先后在勝2-斜101井、草702-平6井、墾東641-斜27井進(jìn)行?241.3 mm裸眼井段下入膨脹管和大通徑裸眼井段擴(kuò)眼試驗(yàn)，以驗(yàn)證?241.3 mm等井徑膨脹管系統(tǒng)功能和螺紋膨脹可靠性。2020年，在前期試驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、工具加工測(cè)試、組裝和室內(nèi)膨脹試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案，在河31-斜190井進(jìn)行等井徑膨脹管膨脹試驗(yàn)，將等井徑膨脹管系統(tǒng)下入?339.7 mm表層套管內(nèi)，膨脹后作為臨時(shí)技術(shù)套管保證?241.3 mm鉆頭進(jìn)行二開(kāi)鉆進(jìn)至完井作業(yè)。該次施工作業(yè)，將5個(gè)膨脹管短節(jié)(總長(zhǎng)9.05 m，內(nèi)徑199 mm的膨脹管)膨脹至?245.1 mm，完鉆井深2 751 m，膨脹后管體內(nèi)壁完整、螺紋連接可靠，能夠承受鉆塞和二開(kāi)鉆進(jìn)雙重考驗(yàn)。當(dāng)深井鉆遇復(fù)雜地層時(shí)，等井徑膨脹管鉆井技術(shù)作為臨時(shí)技術(shù)套管進(jìn)行機(jī)械封堵，在不改變鉆頭直徑和井身結(jié)構(gòu)時(shí)仍能繼續(xù)鉆進(jìn)，避免常規(guī)鉆井的錐形井身結(jié)構(gòu)，有利于將井鉆得更深。

4 膨脹管技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)膨脹管技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，配套工具的研發(fā)速度與國(guó)外產(chǎn)品研發(fā)速度相比有一定滯后。從調(diào)研的國(guó)外新型膨脹管產(chǎn)品情況可以看出，目前市場(chǎng)推出的新型膨脹管產(chǎn)品主要集中在等直徑膨脹管、大口徑高性能膨脹尾管懸掛器以及針對(duì)特殊環(huán)境的膨脹管定制服務(wù)上，他們的發(fā)展將主要集中在以下幾個(gè)方面：

(1)等直徑膨脹管對(duì)于鉆井技術(shù)發(fā)展的重大意義在于開(kāi)鉆井眼小，完井可獲得較大直徑，甚至開(kāi)鉆井眼與完井井眼具有相同直徑，是提高鉆井深度和優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。采用膨脹管技術(shù)鉆井能夠鉆更深的直井和更長(zhǎng)的大位移水平井，從根本上解決大尺寸井眼鉆速慢、鉆進(jìn)難的問(wèn)題。該技術(shù)國(guó)外已經(jīng)處于初步商業(yè)應(yīng)用階段，國(guó)內(nèi)目前仍處于試驗(yàn)階段，與國(guó)外相比還存在較大差距。

(2)大口徑高性能膨脹尾管懸掛器具有入井安全方便、環(huán)空過(guò)流面積大、密封能力強(qiáng)，能夠承受更大的懸掛載荷和高溫的作用，兼具雙向錨固能力，注水泥過(guò)程中可以活動(dòng)套管提高水泥固井質(zhì)量等諸多優(yōu)點(diǎn)。與套管鉆井技術(shù)相結(jié)合，大口徑高性能膨脹尾管懸掛器可以獲得較大的井眼通徑，改善鉆井作業(yè)質(zhì)量，大大降低建井成本，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中顯現(xiàn)出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。懸掛器作為膨脹管鉆完井裝備的主力產(chǎn)品，其大通徑和強(qiáng)密封的優(yōu)勢(shì)，是尾管懸掛器的發(fā)展方向之一。

(3)標(biāo)準(zhǔn)膨脹管的設(shè)計(jì)符合大多數(shù)油田的作業(yè)條件，同時(shí)兼具成本效益，但油田施工作業(yè)有時(shí)會(huì)面臨各種挑戰(zhàn)，為適應(yīng)苛刻的環(huán)境，如硫化氫、氯化物或其他化學(xué)物質(zhì)的存在，目前國(guó)外Saltel公司和Enventure公司等多家公司憑借對(duì)各種密封材料和管道冶金的了解，可以通過(guò)研究特定油井狀況，調(diào)整產(chǎn)品的材料選擇，提出定制解決方案。由于支持產(chǎn)品幾何形狀定制，無(wú)論是較高的抗坍塌能力、較小的通徑限制、較高的膨脹比，還是非標(biāo)準(zhǔn)的膨脹管長(zhǎng)度，在滿足特殊油田的作業(yè)需求時(shí)，都具有可靠和靈活的設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于膨脹管技術(shù)包含膨脹套管、膨脹防砂篩管、膨脹尾管懸掛器及等直徑膨脹管，相關(guān)配套設(shè)備繁多，單憑一家單位研發(fā)膨脹管產(chǎn)品和配套設(shè)備很難在短時(shí)間內(nèi)趕上與國(guó)外的技術(shù)差距，很大程度上造成了國(guó)內(nèi)膨脹管技術(shù)的研發(fā)周期變長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)膨脹管系統(tǒng)的研發(fā)需要專業(yè)的科研單位通力合作，在膨脹管管體和密封材料、膨脹錐結(jié)構(gòu)和性能、膨脹管螺紋連接、膨脹尾管懸掛器密封及懸掛能力、膨脹篩管過(guò)濾性能研究等方面進(jìn)行協(xié)調(diào)合作，整合國(guó)內(nèi)各項(xiàng)優(yōu)質(zhì)資源，逐步優(yōu)化并完善膨脹管技術(shù)的各個(gè)模塊，不斷增強(qiáng)其安全性和可靠性，早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模化應(yīng)用，創(chuàng)新研究出具有我國(guó)特色的膨脹管系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自主化。