膨脹管封堵調層技術新進展

李益良，陳 強，李 濤，韓偉業，畢秀玲，孫 強

（中國石油勘探開發研究院，北京100083） ①

膨脹管技術是將管柱下入井內，以機械或液壓的方法使管柱發生永久性塑性變形，使井眼或生產管柱的內徑擴大［1］。該技術能夠增加套管層次，簡化井身結構，節約鉆井成本，是一種更加靈活的完井方式和全新的修井方法，也是油田鉆井和完井方面最具革命性的技術之一［2－4］。

目前，膨脹管技術是國內各大油田套管損壞綜合治理技術，特別為大井段套管漏失提供了堅實的技術基礎［5－8］。由于該技術能夠有效加固套損段，同時減小普通套損井加固方式造成的通徑損失，降低作業成本［9－11］，在我國各大油田已經得到推廣應用。中國石油大力推進膨脹管補貼技術的研發和推廣，已經在大慶、大港、玉門等11個油田的400多口井成功應用膨脹管技術進行套損井的修復或封堵調層施工作業，其中在大慶油田應用已經超過300口。據測算，利用膨脹管技術已在大慶油田累計增油3.7×105t，減少剩余可采儲量損失約3×106t。在遼河油田的5口停產2a以上的油井，修復后平均含水從88.7%降低至64.3%，日產油6.98t；在玉門油田成功作業8口井，全部恢復生產，油井日產油平均達7t。

本文針對膨脹管技術現場應用過程中出現的膨脹壓力過高、脹后通徑過小等問題開展相關技術研究，開發了大通徑膨脹管封堵調層技術、膨脹管修復大斜度套損井技術以及脹撈一體化膨脹管技術。以上技術密切聯系油田現場需求，并取得良好的應用效果，對油田的長期發展具有重要的現實意義。

1 薄壁大通徑膨脹管技術

隨著高含水油田采出程度的不斷提高，油田采出液綜合含水率上升到89%，層系封堵已經成為提高注采效率的重要手段。目前油田常規的下封隔器、爆炸式機械堵水以及化學堵水等工藝存在明顯不足，已不能滿足生產需要。利用膨脹管技術進行層系封堵具有以下優點：

1） 密封承壓效果好，深度、長度不受限。

2） 施工工藝簡單，可靠性高，成本低，有效期長。

3） 可重新射孔，實現儲層完全或部分打開。

傳統膨脹管技術施工后所能達到的最大內通徑為108mm，為此中國石油勘探開發研究院裝備所（以下簡稱勘探院裝備所）研制了薄壁大通徑膨脹管技術，如圖1～2所示。與常規的膨脹管補貼技術相比，大通徑膨脹管技術的創新點主要有：

1） 采用了壁厚相對較薄的膨脹管，即滿足封堵調層密封的要求，又盡量減少補貼后套管內徑的縮小。

2） 修復后內徑≥114mm，提高后續下入工具的尺寸系列，同時不影響泵掛深度。

3） 膨脹工具外置，取消傳統膨脹管發射腔部分，膨脹壓力≤20MPa，進一步降低施工風險。

圖1 傳統膨脹管補貼效果

圖2 薄壁大通徑膨脹管補貼效果

同時，大通徑膨脹管技術取消了傳統膨脹管外壁密封橡膠，實現全段金屬密封，在施工后可以進一步提高膨脹管的懸掛密封能力，同時適應特殊尺寸套損井修復。

如圖3所示，大通徑膨脹管技術具有以下特點：①送入總成內管接箍有2種規格，可連接?73.025 mm（2英寸）鉆桿與油管，方便現場作業，內套接箍的行程根據內套的行程設計，同時總成密封接頭可承受壓力＞70MPa；②膨脹管組件優化了扶正器，使膨脹管定位更加牢固；③定位總成的卡瓦牙片經過特殊處理，可以承受至少80kN拉力；④雙級脹頭選用全新的材料，硬度可達60HRC以上，機械性能遠遠優于原膨脹錐材料。

目前，大通徑膨脹管技術已經在大慶、吉林油田成功應用，增產效果顯著。該技術尤其適用于封堵無效注水層位，修復套損段，恢復分注和超長腐蝕段并重造坐封段，在油田開發過程發揮重要作用。

圖3 大通徑膨脹管管柱結構

2 脹撈一體化膨脹管技術

常規膨脹管技術在現場作業之后需要下入工具磨銑掉底堵，以保證井眼暢通。在一些特殊的井中是不允許有任何落物掉入井底的，而一些油田的修井作業條件相對較差，普遍采用螺桿鉆，導致磨銑時間太長。為提高作業效率，降低作業成本，勘探院裝備所研制了脹撈一體化膨脹管技術，如圖4所示；同時對關鍵部件進行數值仿真，如圖5所示。膨脹錐與光桿相連，當膨脹過程結束后，光桿恰好卡在底堵上，將具有收縮功能的底堵提出膨脹管，實現膨脹提撈同時進行。室內試驗過程如圖6～9。

圖4 脹撈一體膨脹管結構

圖5 可撈底堵數值仿真

圖6 可撈底堵工具及配件

圖7 裝配體

圖8 膨脹完成

圖9 提撈完成

室內試驗表明：可撈底堵密封性能良好。模擬打撈試驗過程中，底堵打撈所需軸向力不大，操作方便可靠，膨脹工具丟手后可重復使用。

脹撈一體化膨脹管技術在大慶油田現場試驗2口井，全部取得成功，它可以使膨脹管施工節省1趟起下管柱，對于深井開發具有更加突出的意義。

3 膨脹管修復大斜度套損井技術

隨著油田水平井、分支井數量日益增多，斜井段套管補貼已經成為膨脹管技術的一個挑戰。斜井段的膨脹管柱處于彎曲狀態，斜度會對膨脹過程以及膨脹后管柱間密封等帶來影響。勘探院裝備所針對50°／100m斜率條件下的膨脹管工具進行特殊設計，對膨脹管連接螺紋的結構（如圖10）、膨脹管內減阻涂層進行重新設計和攻關，開發出新型膨脹管柱及配套工具，并且進行了大量的室內試驗，以保證膨脹工具的通過性及膨脹后管柱之間螺紋的密封性。

管柱在造斜段處受力狀態及試驗臺架如圖11所示。利用三點彎曲原理，固定膨脹管柱兩端，在中間利用千斤頂起一定高度，模擬管柱在造斜段彎曲狀態下的膨脹過程。

圖10 膨脹管新型螺紋

圖11 膨脹管在造斜段膨脹時受力狀態

彎曲狀態下膨脹試驗壓力變化曲線如圖12所示。在試驗過程中，膨脹管柱在新型螺紋連接處的膨脹壓力變化不大，膨脹工具通過性很好；膨脹后螺紋密封良好，無漏失現象。表明在高斜率條件下膨脹過程能夠順利進行。

圖12 彎曲狀態下膨脹試驗壓力變化曲線

膨脹試驗之后，設計了測試套管與膨脹管之間懸掛橡膠承壓能力試驗，在膨脹后套管外壁上打孔，焊接高壓管線接頭，試驗過程中階梯式加壓至30 MPa，穩壓30min，無滲漏，證明懸掛橡膠密封性能良好，能夠達到設計要求。

2010年，膨脹管修復大斜度套損井技術在大港油田的4口大斜度井施工中進行了現場應用，效果符合設計要求。

4 結論

1） 應用大通徑膨脹管技術使脹后通徑≥114 mm，同時降低膨脹壓力，有利于油田現場施工與后續作業。

2） 脹撈一體化膨脹管技術降低施工過程對油田設備要求，提高了效率，并且對井底不造成任何污染。

3） 膨脹管修復大斜度套損井技術能滿足在50°／100m斜率條件下套損修復要求，便于該技術在油田復雜井況中的應用。

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