膨胀管补贴加固技术的研究与应用

2020-11-25何正彪

商品与质量 2020年50期

关键词：厚壁波纹管内径

何正彪

辽河油田钻采工艺研究院辽宁盘锦 124010

冷扩张技术的基础上的石油和天然气井筒金属管道、膨胀管进入井筒的径向扩张由机械挤压扩张方法，导致永久塑性变形膨胀管的最后永久性机械变形，以减少损失的原始尽可能套管直径和直径达到节约的目的。

1 补贴技术的优缺点

1.1 传统套管补贴技术的缺点。在20 世纪末，两种最常见的常规套管补贴是

①波纹管补贴技术和厚壁管补贴加固技术。波纹管补贴技术主要是前苏联和美国的技术。在我国已有一定程度的引进和应用，但应用效果并不十分乐观，主要是由于波纹管的缺陷：波纹管壁厚小，施工长度非常有限，在我国老油区，油套管损坏严重，往往需要大截面修复，波纹管的补贴不能满足施工要求。而且，补贴后的圆度较差，因此在今后的管柱中，会经常与补贴波纹管发生碰撞摩擦，这进一步降低了波纹管的使用寿命。②波纹管的挤压强度很低，密封层不是很好，高压泄漏层非常有限。因此，在国内外都非常有限，目前已基本消除。厚壁管加固技术是20 世纪90 年代在我国引进和应用的，其基本原理是：采用厚壁管补强技术，两端挂封采用金属材料和壳体。加固后强度高，密封性能好。另外，通过添加特殊材料，可以提高结构的适应性和可靠性[1]。然而，这种方法有两个严重的缺点。一是补贴后原内径损失过大。如果今后继续使用钻柱，将减小钻杆直径，增加井筒锥度，增加新储层的开发。即使不继续钻井，如果开发原始生产层，生产管柱也会受到很大的限制。其次，厚壁管的补贴长度仍然有限，高达30m，这是由于其技术原理的缺陷，不易改进。

1.2 固体膨胀管补贴技术的优势

与传统的补贴技术不同，固体膨胀管面积有三个优势一是膨胀性好，二是没有长度限制，三是密封性能好。①可伸缩性。固体膨胀管主要由铬、锰、镍和硅组成。耐蚀性好，可塑性高，强度高，加工硬化率高。此外，利用相变诱导塑性机理提高材料的强度和塑性。膨胀管（L80 和K55 套管）膨胀前后的性能试验项目包括膨胀前后的硬度、屈服强度、拉伸强度和冲击韧性。所有实验均在室温下进行，在稍高的温度（176℃）下具有相似的膨胀性能。通过对国外试验数据的分析和总结，得出以下结论：在膨胀过程中，由于管径的膨胀，膨胀管的壁厚应减小2%-5%。直径可增加约20%，长度可缩短约8%，塑性变形可接近30%。膨胀管经过膨胀变形后，其力学性能仍满足API 标准L80、K55 和J55 石油管道的要求。②没有长度限制。固套管补片技术由于每个补片管都有特殊的膨胀螺纹连接，是一种非耦合连接，能够对不同长度的套管破损段进行修复。上关节是公的，下关节是母的。关节是身体的延续。斜梯扣的受力边缘接近水平或微倒钩式，保证了较高的承载力和密封能量在卡扣的顶部和末端有两个密封圈，大大提高了接头的密封性能它能承受膨胀的塑性变形、高膨胀压力和施工的磨耗，保证施工前、施工中和施工后长期密封的目的。通过解决单管连接问题，可以满足套损段的实际长度要求。因此，没有长度限制，因此得到了广泛的应用。另外，两个环形螺纹从内螺纹扣外侧伸出，可以有效地保护膨胀管外壁的密封带。膨胀后可以封堵套管壁，从而提高筒体的悬挂性和接头的抗挤压能力。③密封性能好。密封带采用纳米复合橡胶材料，经硫化处理，与不锈钢及合金具有良好的附着力补贴后可保证粘接强度高、不脱落、耐腐蚀、耐高温、弹性好、密封性能好等特点。目前，该密封技术已投入使用。随着进一步的研究和现场评价，该技术将更加完善，进一步增强固体膨胀管的技术优势[2]。

2 膨胀管补贴加固技术的研究

2.1 火驱现状

在我国火灾驱油开发和规模扩大方面处于领先地位。因此，在国内其他油田套损井修复加固技术有自己的成熟的技术，但火驱井套损修复加固技术的相关研究较少，火和辽河油田套管损坏井修复加固技术研究和开发才刚刚开始，尚未进入现场的成熟和可靠的技术推广和应用。我国套管防塌措施的研究方法主要有：①采用高强度套管提高套管抗塌能力。但由于高强度钢的韧性和抗冲击性较低，特别是耐腐蚀性较差，不适合灭火井使用。②采用厚壁套管，提高套管的挤压强度。结果表明，套管的承载力与钢强度和钢厚的平方成正比。③采用双层组合套管，提高套管的抗挤压破坏能力。理论和实践表明，双层套管具有较强的挤压破坏能力，其挤压强度至少等于各层套管强度的总和。在套损严重的区块，防止套损效果明显。另外，改进射孔技术、减少射孔次数、预应力完井对防止套管损坏具有积极意义[3]。

2.2 膨胀管加固技术指标

①膨胀管加固后，密封压力≥15MPa，稳定压力15min 后压降0.5mpa；②悬架力≥40-60t，内阻≥45MPa，外压阻力≥25MPa；③高温井的膨胀管最高工作温度不得低于350℃；④单套金属密封圈悬挂力大于或等于100kN，最大膨胀压力小于40MPa；⑤目前大直径膨胀管允许偏差为1，适用于5-1/2 套管。套管壁厚6.2mm 后，内径≥115-117mm；补贴后套管壁厚6.98mm，内径≥113-115mm；允许内径后的套管壁厚大于或等于112- 壁厚9.17mm 的套管内径≥109-111mm。。该技术适用于下列工况：①补偿各种错位、损坏、腐蚀造成的套管损失；②热采井套管损失补偿；③射孔井产水段的充堵。