膨胀管封堵调层技术新进展

李益良，陈 强，李 涛，韩伟业，毕秀玲，孙 强

（中国石油勘探开发研究院，北京100083） ①

膨胀管技术是将管柱下入井内，以机械或液压的方法使管柱发生永久性塑性变形，使井眼或生产管柱的内径扩大［1］。该技术能够增加套管层次，简化井身结构，节约钻井成本，是一种更加灵活的完井方式和全新的修井方法，也是油田钻井和完井方面最具革命性的技术之一［2－4］。

目前，膨胀管技术是国内各大油田套管损坏综合治理技术，特别为大井段套管漏失提供了坚实的技术基础［5－8］。由于该技术能够有效加固套损段，同时减小普通套损井加固方式造成的通径损失，降低作业成本［9－11］，在我国各大油田已经得到推广应用。中国石油大力推进膨胀管补贴技术的研发和推广，已经在大庆、大港、玉门等11个油田的400多口井成功应用膨胀管技术进行套损井的修复或封堵调层施工作业，其中在大庆油田应用已经超过300口。据测算，利用膨胀管技术已在大庆油田累计增油3.7×105t，减少剩余可采储量损失约3×106t。在辽河油田的5口停产2a以上的油井，修复后平均含水从88.7%降低至64.3%，日产油6.98t；在玉门油田成功作业8口井，全部恢复生产，油井日产油平均达7t。

本文针对膨胀管技术现场应用过程中出现的膨胀压力过高、胀后通径过小等问题开展相关技术研究，开发了大通径膨胀管封堵调层技术、膨胀管修复大斜度套损井技术以及胀捞一体化膨胀管技术。以上技术密切联系油田现场需求，并取得良好的应用效果，对油田的长期发展具有重要的现实意义。

1 薄壁大通径膨胀管技术

随着高含水油田采出程度的不断提高，油田采出液综合含水率上升到89%，层系封堵已经成为提高注采效率的重要手段。目前油田常规的下封隔器、爆炸式机械堵水以及化学堵水等工艺存在明显不足，已不能满足生产需要。利用膨胀管技术进行层系封堵具有以下优点：

1） 密封承压效果好，深度、长度不受限。

2） 施工工艺简单，可靠性高，成本低，有效期长。

3） 可重新射孔，实现储层完全或部分打开。

传统膨胀管技术施工后所能达到的最大内通径为108mm，为此中国石油勘探开发研究院装备所（以下简称勘探院装备所）研制了薄壁大通径膨胀管技术，如图1～2所示。与常规的膨胀管补贴技术相比，大通径膨胀管技术的创新点主要有：

1） 采用了壁厚相对较薄的膨胀管，即满足封堵调层密封的要求，又尽量减少补贴后套管内径的缩小。

2） 修复后内径≥114mm，提高后续下入工具的尺寸系列，同时不影响泵挂深度。

3） 膨胀工具外置，取消传统膨胀管发射腔部分，膨胀压力≤20MPa，进一步降低施工风险。

图1 传统膨胀管补贴效果

图2 薄壁大通径膨胀管补贴效果

同时，大通径膨胀管技术取消了传统膨胀管外壁密封橡胶，实现全段金属密封，在施工后可以进一步提高膨胀管的悬挂密封能力，同时适应特殊尺寸套损井修复。

如图3所示，大通径膨胀管技术具有以下特点：①送入总成内管接箍有2种规格，可连接ø73.025 mm（2英寸）钻杆与油管，方便现场作业，内套接箍的行程根据内套的行程设计，同时总成密封接头可承受压力＞70MPa；②膨胀管组件优化了扶正器，使膨胀管定位更加牢固；③定位总成的卡瓦牙片经过特殊处理，可以承受至少80kN拉力；④双级胀头选用全新的材料，硬度可达60HRC以上，机械性能远远优于原膨胀锥材料。

目前，大通径膨胀管技术已经在大庆、吉林油田成功应用，增产效果显著。该技术尤其适用于封堵无效注水层位，修复套损段，恢复分注和超长腐蚀段并重造坐封段，在油田开发过程发挥重要作用。

图3 大通径膨胀管管柱结构

2 胀捞一体化膨胀管技术

常规膨胀管技术在现场作业之后需要下入工具磨铣掉底堵，以保证井眼畅通。在一些特殊的井中是不允许有任何落物掉入井底的，而一些油田的修井作业条件相对较差，普遍采用螺杆钻，导致磨铣时间太长。为提高作业效率，降低作业成本，勘探院装备所研制了胀捞一体化膨胀管技术，如图4所示；同时对关键部件进行数值仿真，如图5所示。膨胀锥与光杆相连，当膨胀过程结束后，光杆恰好卡在底堵上，将具有收缩功能的底堵提出膨胀管，实现膨胀提捞同时进行。室内试验过程如图6～9。

图4 胀捞一体膨胀管结构

图5 可捞底堵数值仿真

图6 可捞底堵工具及配件

图7 装配体

图8 膨胀完成

图9 提捞完成

室内试验表明：可捞底堵密封性能良好。模拟打捞试验过程中，底堵打捞所需轴向力不大，操作方便可靠，膨胀工具丢手后可重复使用。

胀捞一体化膨胀管技术在大庆油田现场试验2口井，全部取得成功，它可以使膨胀管施工节省1趟起下管柱，对于深井开发具有更加突出的意义。

3 膨胀管修复大斜度套损井技术

随着油田水平井、分支井数量日益增多，斜井段套管补贴已经成为膨胀管技术的一个挑战。斜井段的膨胀管柱处于弯曲状态，斜度会对膨胀过程以及膨胀后管柱间密封等带来影响。勘探院装备所针对50°／100m斜率条件下的膨胀管工具进行特殊设计，对膨胀管连接螺纹的结构（如图10）、膨胀管内减阻涂层进行重新设计和攻关，开发出新型膨胀管柱及配套工具，并且进行了大量的室内试验，以保证膨胀工具的通过性及膨胀后管柱之间螺纹的密封性。

管柱在造斜段处受力状态及试验台架如图11所示。利用三点弯曲原理，固定膨胀管柱两端，在中间利用千斤顶起一定高度，模拟管柱在造斜段弯曲状态下的膨胀过程。

图10 膨胀管新型螺纹

图11 膨胀管在造斜段膨胀时受力状态

弯曲状态下膨胀试验压力变化曲线如图12所示。在试验过程中，膨胀管柱在新型螺纹连接处的膨胀压力变化不大，膨胀工具通过性很好；膨胀后螺纹密封良好，无漏失现象。表明在高斜率条件下膨胀过程能够顺利进行。

图12 弯曲状态下膨胀试验压力变化曲线

膨胀试验之后，设计了测试套管与膨胀管之间悬挂橡胶承压能力试验，在膨胀后套管外壁上打孔，焊接高压管线接头，试验过程中阶梯式加压至30 MPa，稳压30min，无渗漏，证明悬挂橡胶密封性能良好，能够达到设计要求。

2010年，膨胀管修复大斜度套损井技术在大港油田的4口大斜度井施工中进行了现场应用，效果符合设计要求。

4 结论

1） 应用大通径膨胀管技术使胀后通径≥114 mm，同时降低膨胀压力，有利于油田现场施工与后续作业。

2） 胀捞一体化膨胀管技术降低施工过程对油田设备要求，提高了效率，并且对井底不造成任何污染。

3） 膨胀管修复大斜度套损井技术能满足在50°／100m斜率条件下套损修复要求，便于该技术在油田复杂井况中的应用。

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