膨脹管封堵調(diào)層技術(shù)新進(jìn)展

李益良，陳 強(qiáng)，李 濤，韓偉業(yè)，畢秀玲，孫 強(qiáng)

（中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083） ①

膨脹管技術(shù)是將管柱下入井內(nèi)，以機(jī)械或液壓的方法使管柱發(fā)生永久性塑性變形，使井眼或生產(chǎn)管柱的內(nèi)徑擴(kuò)大［1］。該技術(shù)能夠增加套管層次，簡化井身結(jié)構(gòu)，節(jié)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(shù)之一［2－4］。

目前，膨脹管技術(shù)是國內(nèi)各大油田套管損壞綜合治理技術(shù)，特別為大井段套管漏失提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)［5－8］。由于該技術(shù)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(yè)成本［9－11］，在我國各大油田已經(jīng)得到推廣應(yīng)用。中國石油大力推進(jìn)膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)的研發(fā)和推廣，已經(jīng)在大慶、大港、玉門等11個油田的400多口井成功應(yīng)用膨脹管技術(shù)進(jìn)行套損井的修復(fù)或封堵調(diào)層施工作業(yè)，其中在大慶油田應(yīng)用已經(jīng)超過300口。據(jù)測算，利用膨脹管技術(shù)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(chǎn)2a以上的油井，修復(fù)后平均含水從88.7%降低至64.3%，日產(chǎn)油6.98t；在玉門油田成功作業(yè)8口井，全部恢復(fù)生產(chǎn)，油井日產(chǎn)油平均達(dá)7t。

本文針對膨脹管技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用過程中出現(xiàn)的膨脹壓力過高、脹后通徑過小等問題開展相關(guān)技術(shù)研究，開發(fā)了大通徑膨脹管封堵調(diào)層技術(shù)、膨脹管修復(fù)大斜度套損井技術(shù)以及脹撈一體化膨脹管技術(shù)。以上技術(shù)密切聯(lián)系油田現(xiàn)場需求，并取得良好的應(yīng)用效果，對油田的長期發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 薄壁大通徑膨脹管技術(shù)

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(jīng)成為提高注采效率的重要手段。目前油田常規(guī)的下封隔器、爆炸式機(jī)械堵水以及化學(xué)堵水等工藝存在明顯不足，已不能滿足生產(chǎn)需要。利用膨脹管技術(shù)進(jìn)行層系封堵具有以下優(yōu)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(xiàn)儲層完全或部分打開。

傳統(tǒng)膨脹管技術(shù)施工后所能達(dá)到的最大內(nèi)通徑為108mm，為此中國石油勘探開發(fā)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(shù)，如圖1～2所示。與常規(guī)的膨脹管補(bǔ)貼技術(shù)相比，大通徑膨脹管技術(shù)的創(chuàng)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(diào)層密封的要求，又盡量減少補(bǔ)貼后套管內(nèi)徑的縮小。

2） 修復(fù)后內(nèi)徑≥114mm，提高后續(xù)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(tǒng)膨脹管發(fā)射腔部分，膨脹壓力≤20MPa，進(jìn)一步降低施工風(fēng)險。

圖1 傳統(tǒng)膨脹管補(bǔ)貼效果

圖2 薄壁大通徑膨脹管補(bǔ)貼效果

同時，大通徑膨脹管技術(shù)取消了傳統(tǒng)膨脹管外壁密封橡膠，實現(xiàn)全段金屬密封，在施工后可以進(jìn)一步提高膨脹管的懸掛密封能力，同時適應(yīng)特殊尺寸套損井修復(fù)。

如圖3所示，大通徑膨脹管技術(shù)具有以下特點：①送入總成內(nèi)管接箍有2種規(guī)格，可連接?73.025 mm（2英寸）鉆桿與油管，方便現(xiàn)場作業(yè)，內(nèi)套接箍的行程根據(jù)內(nèi)套的行程設(shè)計，同時總成密封接頭可承受壓力＞70MPa；②膨脹管組件優(yōu)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(jīng)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(dá)60HRC以上，機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原膨脹錐材料。

目前，大通徑膨脹管技術(shù)已經(jīng)在大慶、吉林油田成功應(yīng)用，增產(chǎn)效果顯著。該技術(shù)尤其適用于封堵無效注水層位，修復(fù)套損段，恢復(fù)分注和超長腐蝕段并重造坐封段，在油田開發(fā)過程發(fā)揮重要作用。

圖3 大通徑膨脹管管柱結(jié)構(gòu)

2 脹撈一體化膨脹管技術(shù)

常規(guī)膨脹管技術(shù)在現(xiàn)場作業(yè)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(yè)條件相對較差，普遍采用螺桿鉆，導(dǎo)致磨銑時間太長。為提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本，勘探院裝備所研制了脹撈一體化膨脹管技術(shù)，如圖4所示；同時對關(guān)鍵部件進(jìn)行數(shù)值仿真，如圖5所示。膨脹錐與光桿相連，當(dāng)膨脹過程結(jié)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(xiàn)膨脹提撈同時進(jìn)行。室內(nèi)試驗過程如圖6～9。

圖4 脹撈一體膨脹管結(jié)構(gòu)

圖5 可撈底堵數(shù)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(nèi)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(fù)使用。

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

3 膨脹管修復(fù)大斜度套損井技術(shù)

隨著油田水平井、分支井?dāng)?shù)量日益增多，斜井段套管補(bǔ)貼已經(jīng)成為膨脹管技術(shù)的一個挑戰(zhàn)。斜井段的膨脹管柱處于彎曲狀態(tài)，斜度會對膨脹過程以及膨脹后管柱間密封等帶來影響?？碧皆貉b備所針對50°／100m斜率條件下的膨脹管工具進(jìn)行特殊設(shè)計，對膨脹管連接螺紋的結(jié)構(gòu)（如圖10）、膨脹管內(nèi)減阻涂層進(jìn)行重新設(shè)計和攻關(guān)，開發(fā)出新型膨脹管柱及配套工具，并且進(jìn)行了大量的室內(nèi)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(tài)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(tài)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(tài)

彎曲狀態(tài)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(xiàn)象。表明在高斜率條件下膨脹過程能夠順利進(jìn)行。

圖12 彎曲狀態(tài)下膨脹試驗壓力變化曲線

膨脹試驗之后，設(shè)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(wěn)壓30min，無滲漏，證明懸掛橡膠密封性能良好，能夠達(dá)到設(shè)計要求。

2010年，膨脹管修復(fù)大斜度套損井技術(shù)在大港油田的4口大斜度井施工中進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，效果符合設(shè)計要求。

4 結(jié)論

1） 應(yīng)用大通徑膨脹管技術(shù)使脹后通徑≥114 mm，同時降低膨脹壓力，有利于油田現(xiàn)場施工與后續(xù)作業(yè)。

2） 脹撈一體化膨脹管技術(shù)降低施工過程對油田設(shè)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(fù)大斜度套損井技術(shù)能滿足在50°／100m斜率條件下套損修復(fù)要求，便于該技術(shù)在油田復(fù)雜井況中的應(yīng)用。

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