近期，國外在降低鉆井成本和提高采油技術方面有一個階段標志性突破，其核心是膨脹管技術。它一出現便產生連鎖反應，全面帶動鉆井、完井、修井和懸掛等各層面的工藝，根本改變了原有技術格局，因此說膨脹管技術是石油鉆采技術的一次革命，是二十一世紀石油鉆采行業(yè)的核心技術之一。

一、膨脹管的提出

膨脹管技術，顧名思義，就是通過液壓或機械驅動錐體或滾球、擴張膨脹套管。用這種施工技術既縮小鉆孔尺寸，又擴大套管采油通徑，能大幅度地提高建井速度和降低施工成本。

這個技術創(chuàng)意提出較早，1991年由殼牌公司提出膨脹管構想，但直到1999年殼牌與美哈里伯頓能源公司合伙成立Enventure公司，才開始正式工程實施并試用。

膨脹管類別主要有兩類，第一種是實體膨脹管SET（SolidExpandableTubulars）：管型屬于連續(xù)均質金屬管。它的特點是通過液壓或機械膨脹，使管徑發(fā)生10-30%塑變。主要經營者是上述提到的Enventure公司。至2004年4月，該公司利用錐體膨脹，在253口井進行商業(yè)服務，施工總長度達270000英尺，膨脹接頭6800個，成功率達95%以上。另外Weatherford公司利用滾球膨脹，成功作過1500次嘗試。第二種是分層或網狀膨脹管，包括膨脹防砂管ESS(ExpandableSandScreens)和膨脹割縫管EST（ExpandableSlottedTubulars），管型屬于不連續(xù)金屬夾層網，它的特點是通過液壓或機械膨脹，使管徑發(fā)生30-300%塑變。主要公司是Petroline公司，產品在中東、歐美、亞太和中非廣泛應用，用于裸眼膨脹井和礫石充填油氣井，現場成功率幾乎達100%。以下重點說明實體膨脹管。

二、膨脹管技術特點

石油膨脹管技術作為二十一世紀石油鉆采業(yè)的核心技術之一，其優(yōu)勢主要表現在五個方面：

（1）優(yōu)化井身結構新技術以近柱狀的井深結構代替原有上大下小、大錐度分布套管，例如國內超深井和海洋鉆井原采用的套管系列，自上而下為六級管徑30?-20?- ?- ?-7?- ?。由于上部套管過大，提高了管材成本；相應對于大鉆孔破巖的扭矩也大，這樣只能被迫拉低鉆速，鉆進進尺緩慢，延長了鉆井周期。用膨脹管技術，可將上部鉆井尺寸縮小一半為16?，甚至 ?上下一樣粗。這樣鉆井加快鉆進，節(jié)省鉆孔套管，鉆井完井周期縮短30-50%，系統(tǒng)工程費平均降低40%。

（2）提高固井質量，增大完井通徑，延長使用壽命膨脹管下井到位后，先壓注泥漿，后經膨脹壓實，提高了基礎密實程度，穩(wěn)定固井質量，延長油井使用壽命。同時新技術可增大套管工作通徑40%或更大，利于提高單井產量。

（3）解決修井系列難題，提高可修井比例利用上述膨脹管可以修補長井段；同時利用膨脹管技術，借助其剛柔結合的界面，松弛熱疲勞應力，能把缺陷井修復率由1/2提高至4/5。特別對于修補大段腐蝕套管、側鉆井、水平鉆井，更為方便。目前國內有大量中后期采油井，由于地下水腐蝕、機械損傷、應力裂紋和套管錯斷，引起地下水灌井。國內封井總數超過兩萬，積壓建井費用累計逾1000億，并且每年還有5%工作井轉入上述封井行列。現在可能修復的漏井充其量不到封井總數的1/3，有以下四類缺陷井，用傳統(tǒng)技術無法修補：長度20-400m的長距離缺陷井；熱采井周期產生熱應力具有熱疲勞的缺陷井段；套管內徑大小不一的缺陷井段；管路扭曲的缺陷井段。以上四類老大難井段，用膨脹管均可修復。

（4）強力懸掛和封隔所制作的懸掛器和封隔器密封可靠、操作容易、結構輕便、成本低廉。

（5）處理應急復雜地層多發(fā)事故特別是對于我國西部油田常見的鹽壓裂碎石帶、壓裂壓力敏感帶和煤層、泥巖層、流沙層、鹽膏層、變壓力層、糖葫蘆井眼塌方等復雜井況，很適合應用膨脹管。

三、石油發(fā)展戰(zhàn)略需要膨脹管

還沒有一種商品像石油這樣令人關注，卡特里娜旋風再度繃緊了人們神經。風漲的油價扶搖直上，將石油市場推到高油價階段。從1999年每桶10美元到2006年4月紐約商品交易所原油價飆升到75.17美元，幾年之間漲幅高達650%。石油價格成為世界經濟發(fā)展風向標和人們注視的第一焦點。同時，石油從經濟范疇走向政治領域，國際的資源外交演變成武力搶奪，發(fā)動科威特、伊拉克石油戰(zhàn)爭，又陰謀挑起伊朗戰(zhàn)爭。

我國經濟的快速發(fā)展刺激了石油需求和進口，我國現已成為世界第二石油進口國。觀察中國石油供應來源和需求走向，2004年國內供應量為26000萬噸，其中內陸產油近半，為12500萬噸，海外海洋采油4500萬噸，占17%，買油進口9000萬噸，進口率為36%。預計在大力增產節(jié)約和開發(fā)新能源前提下，2020年原油仍需33000萬噸左右，15年后的內陸由于資源限制，產量將降到10000萬噸；海外海洋采油必須成倍增加，達到12000萬噸以上；而且買油進口形勢也不容樂觀，估計只能有限增加約11000萬噸或更少。當前多邊石油貿易所面臨的現實是石油合同反復多變，美國、日本為遏制中國經濟發(fā)展，夢想把石油當作控制中國的緊箍咒。因此今天石油超越了經濟范疇，已成為中國應對西方的外交主題和政治博弈。

在北側用邊境談判換回的安大輸油線，2004年12月被貝加爾湖泰舍特到納霍德卡港的所謂泰納線代替，2005年4月又發(fā)生中國支線與泰納主線建設的先后順序之爭；在西側哈薩克斯坦美國又貸款又駐軍軟硬兼施，將石油引入巴杰線，把哈薩克石油通過巴庫-里海石油管線直接送到土爾其地中海城市杰伊漢，妄圖把5000萬噸的中哈供油協議架空；南側在75%石油進口渠道馬六甲海峽，美日聯合操練“縱橫軍刀”演習，航運長期安全難保。設想開拓克拉地峽要十年之后，中緬石油管道提案遠未定型；東側日美勾結把臺灣海峽列為動武范圍，2004年七艘航母游弋示威，2005年在釣魚島聯合進行大規(guī)模軍事演習。因此外匯儲備優(yōu)勢不能保證石油安全進口可靠性。

從安全穩(wěn)妥供油角度考慮，近海開發(fā)和海外采油應成為國家供油的主要渠道，應重點發(fā)展海洋石油，盡快提高國內海洋井的比例。中石油在北非、中亞、南美、亞澳18個國家，參與44項石油工程、總投資400億美元；中石化參與伊朗、加蓬、哈薩克斯坦、也門、厄瓜多爾石油天然氣項目，并在油氣密集區(qū)沙特阿拉伯登陸。中海油收購澳大利亞、加拿大、印尼和西班牙的十個油田和緬甸A10-M10區(qū)塊，參與摩洛哥、菲律賓、越南合作勘探?，F已查明海洋石油儲量是內陸三倍，并已具備開發(fā)條件，有很大潛力。例如東海油田油儲量有77億噸，僅石油一項即可供中國使用80年?，F在的中海油每年充其量只建一百口生產井和三十口探測井，只相當內陸年鉆井量的百分之一。現在淺海部分以我為主互相合作，而深海技術我們還在交白卷，工程只能送到外國公司手里，風吹草動難以依靠，問題關鍵是我們沒有獨立自主的海洋石油技術。中海油曾用185億美元收購優(yōu)尼克公司，引起美國朝野一片噪動，懷疑這種收購是用天價購買海洋石油技術，所以國會連夜開會，斷然拒絕中國收購。優(yōu)尼克事件再次提供了重要啟示，正如溫家寶所說的，“自主創(chuàng)新是支撐一個國家崛起的筋骨，真正的核心技術是買不來的”。

膨脹管是石油鉆采方面一項重要的核心技術，特別是其中的“同一口徑膨脹管技術”將在開發(fā)深海起重大作用。隨著膨脹管技術普及和價格走平，完全有可能大規(guī)模代替普通套管，這樣膨脹管年產量就能達到幾十或上百萬噸，意義十分重大。因此推廣膨脹管技術，絕不是銷售幾種新產品，而是進行一場石油鉆采的技術革命。

產業(yè)升級的關鍵是技術升級，首要是創(chuàng)新和掌握核心技術，開發(fā)膨脹管能“以技術換石油”。膨脹管技術的使用，不僅可使石油工業(yè)大量節(jié)能，獲得巨大經濟效益，而且可以帶動海洋石油技術發(fā)展，擺脫國外技術控制局面，可以充分利用我國近海和大陸架以及國外石油天然氣資源，大量增產石油，從根本上解脫我國石油需求的風險，使我們國家在政治上、外交上以及經濟上處于更為有利的地位。

四、膨脹管給創(chuàng)新鋼管產業(yè)帶來機遇

人均GDP不能說明經濟的持續(xù)發(fā)展，還應當考慮未來一段時間的漲落趨勢，稱作持續(xù)人均經濟產值（SPCGDP）。顯然這個指數取決于投入資源（包括市場、礦產和環(huán)境）和投入技術（包括科技、教育和政策）兩大因素。早在40年前山西煤化工專家蘭弗就提倡節(jié)約能源，反對大量燃煤污染環(huán)境，主張通過煤的深加工，提取高附加值材料，但直到今天我們還是世界煉焦主要生產和經受污染的國家；另外國民經濟總產值與原油耗量的比值外為4.7GDP元/石油升，中國竟是英國的12倍，過量消耗資源，這代人生活上去了，而資源不能再生，子孫后代怎么辦？單純投入資源必然使SPCGDP下滑，相反投入技術則明顯上升。2003年美Enventure公司在勝利油田安裝 ″膨脹管，對外保密封閉施工，每米賣萬元天價，兩口側鉆井800米、花費800萬元，折合每噸管60萬元/噸。其實這種含少量錳、鉻的直縫管和施工指導費，充其量成本0.8萬/噸，這里技術附加值高達96%，高額利潤促進良性循環(huán)均衡發(fā)展，必然使SPCGDP直線上升。因此目前在利用市場和人力優(yōu)勢、振興經濟和積累外匯的基礎上，應及時轉向大力投入技術，以獲得高SPCGDP值，快速提高人均GDP。

我國是鋼管大國，2005年產量2547萬噸，占世界1/4，但總體檔次較低，出口139萬噸的品位有待提高。無縫鋼管占總量40%，年產1047萬噸；其中油井管屬于無縫鋼管中的上乘產品，年產約209萬噸，占整個無縫鋼管20%；而套管是油井管的主體，占86%，年產180萬噸。相對比較，石油套管在鋼管中屬于重中之重的地位。而石油膨脹管，屬于套管的高科技的換代產品。強度和塑性有良好的結合，并且耐腐蝕，具有高的技術附加值，預計出口和內銷都有遠大前景。當前世界每年鉆井5萬口，油井套管年需求800萬噸，調平價位后，膨脹管可以代替普通套管，完全可能超過百萬噸。從世界產品價值鏈分布看，品牌和創(chuàng)新為利潤價值上端，裝配和加工屈居下側，而品牌又主要決定于創(chuàng)新技術的含量?？梢钥闯觯趪抑С窒?，中石油、中石化、中海油大力協同下，膨脹管作為典型產品，在三五年內不僅能創(chuàng)造高額利潤，推動建立高新技術企業(yè)，帶動我國鋼管業(yè)自主創(chuàng)新，填補石油鉆采技術的空白，同時能建立我國膨脹管CPI標準和相應的獨立知識產權體系以及工程技術創(chuàng)新體系。

五、我國膨脹管技術日臻完善

如前所述，集中國家力量投入膨脹管技術是十分必要的，而且目前投入是最好的選擇和最佳的機遇。膨脹管技術現在國內外炒作火熱，但客觀評價它的發(fā)展速度有待于提高。究其原因，制約當前廣泛應用的有兩個關鍵技術難題：第一是相同直徑膨脹管的圓柱型井型結構，井段之間需要有高塑性膨脹管，作二次膨脹懸掛，要求材料拉伸塑性δL≥50%，圓周塑性δC≥30%，國外提供的膨脹管塑性僅為δL30%、δC15%；第二對于長井段、全井或海洋井，長度一般大于500m，要求必須大幅度降低價位，要小于3萬/噸，而國外膨脹管價位過高，一般在12-100萬/噸之間，這樣不可能大規(guī)模推廣。

上海天合形狀記憶材料有限公司和中原油田采油技術研究院密切合作，經過三年努力，現在已經研制出高塑性（δ≥61%）的膨脹管和找到大幅度降低膨脹管價位的方法，這一技術突破不止是發(fā)明兩個鋼種，而是對兩種類型膨脹材料的設計思路和技術理論作了根本創(chuàng)新；同時針對地下深層復雜條件的工程控制采取智能化處理，另外研制了膨脹、懸掛、連接和密封等配套的工具設備，技術集成完備，并且補井施工順利成功，這項成果解決了國際上膨脹管發(fā)展的技術難題，為貫徹國家能源發(fā)展方針做出貢獻。