Yang Baojian，Liu Xiaomin，Li Wenlong，et al.Development and testing of _?299 .0 mm monohole expandable casing[J].China PetroleumMachinery，2025，53（7）：141-148.

Development and Testing of o299. O mm Monohole Expandable Casing

Yang Baojian1Liu Xiaomin2Li Wenlong1Xue Xianbo2Fu Jianmin1Hua Zejun2 （1.CNOOCchina limited，Tianjin Branch；2.COSL IntegratedSolutionamp; New Energy）

Abstract：Inorder to solve the problemofformationleakageinShahejieFormationin Bohai Oilfield，itis necessary todevelop expandablecasings withlarge diameter，high compressive strength and good sealing performance to seal the cracks or faults in complex formations.In China，the research onlarge-diameter monoholeexpandable casing isstillin the exploratoryand testing stage.Considering thecomplex geological conditionsand frmationleakage in Bohai Oilfield，a high-performance ? 299.0 mm monohole expandable casing has been developed. It is made of M65 steel，with the expansion cone angle optimized to 12^° ，and hydrogenated nitrile-butadiene rubber（HNBR） as the sealing rubber material.Laboratory test was conducted to analyze the comprehensive performance of the （20 o299.0 mm monohole expandable casing. The test results show that the ? 299.0 mm monohole expandable casing， after expansion，exhibits the external extrusion strength of12.7MPa，the internal pressure strength of 42.7MPa， and the expansion pressure of 15-20 MPa. It behaves smoothly during expansion and performs wellafter expansion. In the downhole field test，appropriate technical measures were takenagainst the problemsoflost circulation，borehole instability and fracture opening to ensure the safe entry of the ? 299.0 mm large-diameter expandable casing. The research and test results suggest thatthis proposed casing provides an efective solution to plug leaked formations in Bohai Oilfield while keeping the casing program intact.This technology is promising forfuture promotion.

Keywords：plug leaked formations；monohole expandable casing； expansion performance；expansion cone angle;downhole test

0 引言

渤海油田地質(zhì)油藏復(fù)雜，油層多被斷層分隔，鉆遇斷層、裂縫地層增多，極易引發(fā)薄弱井段井漏。根據(jù)渤海油田的130井次漏失情況統(tǒng)計(jì)，漏失情況占比由 17% 增加至 59% ，堵漏成功率隨著漏失情況發(fā)生變化，呈下降趨勢(shì)，從 92% 下降至86% 。采用常規(guī)堵漏效果差，封堵后地層承壓低，下套管封隔漏失層存在套管開(kāi)次多、完鉆井眼小的問(wèn)題，給后期施工帶來(lái)困難。

海上油田井漏問(wèn)題頻發(fā)，傳統(tǒng)的堵漏方法效果不佳，封堵后的地層承壓能力低，套管開(kāi)次多、完鉆井眼小，影響后期施工；且等井徑膨脹管系列鉆井工具研究的井下試驗(yàn)不夠完備，大多停留在理論層面[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，作為鉆井領(lǐng)域的新興技術(shù)，大直徑等井徑膨脹管裸眼封堵技術(shù)可以作為臨時(shí)技術(shù)套管進(jìn)行機(jī)械封堵，可在不改變鉆頭尺寸和井身結(jié)構(gòu)的條件下，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地層封堵和無(wú)內(nèi)徑損失鉆進(jìn)。當(dāng)深井鉆遇復(fù)雜地層時(shí)，能夠避免常規(guī)逐級(jí)變小的錐形井身結(jié)構(gòu)，有利于鉆至設(shè)計(jì)完鉆井深[4-5]。國(guó)外的鉆完井技術(shù)較國(guó)內(nèi)相對(duì)成熟與完善，較為成熟的等井徑膨脹管技術(shù)主要有Envexture公司的等直徑系統(tǒng)（SameDrift）、Weatherford公司的等徑井眼系統(tǒng)（MonoBore）以及BakerHughes公司的LinEXX等井徑系統(tǒng)，大多數(shù)采用大直徑等井徑 _∞244.5mm 膨脹管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)[6-9]

目前國(guó)內(nèi)對(duì)大直徑等井徑膨脹管的研究尚在初期且井下試驗(yàn)較少，但各大石油機(jī)械公司與高校研究院均對(duì)井下機(jī)械無(wú)內(nèi)徑損失封堵技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)突破。吳柳根等10于2020年從變徑膨脹錐、材料優(yōu)選及仿真、膨脹螺紋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)切入，提出了一種全新的技術(shù)方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)全過(guò)程井下試驗(yàn)，科學(xué)地驗(yàn)證了 _6241.3mm 大直徑等井徑膨脹管系統(tǒng)具有良好的密封性與耐損性，滿足井眼內(nèi)徑無(wú)封堵與損失的情況，標(biāo)志著中國(guó)石化在這一創(chuàng)新性鉆井技術(shù)領(lǐng)域取得了重大階段性突破。國(guó)外在大直徑等井徑膨脹管技術(shù)方面已有一些成功的應(yīng)用案例，Enventure公司于2020年10月27日在沙特油田成功開(kāi)展 _6311.15mm 等井徑膨脹管井下試驗(yàn)，該試驗(yàn)標(biāo)志著膨脹套管技術(shù)正在向應(yīng)用范圍更廣的方向發(fā)展[]。BakerHughes公司開(kāi)發(fā)了o203.2mm×o244.5 mmLinEXX等井徑尾管系統(tǒng)，并在重點(diǎn)漏失層中成功應(yīng)用。Weatherford公司也在研發(fā)和試驗(yàn)MonoBore等井眼系統(tǒng)，該套管在膨脹后的外徑為 341.0mm ，內(nèi)徑為 314.0mm ，并在其MetalSkin裸眼襯管系統(tǒng)中安裝了 o298.0mm× 340.0mm 的Monobore開(kāi)放孔襯管，這表明Weath-erford公司在該技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展[2]。

綜上，大直徑等井徑的膨脹管技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大直徑、高抗壓強(qiáng)度和良好密封性能，有效封堵漏失地層，保證井身結(jié)構(gòu)的完整性。其不僅能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件、提高施工效率，還能保證井身結(jié)構(gòu)的完整性。大直徑等井徑膨脹管在海上油田的應(yīng)用具有顯著的必要性，對(duì)推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)的創(chuàng)新具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景[13-16]

筆者采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)井下試驗(yàn)以及有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，優(yōu)選大直徑 o299.0mm 等井徑膨脹管管材、密封橡膠材料，并設(shè)計(jì)研制了大直徑等井徑膨脹管以及適配的膨脹錐，通過(guò)首次設(shè)計(jì)的膨脹管加壓膨脹試驗(yàn)裝置，對(duì)大直徑等井徑膨脹管系統(tǒng)的功能性和可靠性進(jìn)行了評(píng)估并采取相應(yīng)措施，于渤海油田成功應(yīng)用。研究結(jié)果可為國(guó)內(nèi)大直徑等井徑膨脹管技術(shù)的研發(fā)提供參考。

1大直徑等井徑膨脹管關(guān)鍵技術(shù)

1.1膨脹管材料優(yōu)選

由于金屬在塑性加工過(guò)程中正向加載引起的塑性應(yīng)變強(qiáng)化會(huì)導(dǎo)致金屬材料在隨后的反向加載過(guò)程中呈現(xiàn)塑性應(yīng)變軟化（屈服極限降低）的現(xiàn)象[17-20]，所以對(duì)膨脹管管材的強(qiáng)度有較高要求。目前，國(guó)內(nèi)使用的膨脹管技術(shù)材料絕大多數(shù)是已有的石油套管材料，而大直徑等井徑封堵的膨脹管的材料要求比較高，管體膨脹率需要大于 15% 管體要具有較高的伸長(zhǎng)率，以滿足渤海油田大井徑的要求[21-22]，同時(shí)管體膨脹后仍具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，以達(dá)到封堵要求。為保證后續(xù)作業(yè)安全順利，確定最適用膨脹管的材料為M65鋼級(jí)，其管材應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。

相對(duì)于傳統(tǒng)膨脹管采用的不銹鋼材料，M65鋼級(jí)是一種用于制造油井管材的高強(qiáng)度鋼，其表面質(zhì)量好，內(nèi)在性能優(yōu)良，具有高強(qiáng)度與優(yōu)良的塑性，在膨脹的過(guò)程中能夠承受較大的壓力并且在發(fā)生一定程度的塑性變形時(shí)不會(huì)輕易破裂，滿足工程應(yīng)用要求。因此，結(jié)合大直徑等井徑膨脹管機(jī)械強(qiáng)度和膨脹率要求，優(yōu)選M65鋼級(jí)作為該膨脹管材料。

為確保膨脹管的性能，采用M65鋼級(jí)材料進(jìn)行地面試驗(yàn)，包括平直加壓膨脹、抗內(nèi)壓和螺紋拉力測(cè)試試驗(yàn)。結(jié)果顯示，膨脹管在膨脹后的材料強(qiáng)度介于 485～518MPa ，抗拉能力為600＼～652MPa ，相當(dāng)于70＼～80鋼級(jí)的鋼材。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)大直徑 o299.0mm 等井徑膨脹套管膨脹前、后的力學(xué)性能進(jìn)行了驗(yàn)證，確定了該材料在原始及膨脹狀態(tài)下屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率等均滿足堵漏施工的工況要求，證實(shí)了其可靠性。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

1.2密封橡膠材料優(yōu)選

隨著渤海油田勘探開(kāi)發(fā)向中深層地層進(jìn)軍，鉆遇斷層、裂縫地層增多，開(kāi)采環(huán)境越來(lái)越惡劣，這就要求用于密封大直徑等井徑膨脹管的密封橡膠能夠適應(yīng)含硫化氫、二氧化碳、甲烷、酸和蒸汽的腐蝕環(huán)境，同時(shí)具有耐高溫、抗剪切強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)、懸掛力大的性能。

常用的耐高溫密封橡膠圈中，由于氟橡膠在油井中會(huì)因?yàn)槿苊泴?dǎo)致其力學(xué)性能發(fā)生大幅下降，而氫化丁腈橡膠在油井中依然能夠保持良好的力學(xué)性能且與金屬材料有良好的黏結(jié)性能，所以，大直徑等井徑膨脹管密封橡膠的材料選用氫化丁腈橡膠。這種橡膠屬于丁二烯和丙烯腈的共聚體，是由丁腈橡膠進(jìn)行特殊加氫處理而得到的一種高度飽和彈性體，具有良好的耐油性能，并且由于其高度飽和的結(jié)構(gòu)，使其具有良好的耐熱性能，對(duì)酸、堿具有良好的耐受性，還具有高強(qiáng)度，高抗撕裂性能、耐磨性能，使其能夠很好地適應(yīng)渤海油田的鉆探開(kāi)采環(huán)境。

1.3膨脹錐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為井下膨脹管技術(shù)不可或缺的核心工具，膨脹錐憑借高效的力學(xué)性能與強(qiáng)抗腐蝕性，在海上油田的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)與應(yīng)用中得到迅速發(fā)展[23]。膨脹錐是用于實(shí)現(xiàn)膨脹管膨脹的裝置，其相對(duì)于外層套管、膨脹管是剛性體，作用過(guò)程變形相對(duì)較小，因此膨脹錐材料應(yīng)具有較高的硬度。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與試驗(yàn)驗(yàn)證，Cr12MoV模具鋼在井下膨脹的過(guò)程中具有出色的耐磨損性、高硬度、強(qiáng)韌性與良好的抗壓強(qiáng)度，相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬材料沒(méi)有太多局限性，能夠提高膨脹套管的承受力，較好地應(yīng)對(duì)惡劣的復(fù)雜工況。選擇 Cr12MoV 模具鋼作為膨脹錐材料，能夠確保該膨脹工具在高載荷和復(fù)雜工作條件下的耐用性和可靠性。

該膨脹錐的幾何截面如圖2所示。膨脹錐關(guān)鍵尺寸為：大端直徑A、小端直徑B、錐角 C 和膨脹錐長(zhǎng)度。膨脹作業(yè)時(shí)主要靠膨脹錐的錐角 c 處的錐形區(qū)對(duì)管內(nèi)壁施加壓力使其發(fā)生塑性變形；直徑A所定義的定徑區(qū)可防正膨脹管在膨脹后發(fā)生回彈；直徑 B 所定義的潤(rùn)滑輔助區(qū)主要有2個(gè)作用：一是膨脹時(shí)將潤(rùn)滑劑良好地帶入膨脹區(qū)，二是對(duì)即將進(jìn)入膨脹區(qū)的管體起導(dǎo)向作用。由于錐角 C 的參數(shù)會(huì)直接影響膨脹管的膨脹效率，所以這里僅對(duì)錐角 c 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

根據(jù)膨脹管膨脹過(guò)程中的受力特點(diǎn)以及材料屬性，設(shè)計(jì)膨脹錐錐角由 10^° 變化至 15^° ，分別進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1.4膨脹管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

膨脹管封堵技術(shù)在海上油田的應(yīng)用成效顯著。其原理是將膨脹錐放置于膨脹管內(nèi)部，通過(guò)施加壓力，膨脹工具在膨脹管內(nèi)部移動(dòng)，并施加徑向壓力促使膨脹管向外延展，使其與井壁緊密貼合，構(gòu)建起一個(gè)連續(xù)且無(wú)縫的管柱。膨脹管實(shí)物如圖3所示。

膨脹管由膨脹螺紋進(jìn)行銜接，其采用負(fù)角度錐面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖4所示。這種設(shè)計(jì)有助于適應(yīng)膨脹過(guò)程中內(nèi)外螺紋接頭軸向伸縮量的差異，在保證膨脹管面對(duì)不同壓力下穩(wěn)定性的同時(shí)，預(yù)防因回彈引起密封面分離的問(wèn)題，提高膨脹套管在深井、超深井鉆井過(guò)程中接頭的密封性與適應(yīng)性；在海上油田漏失發(fā)生地段能夠迅速、安全地封堵井漏，降低漏失量，提升井下作業(yè)的安全性以及經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，該大直徑等井徑膨脹管在設(shè)計(jì)上能夠提高其在復(fù)雜鉆井條件下的密封性能和適應(yīng)性，確保膨脹管在長(zhǎng)期作業(yè)中的可靠性和穩(wěn)定性。

2等井徑膨脹管綜合性能試驗(yàn)

測(cè)試了 規(guī)格膨脹管工具的啟動(dòng)壓力、膨脹后抗內(nèi)壓、膨脹后抗外擠、抗疲勞性能和懸掛力等關(guān)鍵指標(biāo)。共4段膨脹管3組螺紋，總長(zhǎng) 20.6m 。膨脹錐材料為 Cr12MoV 模具鋼，最大直徑 273.0mm ，錐角 12^° 。試驗(yàn)儀器包括液壓旋扣拆裝架（YYXK-650）、壓力泵（YLB-70）、固定臺(tái)架、鉆桿、抗外壓測(cè)試工裝和智能存儲(chǔ)壓力表（M100）。

2.1試驗(yàn)裝置及流程

按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際膨脹管的膨脹過(guò)程，設(shè)計(jì)出小 299.0mm×13mm 型膨脹管加壓膨脹試驗(yàn)裝置，如圖5所示。在地面將膨脹錐總成及固井附件與膨脹發(fā)射管連接，按順序連接膨脹管，插接桿與防塵扶正短節(jié)及短鉆桿連接，插入膨脹管內(nèi)，與下部插接軸對(duì)接。鉆桿內(nèi)投人膠塞，并連接加壓接頭及管線，完成試驗(yàn)裝置的組裝工作。然后啟動(dòng)高壓泵進(jìn)行加壓，驅(qū)動(dòng)膠塞下行，至碰壓座碰壓后升壓至剪釘剪斷釋放膨脹錐。在液壓力驅(qū)動(dòng)上下行的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程的模擬測(cè)試。

2.2 膨脹性能評(píng)價(jià)

試驗(yàn)過(guò)程中緩慢施加壓力，最終將膨脹壓力保持在 21～26MPa ，此時(shí)各管柱段和螺紋連接處膨脹過(guò)程平穩(wěn)，管體未發(fā)生撕裂現(xiàn)象，螺紋未出現(xiàn)漏失。結(jié)果顯示：管體膨脹壓力在 21～26MPa ，螺紋膨脹壓力在 18～25MPa 波動(dòng)。

膨脹率是評(píng)價(jià)膨脹管膨脹性能的重要指標(biāo)，是指在給定的條件下，膨脹管能夠承受的內(nèi)部壓力增加相對(duì)于其初始尺寸的增量。膨脹管膨脹率 η 計(jì)算公式為：

式中： D 為膨脹前套管內(nèi)徑， m ； d 為膨脹后套管內(nèi)徑。

s299.0mm×13mm 等井徑膨脹管膨脹試驗(yàn)前、后的尺寸參數(shù)與膨脹率如表2所示。

2.3 力學(xué)性能評(píng)價(jià)

套管膨脹后由于包辛格效應(yīng)、管柱膨脹變形不均勻、套管初始壁厚不均度以及不圓度等因素，導(dǎo)致各種力學(xué)性能變化。為評(píng)價(jià) s299.0mm×13mm 等井徑膨脹管的力學(xué)性能，按照標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣工業(yè)套管及油管螺紋連接試驗(yàn)程序》（GB/T21267—2024）測(cè)試 s299.0mm×13mm 等井徑膨脹管膨脹后的抗外擠強(qiáng)度、抗內(nèi)壓強(qiáng)度和螺紋連接強(qiáng)度，結(jié)果如表3所示。其中抗擠強(qiáng)度的下降是最需要關(guān)注的性能指標(biāo)，膨脹管抗擠強(qiáng)度顯著下降會(huì)嚴(yán)重影響膨脹管建井質(zhì)量。

將膨脹后的 ψ299.0mm×13mm 等井徑膨脹管材（含螺紋）放置在抗外壓測(cè)試工裝內(nèi)進(jìn)行抗外擠試驗(yàn)，以 2MPa 壓力為一個(gè)步長(zhǎng)逐級(jí)升壓，至12.9MPa 時(shí)管體螺紋處發(fā)生明顯變形，成橢圓狀，判斷其破壞形式為擠毀失效。將膨脹后的 o299.0 mm×13mm 等井徑膨脹管（含螺紋）管體兩端采用盲堵加工螺紋封堵進(jìn)行抗內(nèi)壓試驗(yàn)，測(cè)試壓力以10MPa 為一個(gè)步長(zhǎng)逐級(jí)升壓，至 42.7MPa 時(shí)監(jiān)測(cè)壓力表數(shù)值降為0，原因?yàn)楣荏w內(nèi)螺紋斷裂。對(duì)膨脹后的 s299.0mm×13mm 等井徑膨脹管（含螺紋）進(jìn)行懸掛能力測(cè)試，測(cè)試壓力為 15.3MPa （根據(jù)截面積換算約為 1180kN ，結(jié)果為膨脹管與套管懸掛未出現(xiàn)位移，表明其懸掛性能滿足要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步測(cè)試6299.0mm×13mm 大直徑等井徑膨脹管在井下條件的工作狀態(tài)，將其首次在渤海油田某井進(jìn)行應(yīng)用，完成了裸眼下入性試驗(yàn)和井下全過(guò)程試驗(yàn)，檢驗(yàn)了等井徑膨脹管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和施工工藝的可行性。

3.1試驗(yàn)井基本情況

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是驗(yàn)證膨脹管技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可行性、可靠性和高效性的必要步驟，能為技術(shù)推廣應(yīng)用提供重要支撐。該試驗(yàn)井位于渤海油田某潛山構(gòu)造內(nèi)，潛山上覆地層自上而下分別為新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組，古近系東營(yíng)組和沙河街組。太古界變質(zhì)巖潛山是主要目的層段，明化鎮(zhèn)組為泥巖，以伊／蒙混層為主。根據(jù)該構(gòu)造鉆前預(yù)測(cè)的三壓力剖面，東二段上亞段疑似存在薄弱層。地震資料解釋結(jié)果表明，該試驗(yàn)并處地質(zhì)結(jié)構(gòu)斷層多、斷距長(zhǎng)和裂縫多，給等井徑膨脹管封堵帶來(lái)諸多難點(diǎn)。

（1）漏失大、漏失井段長(zhǎng)。從以往的鉆井統(tǒng)計(jì)來(lái)看，井漏類型屬于斷層裂縫性漏失，具有漏失層段分布廣、漏失量大（多為失返性漏失）、堵漏難度大、堵漏時(shí)間長(zhǎng)和堵后斷層易復(fù)漏等特點(diǎn)，如圖6所示。

（2）井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)高。該構(gòu)造明化鎮(zhèn)組發(fā)現(xiàn)油田泥巖黏土礦物含量較高，黏土礦物又以伊/蒙混層為主，占比高達(dá) 57% 。伊/蒙混層極易吸水，在清水條件下的泥巖膨脹率為 25.07% ，巖心含水量隨時(shí)間呈拋物線增加，單軸抗壓強(qiáng)度則隨浸泡時(shí)間快速降低。東營(yíng)組發(fā)育穩(wěn)定的厚層湖相泥巖，泥巖蓋層平均厚度超過(guò) 350m 。

（3）地層壓力低、裂縫開(kāi)啟壓力低。目前油層中深地層壓力 16.1MPa 左右，天然或次生的裂縫寬度大，根據(jù)以前的研究成果[16]，裂縫能開(kāi)啟壓力為 17.5MPa 左右，兩者很相近。

3.2井下全過(guò)程試驗(yàn)

為驗(yàn)證 s299.0mm×13mm 大直徑等井徑膨脹管的功能和全過(guò)程施工工藝的可行性，在渤海油田某井的裸眼井段進(jìn)行了封堵全過(guò)程模擬試驗(yàn)，如圖7所示。一開(kāi) o406.40mm （ 16in^? ）鉆頭鉆至396m ；二開(kāi) ?311.15mm （ 12% in）鉆頭鉆至1827m ，裸眼完鉆。在二開(kāi) _6311.15mm 井眼的沙河街組漏失地層，開(kāi)展 150m 左右 o299.0mm 大直徑膨脹管等井徑封堵試驗(yàn)。

將 o299.0mm 大直徑等井徑膨脹管系統(tǒng)下至井眼的沙河街組漏失地層井段，待大直徑等井徑膨脹管系統(tǒng)下至設(shè)計(jì)位置后，采用擴(kuò)眼，不固井，上部不與上層套管懸掛，等井徑膨脹管采用橡膠與裸眼密封的方式進(jìn)行施工。 o299.0mm 大直徑等井徑膨脹管系統(tǒng)的壓力控制機(jī)構(gòu)表現(xiàn)正常，膠塞復(fù)合和膨脹工具閉合現(xiàn)象明顯，等井徑膨脹壓力為 15～18MPa ，膨脹工具安全丟手。下入測(cè)井工具對(duì)膨脹套管膨脹后的管體及膨脹螺紋進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)膨脹后管體內(nèi)壁光滑完整、膨脹螺紋連接可靠。施工過(guò)程中，等井徑膨脹管的各項(xiàng)性能指標(biāo)都滿足要求，膨脹過(guò)程平穩(wěn)，施工工藝可行。在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步測(cè)試等井徑膨脹管在井下條件的工作狀態(tài)，采取相對(duì)應(yīng)措施，使大直徑 ψ299.0mm×13mm 等井徑膨脹管首次在渤海油田某井進(jìn)行應(yīng)用。

3.3 膨脹成形過(guò)程

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，管材的膨脹過(guò)程極為迅速，其變形行為幾乎隨封隔器壓力變化同時(shí)進(jìn)行，觀測(cè)到的膨脹過(guò)程主要分為3個(gè)階段。

（1）初步變形：封隔器在逐步加壓過(guò)程中，其膠筒部位迅速膨脹并貼服到膨脹管內(nèi)壁上，當(dāng)壓力超過(guò)管材自身的屈服壓力值時(shí)，管材表面會(huì)發(fā)生微變形。

（2）變形增大：隨著膨脹壓力逐步增大，加壓過(guò)程中金屬管劇烈變形會(huì)伴隨多次響聲，管材發(fā)生較大程度的變形，管材中間位置與保護(hù)管內(nèi)壁部分貼合。

（3）完全貼合：加壓到一定壓力，膨脹管外徑不再變化，管材完全貼合到保護(hù)外管內(nèi)壁并產(chǎn)生較強(qiáng)的附著力。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，膨脹管滿足 _∞311.2mm 鉆頭通過(guò)尺寸。等井徑膨脹管壓力測(cè)試膨脹壓力在25MPa 左右。膨脹后，管體（含螺紋）經(jīng)過(guò)19次建壓、泄壓測(cè)試，管體及螺紋抗疲勞性能合格。同時(shí)管體（含螺紋）抗內(nèi)壓高于 42MPa ，抗外壓大于 12MPa 。

膨脹錐錐角度對(duì)于減小設(shè)備載荷和優(yōu)化施工過(guò)程至關(guān)重要：較小的角度雖利于管柱變形，但會(huì)增加接觸面積和所需膨脹力；而較大的角度則減小了變形長(zhǎng)度，但增加了變形難度，同樣需要較大膨脹力。通過(guò)模擬膨脹管的變形與受力情況，可以得出，隨著錐角的增加膨脹力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)（見(jiàn)圖8），在 10^°～12^° 范圍內(nèi)，膨脹力迅速減?。辉?12^° 時(shí)，膨脹力基本趨于平穩(wěn)，膨脹力變化不大。當(dāng)錐角大于 12^° 時(shí)，膨脹力又開(kāi)始增大。這是因?yàn)樾〗嵌葧r(shí)膨脹錐與螺紋接頭的接觸面積較大，摩擦力使得所需膨脹力較大。當(dāng)錐角變大后，摩擦力雖然減小，但是受到螺紋接頭的軸向反力又增大，使得所需膨脹力又逐漸增大。通過(guò)分析不同膨脹錐錐角在膨脹管成形過(guò)程，發(fā)現(xiàn)錐角在 12^° 時(shí)平均膨脹力較小，能有效改善膨脹套管和變徑膨脹工具的受力狀況。

4結(jié)論

（1）研制了直徑為 299.0mm 的大直徑等井徑膨脹管，并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)井下試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該膨脹管的力學(xué)性能和膨脹性能均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

（2）將大直徑等井徑膨脹管技術(shù)成功應(yīng)用于渤海油田 _9311.2mm 大尺寸井眼，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

（3）采用裸眼膨脹封隔方式直接覆蓋漏層，有效避免了復(fù)漏問(wèn)題，在不改變?cè)斫Y(jié)構(gòu)的情況下使鉆頭可以通過(guò)。為渤海油田漏失地層的高效堵漏提供了新的技術(shù)手段和技術(shù)支撐。

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第一

作者簡(jiǎn)介：楊保健，高級(jí)工程師，生于1983年，2006年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事海洋石油鉆井技術(shù)研究與管理工作。地址：（300459）天津市濱海新區(qū)。email：yangbj2@cnooc.com.cn。

通信作者：劉曉民，副研究員。email：liuxm43@cosl.com.cn。

收稿日期：2024-07-22 修改稿收到日期：2024-11-02（本文編輯劉鋒）

（上接第121頁(yè)）

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第一

作者簡(jiǎn)介：鐘銀，高級(jí)工程師，生于1978年，2002年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油與天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)從事采油工程管理及配套技術(shù)研究工作。地址：（839009）新疆維吾爾自治區(qū)哈密市。電話：（0902）2773229。email：67179522@qq.com。

通信作者：薛永志，助理研究員。email：xyzxyz0601@163.com。

收稿日期：2024-06-13 修改稿收到日期：2024-09-16（本文編輯楊曉峰）