可膨胀管技术
可膨胀管技术
中国石油集团科学技术研究院机械所
二00三年十二月
目录
一、技术简介和用途
(一)裸眼系统
(二)套管修复系统
(三)锚定悬挂系统
二、国外研究、应用情况及发展趋势
(一)技术发展简史
(二)技术发展趋势
三、国内研究、应用情况
(一)阶段成果
(二)研究方向
四、结束语
可膨胀管技术
一、技术简介和用途
所谓可膨胀管，就是用特殊材料制成的金属圆管，它具有较好的可延展性，在外力（机械膨胀力）的作用下，其内径和外径均可得到膨胀，内（外）径膨胀率可达到15～30％。
对可膨胀管实施胀管的工艺过程，改变了可膨胀管的组织结构和机械性能，其强度指标得到提高，而塑性指标下降。通过选择或调整可膨胀管材料、控制膨胀率等技术手段，可在完成胀管过程后获得满
成高压容腔，
等）,
膨胀；随着胀头的轴向运动，整个可膨胀管柱径向均得到膨胀，当胀头达到膨胀管柱上端并最终与管柱脱离后，胀管过程结束。
目前，国外根据该项技术的用途对其进行了分类，构成了裸眼系
统、套管补贴系统及锚定悬挂系统三大技术体系。
(一) 裸眼系统
裸眼系统的构成及
主要用途如图2所示。
目前，该系统主要
用于处理井下复杂情
况。
在钻井过程中，钻
遇有问题的层段时，常常采用提前下套管的技术措施来解决问题。
其结果是，由于打乱了原钻井设计所规定的套管序列，将引起一系列的连带技术问题，甚至影响到最终目的层的钻达。
采用可膨胀管技术的裸眼系统，可在原常用的套管系列间加入一段（或多段）可膨胀管，其机械性能与套管相当。利用加入的可膨胀管，相当于在有问题的层段提前下入套管，并实施固井，施工过程完成后，井眼通径仅仅缩小两个可膨胀管壁厚的尺寸，从而既达到了处理井下复杂情况的目的，又可保证后续钻井过程的正常进行。
具体方法是，首先采用双心钻头扩眼，其目的是提供足够的井眼直径，既给可膨胀管预留胀管空间，又保证水泥环有足够的厚度。而后，下入可膨胀管管柱。可膨胀管管柱主要由下阀座、可膨胀管、密图2
封悬挂橡胶、胀头及下放管柱组成。当可膨胀管管柱下入到预定位置后，首先进行注水泥固井，固井过程与常规固井没有本质的区别。当注水泥过程完成后，在水泥候凝阶段，顶替液就作为胀管液驱动胀头进行胀管。胀管过程完成后，下放管柱与胀头一起被起出，井内仅留下可膨胀管及由可钻材料制成的下阀座；同时，可膨胀管上部与上一级套管间形成了牢固的悬挂及可靠的密封。待水泥凝固后，即可下入钻头将下阀座钻掉，恢复正常钻井。
(二)套管修复系统
发进入中、后期所遇到的
常见问题。
根据报道，国外遇到
的常见问题主要是套管
腐蚀问题。
图3
与国外相比，我国套损问题似乎更加严重，表现的形势也更加多种多样，重要包括：套管腐蚀、变形、错断等。
对于套损问题，一般遵循两条技术路线加以解决。一是开展套损
成因及预防技术研究；二是开展套损井修复技术研究。
目前所采用的套损井修复技术主要包括取换套技术、打通道技术、波纹管补贴技术、加固管加固技术等。其中，取换套技术是最彻
底的修复技术，修复后仍能够保持原井眼通径；而采用其它的密封加固技术都是局部的修复技术，修复后将不可避免地导致井眼通径的缩小。
采用可膨胀管修复套损井工艺过程如图3所示。首先，采用修整器对套损段及其上下两段完好套管段进行修整，以保证必要的井眼通径及完好套管段内壁清洁、光滑。
然后，下入可膨胀管管柱。用于修复套管的可膨胀管管柱专门设置了两段硫化有密封橡胶的密封段，密封段分别位于套损段的上端及下端。当可膨胀管管柱下到预定位置后，即开始打压胀管。胀管过程完成后，下放管柱及胀头被起出，井内仅留下可膨胀管及由可钻材料制成的下阀座。特别值得一提的是，位于套损段上下两端的可膨胀管密封段与原完好套管间形成了良好的密封及固定。而后，下入钻头或磨鞋等工具将下阀座钻（磨）掉后即可恢复生产。
显而易见，采用可膨胀管修复套损井，不但可获得良好的密封及固定效果；同时，由于修复后井眼通径仅仅缩小可膨胀管两个壁厚的尺寸，因此，与其它密封加固修复技术相比，采用可膨胀管修复系统最大的优点是可获得最大的通径。
(三)锚定悬挂系统
可膨胀管胀管后，其外径可与上一级套管内径间形成牢固的锚定连接，同时，形成可靠的金属密封；若在这两者的结合面间加入密封
环（橡胶、紫铜等），则可进一步提高密封能力。利用这一特性，可将可膨胀管用于尾管悬挂
或其它锚定机构。
可膨胀管用于尾管悬
挂的工艺过程如图4所示。
值得注意的是，在可膨
胀管用于尾管悬挂时，胀头
由上向下运动完成胀管过
程。
二、 国外研究、应用情况及发展趋势
(一) 技术发展简史
可膨胀管技术是上世纪九十年代产生并发展起来的一项新技术。1990年初，Royal Dutch Shell 公司开始进行可行性研究，工作的重点主要集中在管材实现膨胀变形的可能性研究；1993年在挪威的海牙进行了第一次概念性试验。
1993~1998年，开始对该项技术进行深入系统的研究工作，工作重点主要集中在管材和连接方式的研究上。对管材提出的要求是，既满足胀管工艺要求，尽可能降低胀管压力；胀管后其性能又要符合API 标准对套管的要求，以达到工程应用的水平。
图4
在完成了基础研究工作后，工作重点转向了应用工艺研究。1998年12月Shell Technology Ventures 公司和Halliburton Energy Services 公司合资成立了一家专门致力于可膨胀管技术的发展与商业化运作的合资公司—Enventure Global Technology公司（亿万奇公司）。
1999年3月22~29日，在美国德州的休斯顿进行了模拟井下实验，1999年11月在Chevron、USA进行了第一次现场应用试验。
截止至2003年12月，共完成了195次可膨胀管商业应用，胀管总长度超过了190,000英尺（57912米），膨胀接头总数为5,000个。
2003年，该公司的裸眼系统在我国胜利油田进行了首次应用。
目前，国际上许多知名油公司包括Baker Hughes、Weatherford 等都注意到了该技术的潜在市场，以多种合作形式获得该技术的使用权，或投入人力物力对该项技术进行进一步的研究与开发。
(二)技术发展趋势
该技术的研究初期，即提出了“等直径钻井”的概念。
所谓“等直径钻井”，就是抛弃原有的套管序列，利用可膨胀管的技术特性，用可膨胀管代替套管（即所谓膨胀套管），实现全井同一直径钻井。
实现“等直径钻井”，不但可随时处理井下复杂情况，保证目的层的顺利钻达；更重要的是，可大幅度降低钻井成本。
因此，可膨胀管技术目前的主要发展趋势，就是实现“等直径钻
井”。
根据亿万奇公司的研究计划，“等直径钻井”的首次现场试验将于今年的二季度进行。
三、国内研究、应用情况
(一)阶段成果
可膨胀管技术的概念是从2000年引入国内的，但直到2001年才引起钻井界的足够重视。基于国内基础工业的实际状况，工作只是停留在跟踪阶段。
中国石油勘探开发研究院机械所从2001年起开展了该技术的研究工作，于2002年5月，完成了概念性试验。
中国石油勘探开发研究院机械所的研究工作从一开始就以国内生产急需—套损井修复应用为研究目标，并得到了大庆油田采油四厂的大力支持。
在可膨胀管管材的研究方面，同时采取了两条技术路线：一是在国内现有管材中进行优选，以加快研究进程；二是于有关单位合作，研究开发可膨胀管专用管材，以满足技术发展的需要。
在工艺技术及关键工具的研究方面，遵循了自主开发的研究原则。在管柱结构、胀头表面强化技术等方面取得了突破性的进展。
通过系统的地面模拟试验，形成了用于套损井修复的成套技术，并于2003年11月，在大庆油田采油四厂成功地进行了两口井的工业性应用试验。试验情况如下：
试验井一：
试验井号：X4-1-330
试验时间：2003年11月14日
修复套管：51/2〃套管，壁厚6.2mm，内径：127.3mm
可膨胀管壁厚：8mm
修复井段：964~972m
胀管最高压力：42MPa
胀管时间：4分钟
修复后通径：φ110～112mm
修复后试压：15MPa
试验井二：
井号：X6-1-127
试验时间：2003年11月18日
修复套管：51/2〃套管，壁厚6.2mm，内径：127.3mm
可膨胀管壁厚：8mm
修复井段：741~749m
胀管最高压力：41MPa
胀管时间：4分钟
修复后通径：φ110～112mm
修复后试压：15MPa工业性应用试验的结果表明：研究开发的用可膨胀管修复套损井配套技术，能满足现场使用的要求，各项技术指标达到了设计要求。该技术的成功应用，将为套损井修复施工，提供一种新的技术手段。
(二)研究方向
该技术下一步的研究方向之一是进一步改进管柱结构，使施工过程更加简便；同时，开展施工工艺研究，力争获得更大的井眼通径，以满足后续工艺过程的技术要求。
该技术今后的主攻方向是研究可膨胀管连接方式，实现从单管向多管的技术突破，从而满足长段可膨胀管的技术需求。同时，研究开发裸眼系统、裸眼堵漏系统及尾管悬挂系统，拓宽该技术的应用范围，满足工业应用的多种技术要求。
四、结束语
可膨胀（套）管技术被称为“将带来钻井技术革命”的一项新技术，尽管产生的时间并不长，但方兴未艾、发展迅速，具有显著的技术经济效益。
国内的研究工作尽管与国际先进水平尚存在一些差距，但已初见成效。今后，应在此基础上，进一步加大资金及研究力量的投入，使
该技术在我国尽快得到广泛的推广应用，为股份公司和集团公司整体效益的提高，发挥其应有的作用。
膨胀管概述及技术研究(DOC)
膨胀管概述及技术研究 张继红1ZhangJihong 刘明君2LiuMingjun 摘要：膨胀管技术诞生于20世纪80年代，主要用来优化井深结构、预防井壁掉块及坍塌、封堵高压层或低压漏失层、修补井中损坏的套管等。被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。本文主要介绍了可膨胀管的分类及优缺点，以及可膨胀管的相关技术研究。 关键词：膨胀管；膨胀椎；套管； 膨胀管技术于20世纪80年代晚期诞生于壳牌石油公司[1]，在这之后的一段时间里，发展非常迅速。90年代末期达到了商业化应用水平，目前在国外有多家石油技术服务公司可以提供膨胀管的技术服务，其中最有名的是壳牌和哈里伯顿合资的Enventure公司[2～3]。国内多家公司和科研机构也在从事膨胀管技术的研究，但多是理论及实验室的研究。 膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，由于含碳量低，膨胀管比普通套管柔性好，可朔性强。可膨胀管技术就是将待膨胀的套管下到井内，以机械或液压为动力，通过冷挤扩张的方法，由上到下或由下到上，通过压力或拉力使膨胀工具通过待膨胀的套管内孔，使其内径或外径由于朔性变形膨胀至设计的尺寸，从而完成待定工程目的的一种技术。 膨胀管技术具有以下优点：○1可有效地解决复杂地层的井壁稳定问题；○2减小井眼锥度、增加套管下深，以尽可能大尺寸井眼完井；○3可以减少上部井眼的尺寸和套管层数；○4修复套损井；○5使完井具有更大的灵活性；○6能改善尾管悬挂器的密封效果；○7可大大降低钻井成本；○8可取代砾石充填,降低完井成本。因此，膨胀管技术被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。 1 膨胀管的分类及优缺点 1.1 可膨胀管的分类 可膨胀管根据其结构的不同，可分为纵向波纹管、实体膨胀管（SET）和割缝膨胀管（EST）三种。其中，纵向波纹管技术是事先将套管压扁成腰状（如图1a），下入井中后再用专用工具将压扁部位胀开。割缝膨胀管有一系列串联的,互相交错的轴向割缝,割缝的布置使管柱易于膨胀。后来在割缝膨胀管的基础上又发展出专门用于防砂的膨胀防砂管。纵向波纹管成本较高,而且不能作为技术套管,只能作为套管补贴用。因此本文重点介绍实体膨胀管和割缝膨胀管。
波纹管膨胀节学习
波纹管通用技术条件 批准： 审核： 编制：
目录 一.专业术语 (1) 1.波纹管膨胀节 (1) 2.波纹管有效面积 (1) 3.波纹管内压推力 (1) 二.管道补偿设计原则 (1) 1.管道补偿设计的重要性 (1) 2.管道补偿设计的几种主要方法和补偿设计的基本原则 (2) 2.1.管道补偿设计的几种方式、方法及特点 (2) 2.2.补偿设计的基本原则 (4) 三.波纹管膨胀节技术参数及标识编码规则 (4) 1.波纹管膨胀节技术参数 (4) 2.有效面积和轴向内压推力计算 (4) 3.标识编码规则 (6) 3.1.型号表示方法(GB/T12777-2008) (6) 3.2.标记示例 (7) 4.其他文献中波纹管波形结构的分类 (7) 4.1.厚板焊接成型 (7) 4.2.薄圆板压制成型 (8) 4.3.薄圆管膨胀成型(有焊缝) (8) 4.4.薄圆管膨胀成型（无焊缝） (8) 4.5.多层波纹管 (9) 4.6.实心柱体切削成型 (9) 5.波纹管成型方式 (9) 5.1.液压成型工艺及特点 (9) 5.2.滚压成型工艺及特点 (10) 5.3.机械胀压成型工艺及特点 (10) 5.4.焊接成型 (11) 5.5.电镀 (11) 5.6.切削成型 (11) 四.波纹管膨胀节型式介绍及应用 (12) 1.波纹管膨胀节型式介绍 (12) 1.1.单式轴向型膨胀节 (12) 1.2.单式铰链型膨胀节 (12) 1.3.单式万向铰链型膨胀节 (12) 1.4.复式自由型膨胀节 (13) 1.5.复式拉杆型膨胀节 (13) 1.6.复式铰链型膨胀节 (13) 1.7.复式万向铰链型膨胀节 (14) 1.8.弯管压力平衡型膨胀节 (14) 1.9.直管压力平衡型膨胀节 (14)
波纹膨胀节常用标准介绍
波纹膨胀节常用标准介绍 1.主要标准介绍 1.1国内主要标准 GB/T12777-1999 金属波纹管膨胀节通用技术条件 GB16749-97 压力容器波形膨胀节 GJB1996-94 管道用金属波纹管膨胀节通用规范 GB/T15700-1995 聚四氟乙烯波纹补偿器通用技术条件 GB12522-90 不锈钢波形膨胀节 CB1153-93 金属波形膨胀节 CJ/T3016-93 城市供热管道用波纹管补偿器 1．2国外主要标准 美国EJMA 膨胀节制造商协会 ASME美国机械工程师学会B31.3 ASME BPVC（锅炉及压力容器）Ⅱ-1-NC ASME BPVC VⅢ-1 MIL-E-17813F—（军标）管道用金属波纹管膨胀节通用规范日本JIS B 2352 JIS B 8277（压力容器膨胀节） 德国AD规范（压力容器换热器用） 英国BS6129 金属波纹膨胀节 2．G B/T12777-1999 2．1 标准的组成 前言 1. 范围 2. 引用标准 3. 定义 4. 分类 5. 要求 6. 试验方法 7. 检验规则 8. 标志 9. 包装、运输、贮存附录A（标准的附录）波纹管设计 附录B（提示的附录）结构件设计 2．2标准的主要内容 2．2．1范围 a.见GB／T12777中的1。 b.标准性质为产品标准。 c.适用范围：（1）管道中；（2）整体成形的无加强U形、加强U形、Ω形波纹管； （3）圆形。
2．2．2分类 a. 见GB ／T12777中的4。 b. 型式代号对照见表1。 2．2．3要求 2．2 ．3．1产品等级 为便于理解该标准，特按标准中对产品的不同要求将其分级。产品等级见表2。 2．2．3．2材料 a. 材料见GB ／T12777中的5.1（5.1.1波纹管、5.1.2受压筒节、5.1.3受力件）。 b. GB ／T12777中P8表4所列常用波纹管材料仅为我国已有材料标准的。事实上，波纹管常用材料如下：304（0Cr18Ni9）、304L(00Cr19Ni10)、321(0Cr18Ni10Ti)、316(0Cr17Ni12M02)、316L(00Cr17Ni14M02)、310S(0Cr25Ni20)、B315 GH125(FN —2)、InConel 600、InConel 625、Incoloy 800、Incoloy 825。 2．2．3．3设计
波纹管膨胀节详解word资料26页
膨胀节的类型和构造 一、波纹膨胀节的类型 波纹管配备相应的构件，形成具有各种不同补偿功能的波纹膨胀节。按补偿形式分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型。 轴向型： 普通轴向型、抗弯型、外压型、直埋型、直管力平衡型、一次性 直埋型。 横向型： 单向横向型、万向铰链横向型、大拉杆横向型、小拉杆横向型。角向型： 单向角向型、万向角向型。 以上是基本分类，每类都具备共同的功能。在一些特定情况还可以有特殊功能，如耐腐蚀型、耐高温型。按特定场合的不同，分为催化裂化装置用、高炉烟道用。按用于不同介质分为：热风用、烟气用、蒸汽用等。 二、波纹膨胀节的结构 1、轴向型波纹膨胀节 （1）普通抽向型：是最基本的轴向膨胀节结构。其中支撑螺母和预拉杆的作用是支撑膨胀节达到最大额定拉伸长度和到现场安装时调整安装长
度（冷紧）。如果补偿量较大，可用两节，甚至三节波纹管。使用多节时，要增加抗失稳的导向限位杆。 （2）抗弯型：增加了外抗弯套筒，使整体具有抗弯能力。这样可以不受支座的设置必须受4D、14D的约束，支架的设置可以将这段按刚性管道考虑。 （3）外压型：这种结构使波纹管外部受压，内部通大气。外壳必须是密闭的容器，它的特点是： 1）波纹管受外压不发生柱失稳，可以用多波，实现大补偿量。 2）波纹内不含杂污物及水，停气时冷凝水不存波纹内可从排污阀排掉不怕冷冻。 3）结构稍改进也具有抗弯能力。 （4）直埋型：它的外壳起到井的作用，把膨胀节保护起来．密封结构防止土及水进入。实际产品分防土型和防土防水型。对膨胀节的特殊要求是必须与管道同寿命。 （5）一次性直理型：它的使用是装在管线上后整个管线加热升温到管线的设计温度范围的中间温度，管线伸长，波纹管被压缩，两个套筒滑动靠近，然后把它们焊死，再由检压孔打压检验焊缝不漏即可。它的特点是： 1）焊死后波纹管再不起作用，它的寿命一次就够。 2）波纹管的设计压力按施工加热的压力设计。材质用普通碳钢。 2、横向型波纹膨胀节 （1）单向横向型：它只能在垂直于铰链轴的平面内弯曲变形。
实体膨胀管技术研究的新进展
实体膨胀管技术研究的新进展 （胜利石油管理局钻井工艺研究院） 何育荣唐明 摘要：实体膨胀管技术将成为21世纪核心石油工程技术之一，将为油田勘探开发领域提供技术支撑。经过在胜利油田进行的美国Enventure公司实体膨胀管的现场试验，充分证明了实体膨胀管技术的优越性，也促进了钻井院实体膨胀管技术的研究与开发。胜利钻井院实体膨胀管技术经过三年多的研究，已取得突破性的进展，完成了套管材料选择、膨胀锥、螺纹、内涂层、悬挂密封、地面试验等诸多内容，正在准备井下试验。 主题词： 实体膨胀管、侧钻井、膨胀锥、螺纹、内涂层、悬挂密封、地面试验 前言： 油田开发的进一步深入，隐蔽油藏、边缘油藏等难动用油藏的开发日趋重要。随之而来的是钻井技术飞速发展，复杂油气藏钻探开发和特殊工艺井日益增多，这些都迫切需求与之相适应的完井工艺技术，以便提高这些井的完善程度，达到保护油气藏、提高开采效益的目的，膨胀管技术正是解决上述问题的有效途径。 一、技术概述 实体可膨胀管技术是通过机械的或液压的方式使膨胀锥受压 或受拉从管柱中穿过，使管柱内径永久胀大的技术。大多数实体套 管的膨胀技术应用在41/2"到133/8"的管柱，膨胀率一般为10~30%。 膨胀机理如图1所示,实体膨胀套管的底部是一个“箱体”，一 般叫做“起动装置”，里面包含一个膨胀锥。内管柱的高压流体到 达压力室推动膨胀锥从下向上完成膨胀过程。 膨胀管技术以其独特、创新的技术优势，必将为油田勘探开发 提供可靠的技术支撑，可以解决从钻井到完井到修井领域的诸多技 术难题，具有广阔的应用领域和价值。 二、国内外技术发展 壳牌公司于上世纪90年代后期首先开发该技术。目前，世界 图1 实体膨胀管 上有成熟技术和产品的公司有三家：Enventure 环球技术公司、 E2TECH公司和Petroline公司。其中Enventure公司主要从事实体 膨胀管的开发、销售并提供技术服务。至2004年2月15日，该公司共为全球45家操作公司在215口井上进行了膨胀管商业应用，膨胀管总计长度达到230000英尺，各种膨胀接头5800个，成功率96%以上。 目前国内还没有成熟的技术，胜利油田钻井工艺研究院在各级部门的支持下，已做为中石化集团公司级研究项目开展研究，截至目前完成了膨胀工具、膨胀管材料等的设计制造，单根管的地面膨胀试验取得成功，预计年内可实施井下膨胀试验。此外与Enventure 公司合作首次在国内成功进行了实体膨胀管完井施工，整个研究进度走在了国内领先位置。 三、主要用途 1、优化井身结构 井身结构是指油井的套管程序（包括无套管完井）。采用可膨胀管就能减小井眼的锥
膨胀波纹管技术降低钻井风险实践
膨胀波纹管技术降低钻井风险实践 胡彦峰*1,涂玉林2,汪胜武3,宋 永4 (1.中国石油大学<北京>,北京102249;2.中石油化工股份有限公司石油工程技术研究院,北京100101; 3.渤海钻探工程公司第一钻井分公司,天津300280; 4.胜利油田黄河钻井三公司,山东东营257098) 摘 要:膨胀波纹管技术是通过对管材进行冷压处理,使管材发生塑性变形,管柱截面形状呈波纹状,以减小外径,通过上层套管到达目的地层,借助液压将其膨胀,再在胀管器的作用下,使其完全膨胀成圆管,用来封堵复杂地层的一项新型技术。膨胀波纹管技术主要用于钻井过程中在不减小井眼尺寸的情况下封堵各种复杂地层,补贴损坏套管,延长技术套管长度等,采用这种技术能大大降低钻井过程中各种风险。介绍了该技术原理和工艺,详细介绍了该技术应用范围、技术优势和现场应用情况。 由于能够实现单一尺寸井眼钻井和连续封隔复杂地层等作用,膨胀波纹管技术被认为是20世纪钻井工程的重大技术革命之一。 关键词:膨胀波纹管技术;补贴套管;延长套管技术;裸眼井尾管膨胀技术 中图分类号:TE2 文献标识码:B 文章编号:1004 5716(2011)02 0091 05 目前,井深逐渐增加,常规钻井设计的中间套管数量也在增加。井越深,钻井穿过的地层层数也越多,各个地层的性质各不相同,这些将引起如卡钻、漏失、出水、出气等复杂钻井事故发生。因此,性质不同的地层必需用中间套管隔离开,而增加套管层次将增加30%~ 40%的建井成本。世界建井经验表明,在复杂地质条件下,钻井深度4000~5000m时,需要下入5~7层套管。井深为4000~5000m的井的成本比探深为2000~ 2500m常规设计井的成本高1个数量级[1]。另外,过多使用中间套管会使终孔直径急剧减小,给完井和生产带来难题。 膨胀波纹管技术(Ex pandable pro file Liner,EPL)主要用于钻井过程中在不减小井眼尺寸的情况下封堵各种复杂地层,补贴损坏套管,延长技术套管长度等,采用这种技术能大大降低钻井过程中各种风险。由于能够实现单一尺寸井眼钻井和连续封隔复杂地层等作用,膨胀波纹管技术被认为是20世纪钻井工程的重大技术革命之一。 1 膨胀波纹管技术原理和工艺 膨胀波纹管技术是通过对管材进行冷压处理,使管材发生塑性变形,管柱截面形状呈波纹状,以达到减小管外径的目的,使其可通过上层套管到达目的地层,借助液压将其膨胀,再在胀管器的作用下,使其完全膨胀成圆管。 膨胀波纹管技术施工程序: (1)钻穿漏失地层,测井,确定漏失位置和井眼尺寸; (2)根据井眼尺寸,设置扩眼工具面,对漏失层段扩眼后,测井,选择波纹管下入位置; (3)下入膨胀波纹管,管串组合:引鞋堵头+下过渡接头+下封隔器+波纹管+上封隔器+上过渡接头+提拉杆+钻铤+钻杆; (4)水力膨胀后,上提下压钻具到一定吨位,求取摩擦力大小; (5)倒开膨胀波纹管上端扣,并提出钻具; (6)下入胀管器进行机械膨胀,达到设计尺寸; (7)下入原钻井钻具组合,继续钻进。 2 膨胀波纹管技术应用范围和主要技术优势 2.1 封堵复杂地层 钻井过程中当钻遇严重漏失层或溶洞层时,往往需要下技术套管对这些地层进行封隔,相应井眼直径也会减小。通过运用膨胀波纹管技术能在不减小井眼直径的情况下对这些复杂地层进行封堵。有效解决钻井液漏失和溶洞等钻井问题。与传统化学方法解决严重漏失和溶洞等问题相比,膨胀波纹管技术封堵效率高,费用低。 *收稿日期:2010 04 13 第一作者简介:胡彦峰(1983 ),男(汉族),甘肃天水人,中国石油大学(北京)在读硕士研究生,研究方向:钻完井工具与工艺。
波纹管膨胀节的设计与应用
波纹管膨胀节的设计与应用 膨胀节也称补偿器，是一种弹性补偿装置，主要用来补偿管道或设备因温度影响而引起的热胀冷缩位移（有时也称热位移）。膨胀节的补偿元件是波纹管。在操作过程中，波纹管除产生位移（变形）外，往往还要承受一定的工作压力，因此，膨胀节也是一种承 压的弹性补偿装置，所以，保证其安全可靠地工作是十分重要的。 膨胀节除作为热位移补偿装置使用外，也常被用于隔振和降噪。 膨胀节波纹管的波形较多，常用的有U形、◎形、S形等，在这里，主要介绍U 形波纹管膨胀节的设计与应用中的有关问题。 1、膨胀节结构类型及其应用 1.l U形波纹管膨胀节的结构类型 U形波纹管膨胀节的结构类型较多，不同类型的膨胀节，适用的场合也各不相同。主要的类型有单式轴向型、单式和复式铰链型、复式自由型、复式拉杆型、直管和弯管压力平衡型等。各种类型的结构示意图见图I?图10。 为提高膨胀节的承载能力，可设计带加强环或稳定环的膨胀节，其纳构示意如图11所示。 （1）单式轴向型膨胀节 由一个波纹管及结构件组成、主要用于吸收轴向位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图1）。 1—端管2—波纹管 图1 单式轴向型膨月长宙 （2）单式铰链型膨胀节 由一个波纹管及销轴、铰链板和立板等结构件组成、受波纹管压力推力的膨胀节
（见图2）。
2—朋枚琏板4-波纹管5—主牧旌￥1 囲2单式敦试躺膨胀节 （3）单式万向铰链型膨胀节 由一个波纹管及销轴、铰链板、万向环和立板等结构组成、能在任一平而内角位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图3）。 F—滞管2—立板 3 钱慨板4-悄轴5—万向环6—浹纹签 图3 甲式万向较琏型彫张节 （4）复式自由型膨胀节 由中间管所连接的两个波纹管（及控制杆或四连杆）等结构件组成、主要用于吸收轴向与横向组合位移而不能承受波纹管压力推力的膨胀节（见图4）。 1——波纹借2——中冋詹3—端餘 医1 4 复式归由犁妙月长节 （5）复式技杆型膨胀节 由中间管所连接的两个波纹管及拉杆和端板等结构件组成、能吸收任一方向横向位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节，（见图5）。
国外膨胀管技术的发展与应用
国外膨胀管技术的发展与应用 编译:马洪涛(胜利油田钻井工艺研究院)审校:纪常杰(大庆油田工程有限公司) 摘要 膨胀管技术是石油工业中迅速崛 起的可明显降低钻井完井成本的一项新技 术。威德福公司在可膨胀防砂筛管领域居于 领先地位,其膨胀管技术分为三类:可膨胀 割缝管、实体膨胀管和膨胀系统。哈里伯顿 公司的膨胀产品包括可膨胀筛管系统和可膨 胀尾管悬挂器/封隔器系统,这两种系统都 经过了大量的室内和现场试验。Enventure 公司开发了三种实体膨胀管产品:可膨胀尾 管系统、套管井衬管系统和可膨胀尾管悬挂 器系统。贝克石油工具公司的可膨胀产品包 括可膨胀尾管悬挂器系统、六级分支井完井 系统、可膨胀裸眼完井系统、套管补贴系统 和膨胀封隔器。基于世界各大公司膨胀管技 术上的发展与应用,文章针对我国膨胀管技 术现状提出了相关的看法和建议。 主题词 膨胀管技术 膨胀系统 实体膨胀管 可膨胀割缝管 商业应用 一、膨胀管技术发展回顾 最近几年膨胀管技术呈现爆炸式大发展,该技术对石油工业将产生革命性的影响。例如等径井眼技术,一旦成熟,将极大地降低油井成本,并完全消除常规套管程序的缩径效应,井可以钻得更深,而总井深处的套管内径与常规井相比反而增大。 目前世界上提供膨胀管技术和膨胀产品的公司主要包括威德福公司、Enventure环球技术公司、哈里伯顿公司、贝克石油工具公司、斯伦贝谢公司以及RE AD油井服务公司。另外,俄罗斯的鞑靼石油研究设计院的膨胀管技术也得到了广泛应用。 1,威德福公司 自1998年以来,威德福公司一直在可膨胀防砂筛管(ESS)领域居于业界领先地位。该技术发展迅速,目前已经成为降低成本、提高产量的标准方法。该公司还对实体膨胀管技术进行了大规模研究与开发。该公司的膨胀管技术分为三类:可膨胀割缝管(EST)、实体膨胀管(STE)、膨胀系统。 (1)可膨胀割缝管 威德福公司的可膨胀割缝管包括以下三种类型:可膨胀防砂筛管(ESS)、井下衬管系统(ABL)、可膨胀完井尾管(ECL)。 ◇可膨胀防砂筛管(ESS) 威德福公司是可膨胀防砂筛管技术的主要供应商,目前已经在世界范围内进行了超过225次施工作业,膨胀筛管总长度达3612k m,并成功进行了世界上最长的膨胀作业,膨胀筛管长度超过1494m。ESS作为一种可靠高效的防砂方法应用日趋增多。 ESS应用范围广泛,其中在裸眼井中应用占74%,在套管井中占26%。与其他防砂方法相比可提高产量70%,降低成本超过20%。威德福公司4年前在北海的一口气井首次使用了ESS。这口高产气井至今仍稳定生产,无出砂。另一个里程碑式的成果是在2002年末,威德福公司成功地为康纳科菲利普斯(ConocoPhilli p s)公司在渤海湾的蓬莱油田安装了连接器经过加强的<13917mm ESS,这是ESS在全球的第150次应用。首批6口井,其中2口是射孔完井,另外4口是预射孔套管,然后用ESS完井。 ◇井下衬管系统 井下衬管系统能代替技术套管柱,而且确保井眼直径不减小。要封固的井眼部分首先被扩眼,然后利用衬管加强,并用纤维水泥封固这部分井眼。该技术能封固异常压力地层,以确保向更深的地层钻进。 开发这项技术的目的:一是减少钻井成本;二是简化高温、高压深井的设计。 在井身设计中考虑使用应急套管,这不仅增加了套管成本,而且还有许多其他不利因素。应急套管上部的井眼/套管的直径必须大于应急套管,这样,不管是否真地使用了应急套管,其上部的钻井费用增加。 另外,钻大尺寸井眼耗时更长,处理复杂情况耗时更多。在海上,大尺寸的套管要求使用大尺寸的导管,因此平台也必须加大。用这种方式来设计
膨胀管概述及技术研究
膨胀管概述及技术研究 张继红1刘明君2 摘要：膨胀管技术诞生于20世纪80年代，主要用来优化井深结构、预防井壁掉块及坍塌、封堵高压层或低压漏失层、修补井中损坏的套管等。被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。本文主要介绍了可膨胀管的分类及优缺点，以及可膨胀管的相关技术研究。 关键词：膨胀管；膨胀椎；套管； 膨胀管技术于20世纪80年代晚期诞生于壳牌石油公司[1]，在这之后的一段时间里，发展非常迅速。90年代末期达到了商业化应用水平，目前在国外有多家石油技术服务公司可以提供膨胀管的技术服务，其中最有名的是壳牌和哈里伯顿合资的公司[2～3]。国内多家公司和科研机构也在从事膨胀管技术的研究，但多是理论及实验室的研究。 膨胀管是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管，由于含碳量低，膨胀管比普通套管柔性好，可朔性强。可膨胀管技术就是将待膨胀的套管下到井内，以机械或液压为动力，通过冷挤扩张的方法，由上到下或由下到上，通过压力或拉力使膨胀工具通过待膨胀的套管内孔，使其内径或外径由于朔性变形膨胀至设计的尺寸，从而完成待定工程目的的一种技术。 膨胀管技术具有以下优点：可有效地解决复杂地层的井壁稳定问题；减小井眼锥度、增加套管下深，以尽可能大尺寸井眼完井；可以减少上部井眼的尺寸和套管层数；修复套损井；使完井具有更大的灵活性；能改善尾管悬挂器的密封效果；可大大降低钻井成本；可取代砾石充填,降低完井成本。因此，膨胀管技术被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。
1 膨胀管的分类及优缺点 1.1 可膨胀管的分类 可膨胀管根据其结构的不同，可分为纵向波纹管、实体膨胀管（）和割缝膨胀管（）三种。其中，纵向波纹管技术是事先将套管压扁成腰状（如图1a），下入井中后再用专用工具将压扁部位胀开。割缝膨胀管有一系列串联的,互相交错的轴向割缝,割缝的布置使管柱易于膨胀。后来在割缝膨胀管的基础上又发展出专门用于防砂的膨胀防砂管。纵向波纹管成本较高,而且不能作为技术套管,只能作为套管补贴用。因此本文重点介绍实体膨胀管和割缝膨胀管。 图1 纵向波纹管和可膨胀实体管 1.2 两种可膨胀管的优缺点 （1）可膨胀割缝管的优缺点： 可膨胀割缝管的优点：膨胀性能好，直径可达原来的3倍；驱动力小，容易实施作业；选材要求不太苛刻，可借用常规套管或焊管；成木较低；可用作水平井完井的割缝筛管；可用作防砂筛管。 可膨胀割缝管的缺点：不能用作生产套管，只能用作技术套管或应急套管；不能用顶替方法注水泥固井，只能用平衡塞的方法；机械性能较差，抗内压主要依靠水泥环的强度和质量；为了保证水泥环的厚度，必须扩眼，对水泥浆性能也有特殊要求，一般使用纤维水泥。
波纹管补偿器的功能及工作原理及行业前景
波纹管补偿器的功能及工作原理及行业前景 波纹管补偿器习惯上也叫膨胀节、伸缩节，由构成其工作主体的波纹管（一种弹性元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成。是用以利用波纹管补偿器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴向，横向，和角向位移的的吸收，用于在管道、设备及系统的加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等.在现代工业中用途广泛。 面对如此竞争如此激烈的五金行业市场，如何让自己的波纹膨胀节产品更有竞争力，那你得对市场未来发展有个准确分析。 怎么样很好把握市场动向？如何才能变弊为利？你都得去思考。下面，就由市场销售人员为你谈谈这个话题。 目前，不锈钢波纹管膨胀节的最大用户是主要集中在石化、电力、冶金、化工和城建设等行业部门。由于用户需求的不断变化，不锈钢波纹管膨胀节产品的市场走向也将发生相应的变化，在今后一段时间主要发展趋势如下： 1.随着石油开发向内地油田和海上油田的转移，以及电力工业由30万千瓦以下的火电向30万千瓦以上的火电及水电和核电发展，不锈钢波纹管阀门产品也应依据设备应用领域变化相应改变其性能及参数； 2.城建系统一般采用大量低压不锈钢波纹管阀门，并且向环保型和节能型发展，即由过去使用的低压铁制闸阀逐步转向环保型的胶板阀、平衡阀、金属密封蝶阀及中线密封蝶阀过渡，输油、输气工程向管道化方向发展，这又需要大量的平板闸阀及球阀； 3.能源发展的另一面就是节能，所以从节约能源方面看，要发展蒸汽疏水阀，并向亚临界和超临界的高参数发展； 4.电站的建设向大型化发展，所以需用大口径及高压的安全阀和减压阀，同时也需用快速启闭不锈钢波纹管阀门； 5.针对成套工程的需要，不锈钢波纹管阀门供应由单一品种向多品种和多规格发展。一个工程项目所需的波纹管阀门，由一家阀门生产厂家全部提供的趋势越来越大。 针对以上不锈钢波纹管市场发展来看，波纹管的需求多少会影响到膨胀节的需求、市场价格及未来发展趋势。但是有一点是不变的，无论怎么变化，总体上的行业平均水平是不会发生太大波动的，因为大家都有一双雪亮的眼睛。
波纹管膨胀节详解
膨胀节地类型和构造 一、波纹膨胀节地类型 波纹管配备相应地构件，形成具有各种不同补偿功能地波纹膨胀节。按补偿形式分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型。 轴向型： 普通轴向型、抗弯型、外压型、直埋型、直管力平衡型、一次性直埋型。横向型： 单向横向型、万向铰链横向型、大拉杆横向型、小拉杆横向型。 角向型： 单向角向型、万向角向型。 以上是基本分类，每类都具备共同地功能。在一些特定情况还可以有特殊功能，如耐腐蚀型、耐高温型。按特定场合地不同，分为催化裂化装置用、高炉烟道用。按用于不同介质分为：热风用、烟气用、蒸汽用等。 二、波纹膨胀节地结构 1、轴向型波纹膨胀节 （1）普通抽向型：是最基本地轴向膨胀节结构。其中支撑螺母和预拉杆地作用是支撑膨胀节达到最大额定拉伸长度和到现场安装时调整安装长度（冷紧）。如果补偿量较大，可用两节，甚至三节波纹管。使用多节时，要增加抗失稳地导向限位杆。 （2）抗弯型：增加了外抗弯套筒，使整体具有抗弯能力。这样可以不受支座地设置必须受4D、14D地约束，支架地设置可以将这段按刚性管道考虑。（3）外压型：这种结构使波纹管外部受压，内部通大气。外壳必须是密闭地容器，它地特点是： 1）波纹管受外压不发生柱失稳，可以用多波，实现大补偿量。 2）波纹内不含杂污物及水，停气时冷凝水不存波纹内可从排污阀排掉不怕冷冻。 3）结构稍改进也具有抗弯能力。 （4）直埋型：它地外壳起到井地作用，把膨胀节保护起来．密封结构防止土及水进入。实际产品分防土型和防土防水型。对膨胀节地特殊要求是必须与管道同寿命。 （5）一次性直理型：它地使用是装在管线上后整个管线加热升温到管线地设计温度范围地中间温度，管线伸长，波纹管被压缩，两个套筒滑动靠近，然后把它们焊死，再由检压孔打压检验焊缝不漏即可。它地特点是： 1）焊死后波纹管再不起作用，它地寿命一次就够。 2）波纹管地设计压力按施工加热地压力设计。材质用普通碳钢。 2、横向型波纹膨胀节 （1）单向横向型：它只能在垂直于铰链轴地平面内弯曲变形。
膨胀波纹管焊接机器人
膨胀波纹管焊接机器人 机电0801 3080304024 ——《工业机器人》论文 摘要：对一种满足“8”字型膨胀波纹竹自动焊接的机器人进行研究。分析膨胀波纹竹结构特点，提出基于焊接小车、微型跟踪执行机构、微型枪、高低跟踪机构的机器人系统机构力一案，对机器人系统机构力一案进行运动分析，建立基于UH法则的焊接机器人运动学模型，通过模型分析及Matla})仿真证机构模型的正确性。结果表明，建立的基于压力检测的焊接小车与微型跟踪执行机构协同作业机制，解决了“8”字形波纹竹断I}}I的机器人焊缝轨迹跟踪问题。仿真结果验证了所建机构模型的正确性。 关键词：波纹管；焊接；控制系统； Abstract：Of a meeting "8"-shaped expansion of corrugated bamboo automatic welding robot research. Analysis of the expansion characteristics of corrugated bamboo structure is proposed based on welding carriage, miniature tracking actuator, miniature guns, the level of the robot system to track body body force case, the robot system, the case of institutions exercise power analysis, based on the law of welding UH robot kinematics model by model analysis and Matla}) simulation certification body model is correct. The results show that the establishment of the pressure-based detection and micro-welding car tracking actuator collaboration mechanism to resolve the "8" shaped corrugated bamboo off I}} I weld robot trajectory tracking problem. Simulation results verify the validity of the model built by institutions 0.引言 机械工业的规模和技术水平，是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，各国都把发展机械工业作为发展经济的战略重点之一。目前石汕勘探开发主要朝着深层系、滩海和海上发展，深井、超深井的施工逐渐增多，钻井的难度也越来越大，在钻井施工过程中钻遇漏失、不稳定等复杂地层时势必会多层卜入套管封隔，钻遇复杂地层不仅钻井成木增加，也往往会造成钻井未达设计井深，制约着深井钻井技术水平的提高[]创。膨胀波纹俗，技术复杂。地层的一项新型技术。在钻遇复杂地层时，用波纹 管技术封固，不改变原井眼通径，减少施工难度，降低钻井成木，有利于提高采收率，因此膨胀波纹管技术被誊为21世纪汕气井钻井技术的革命。连接技术是膨胀波纹管技术应用推广的关键技术之一，山于膨胀波纹管的截而形状比较复杂，主要采用焊接连接。目前国内外膨胀波纹管施工中的焊接均采用手工
波纹管膨胀节浅析
波纹管膨胀节浅析 福建省石油化学工业设计院 刘红 压力管道受到热胀、冷缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等因素的影响，可能会导致设备、管道的非正常运行。因此，管道的柔性设计是安全运行的重要保证之一。在弹性研究技术引入管道系统之前，管道补偿只限于采用管道本身的结构来实现，例如采用合理布局以实现自然补偿；采用方形管道实现补偿；采用具有活动部件的套筒式补偿器进行补偿等。这些补偿方式只局限于采用管道本身的安装技术，或变位，或变形，或分解，因而不能彻底实现管道的更有效的补偿：其一，采用变位、变形补偿方式时，补偿能力较差，占地面积大，施工困难；其二，采用管道分解的套筒式补偿，虽补偿能力有所提高，但密封部分问题较多，易泄露，维修量大，容易卡死。随着弹性研究技术的引入，情况发生了巨大的变化：具有弹性补偿能力的薄壳式波纹管立即成了管道补偿技术中的一个热点，并迅速推广到各领域的管道工程中。波纹管膨胀节成为管道中最常用的柔性元件，它是由金属波纹管和构件组成的具有伸缩功能的器件，能够补偿管道的热变形、机械变形和吸收各种机械振动，起到降低管道变形和提高管道使用寿命的作用。 1 波纹管的层数 波纹管按层数可分为单层与多层。当波纹膨胀节用于供热等需要较大补偿量的领域时，除了补偿量要求，还需要承受大约1~1.6MPa 的压力，这就要求波纹管刚度小，内应力小，并具有受压能力。刚度计算公式（1）： d m N h b Z S ED K 5.25.0334= (1) 式中: K —刚度,N/mm ；E —材料的弹性模量,N/mm 2 ； D m —波纹管的平均直径,mm ； S —波纹管每一层厚度,mm ； Z —波纹管的层数； b —波厚,mm ； h —波纹高度,mm ； N d —波数的两倍. 在承受大小相当的压力下，单层与多层波纹管的厚度是相当的，因此： 对于单层波纹管，()d m N h b Z S ED K Z S S 5.25.03 314,?==多单多单 (2) 对于多层波纹管，d m N h b Z S ED K 5.25.03 34多多= (3)
金属波纹管及金属膨胀节发展简史及发展历程
金属波纹管及金属膨胀节发展简史-北京博雷曼科技有限公司 金属波纹管，金属补偿器的发展史如考证起来可以上溯到百年以前德1885年。法国人勒瓦尔(Levavssewr)和法国人威兹曼(Witzenmannn)在巴黎附近吕埃尔(Ruevl)地区德戎歇尔(Jonchere)工厂试制成功了“互相连和压连接的金属管”。世界第一次出现了柔性金属管。此后三十年间各种缠绕式金属软管得到发展。这种柔性金属管道不是补偿器所用的金属波纹管，但金属材料经特殊加工和几何形状所变化可以成为柔性管的理论与实践为金属波纹管德诞生奠定了基础。 1929年第一个金属波纹管研制成功。这种波纹管(又称膜盒)仍未能在管道补偿中得到应用。直到1952年采用不锈钢材料制作的单层和双层金属波纹管获得成功，才开始应用于管道补偿。金属波纹管及金属补偿器的发展步入通途。时隔3年，多层金属波纹管及金属补偿器研制成功。1955年美国膨胀节制造商协会(EJMA）成立。1958年该协会技术委员会制订了第一个EJMA标准。 二十世纪五十年代至七十年代，世界各工业发达国家的金属补偿器工业迅猛发展，金属波纹管理论研究、金属波纹管工艺技术和金属波纹管试验技术都有了高速发展。在世界金属波纹管、金属补偿器行业占领导地位。 迄今为止，在世界金属波纹管、金属补偿器领域处于领先地位的仍然是西方主要工业发达国家的知名企业。法国威兹曼公司(WITAENMANN)继续保持领先势头，百年不衰。法国依威柯公司(IWKREGLERANDCOMPENSATORENGMBH)、意大利弗莱希德公司(FLEXIDED INC)、美国弗莱松尼柯公司(FLEXDNICS INC)、瑞士BOA公司、日本东京螺旋管制作所、东洋螺旋管制作所和奥田株式会社等应属世界知名金属波纹管、金属补偿器制造商。 金属波纹管制造业最发达的地区应属欧洲，其次是美国。西方国家中金属波纹管制造商数量最多的是美国，约60家。 我国金属波纹管研制始于二十世纪五十年代，几乎与日本同时起步，在我国金属波纹管应用研究最早的是仪表行业，技术领先者应属沈阳仪器四仪表工艺研究所。我国有数十家仪表厂和弹性元件厂。50年代将金属波纹管(Metal bellows)称为膜盒做为敏感元件或弹性密封元件用在仪器仪表、特殊阀门和压力
实体膨胀管大塑性变形数值分析方法
实体膨胀管大塑性变形数值分析方法 摘要：实体膨胀套管技术广泛用于石油钻井行业，其原理是采用刚性膨胀锥膨 胀厚壁圆筒，属于大塑性变形过程，而文中所提到的分析解法和数值解法有助于该过程中厚圆柱体的结构变化。运用平衡方程，体积不变条件，和莱维—米泽斯本构方程建立膨胀管膨胀分析模型，该模型包含膨胀率，膨胀管膨胀锥系统推力大小以及膨胀长度及壁，管厚变化的相对关系。另外，运用特雷斯卡屈服准则判断管状材料的是否塑性阶段。建立的模型可以预测膨胀管膨胀过程的推力大小，膨胀管长度以及厚度变化。膨胀管膨胀过程的数值模拟也以用于商业化有限元ABAQUS中软件。在卡布斯苏丹大学工程研究实验室的一个全面的测试钻机的实验研究用于验证分析解法和数值解法的可靠性。该研究中采用外径为7 ? 英尺(193.68 mm)，内径? 英尺(9.525 mm)的标准套管，膨胀率分别为16%，20%，24%。膨胀后厚度变化分别为6. 67%, 10.3%, 和13.16%，膨胀过程所需要的推力为940 kN, 1092 kN, 和1213 kN。 关键词：实体膨胀管，厚壁圆筒，分析模型，有限元软件 前沿 厚壁圆筒的膨胀实验，数值解法和分析解法已经吸引了许多理论科学与运用科学的研究者。由于其高强度和几何对称形状在许多技术和工业应用中发挥了重要作用。它们广泛应用于在航空航天，航海，军工，汽车，石油和天然气行业，以及其他工业领域。在石油和天然气行业中，不同类型的套管的主要的应用之一是钻井。由于经济和可持续发展的要求，日益减少的油气资源和能源需求的增加，以及油井结构的许多条件增强，超过了传统技术的限制，这就需要些超过早期技术能力的良好设计，够造和修复方案。许多现代化的建井技术已走向井眼钻孔更深更长，和更具效益的延伸钻井（ERD）。固体膨胀管技术就专门开发的允许运用额外的套管串来掩盖问题区域的一门技术，以便钻井达到延伸钻井的目的。膨胀管技术也有助于减少建井和井况复杂的经济不合理的油田所需的整体资金，努力构建等径井，并维持老井产量。钻机、钻杆、钻头、水泥、和套管的尺寸或体积和成本的显著减少，最终导致整体成本的降低。膨胀管技术的原理非常简单：通过采用液压力和/或机械力使膨胀锥通过基管，导致基管塑性变形内径增大。 我们能够发现在许多文章中，作者尝试着研究厚壁圆筒在不同类型载荷下的弹塑性行为[1-4]。然而，只有较少的一些文章涉及厚壁圆筒在膨胀锥作用下的塑性变形，而其大塑性变形的就更少。近年来，塑性力学理论被用来研究、建立厚壁圆筒在一个圆锥工具下膨胀的分析模型[5-6]。该模型表明，膨胀过程所需要的力跟膨胀率、摩擦系数、膨胀锥的几何形状和管材的屈服强度有关。Karrech 等人[7]建立了一个模型，用于预测膨胀过程中变形区的应力范围和能量损失。然而，当圆柱体的半径与厚度的比小于10时，由于从膨胀区的内表面到外表面，应力变化剧烈，和横截面上的剪应力不能忽视，所以薄壁圆筒的微分方程很难得到。因此当前工作的重点是研究厚壁圆筒实体膨胀管的大塑性变形（其塑性变形可以达到30%）。将封闭形式结果与通过有限元以及可以利用的实验方法所获得的分析结果相比较。
膨胀管应用及技术研究
膨胀管应用及技术研究 X 庄德宝 (黑龙江省大庆市第九采油厂新站作业区采油二队,黑龙江大庆 163511) 摘 要:膨胀管技术诞生于20世纪80年代,主要用来优化井深结构、预防井壁掉块及坍塌、封堵高压层或低压漏失层、修补井中损坏的套管等。被认为是21世纪石油钻采行业的核心技术之一。本文主要介绍了可膨胀管的分类及优缺点,以及可膨胀管的相关技术研究。 关键词:膨胀管;膨胀椎;套管 中图分类号:T E 925+.2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)07—0103—02 膨胀管技术于20世纪80年代晚期诞生于壳牌石油公司[1],是一种由低碳钢经特殊加工而制成的套管,由于含碳量低,膨胀管比普通套管柔性好,可朔性强。可膨胀管技术就是将待膨胀的套管下到井内,以机械或液压为动力,通过冷挤扩张的方法,由上到下或由下到上,通过压力或拉力使膨胀工具通过待膨胀的套管内孔,使其内径或外径由于朔性变形膨胀至设计的尺寸,从而完成待定工程目的的一种技术。 1 膨胀管的分类及优缺点1.1 可膨胀管的分类 可膨胀管根据其结构的不同,可分为纵向波纹管、实体膨胀管(SET )和割缝膨胀管(EST)三种。其中,纵向波纹管技术是事先将套管压扁成腰状(如图1a),下入井中后再用专用工具将压扁部位胀开。割缝膨胀管有一系列串联的,互相交错的轴向割缝,割缝的布置使管柱易于膨胀。后来在割缝膨胀管的基础上又发展出专门用于防砂的膨胀防砂管。纵向波纹管成本较高,而且不能作为技术套管,只能作为套管补贴用。因此本文重点介绍实体膨胀管和割缝膨胀管。 1.2 两种可膨胀管的优缺点1. 2.1 可膨胀割缝管的优缺点 可膨胀割缝管的优点:膨胀性能好,直径可达原来的3倍;驱动力小,容易实施作业;选材要求不太苛刻,可借用常规套管或焊管;成本较低;可用作水平井完井的割缝筛管;可用作防砂筛管。 可膨胀割缝管的缺点:不能用作生产套管,只能用作技术套管或应急套管;不能用顶替方法注水泥固井,只能用平衡塞的方法;机械性能较差,抗内压主要依靠水泥环的强度和质量;为了保证水泥环的厚度,必须扩眼,对水泥浆性能也有特殊要求,一般使用纤维水泥。 1.2.2 可膨胀实体管的优缺点 可膨胀实体管的优点可用常规的顶替注水泥 固井方法;机械性能较好,抗内压、外压及抗拉应力大,尤其抗内压的性能与未膨胀前基本一致;可用作生产套管;可用作尾管悬挂器。可膨胀实体管的缺点:膨胀性能差,最大膨胀率约25%,膨胀力大,约为可膨胀割缝管的30倍;对选材的要求高;成本较高。2 膨胀管技术的应用 随着深井、超深井逐渐增多,施工过程中钻遇的不同压力层以及盐膏层、油气水层、坍塌层、漏失层越来越多,钻井的难度越来越大,油公司对投入产出比也越来越敏感。膨胀管技术的诞生部分地解决了钻探和生产中的难题,在石油勘探开发过程中,膨胀管技术主要应用于以下情况:2.1 钻井方面 2.1.1 优化井身结构。在深井钻井设计中,为了钻穿不同压力层系的地层以及易缩径、坍塌或易发生井下漏失的地层,常规的作法是用不同直径的套管封隔各层段地层。在套管程序设计上应用膨胀管技术,可减少套管层次,在保证下部井径尺寸不变的情况下,可使上部井眼采用较小尺寸的技套,从而提高机械钻速和降低钻井成本。对于超深井,可减少井眼锥度,提高处理井下突发事故的能力,从而钻更深的井眼,以便顺利达到勘探开发目的。2.1.2 封隔缩径、坍塌、井漏或局压层。对于在钻井设计中没有预料到的恶性的井眼缩径、井壁坍塌、地层漏失或高压,如果通过处理和调整钻井液性能的方法仍难以凑效,最常规的方法只能通过补下一层技套来封隔。 2.2 套管修补作业方面 2.2.1 修补磨损的技术套管。在确定了损坏的套管的具体位置后,采用内衬可膨胀管,在牺牲极少的技术套管内径的情况下,可恢复技术套管的承压能力,在保证施工安全的前提下继续下一步作业。 2.2.2 修补老井生产套管。对于投产多年的油井,可用膨胀管技术修补由于抽油杆磨损或地层流体腐蚀等原因造成的生产套管的破损。 103 2012年第7期 内蒙古石油化工 X 收稿日期5 作者简介庄德宝(),男,就职于黑龙江省大庆市第九采油厂新站作业区采油二队。 ::2012-02-1:1984-
金属波纹膨胀节的应用
金属波纹膨胀节的应用 介绍了在供热直埋管道中金属波纹膨胀节的特点、补偿类型及其优缺点和设置步骤及在设计使用时应注意的事项。 1 引言 金属波纹膨胀节也称波形伸缩器，是近十几年来国际上广泛使用的一种管道补偿构件。近年来，这一新型构件开始在我国不同领域广泛应用。供热管道的直埋技术由于其先进和施工成本低等优点而被广泛采用，直埋管道的补偿方法及其补偿器也随之被开发。用于直埋管道补偿的波纹膨胀节，以其易安装、体积小、占地面积小、补偿量大等特点而较之传统的"π"型等补偿器显示出明显的优势。 波纹膨胀节产品的设计生产涉及材料学、力学、热力学等多种学科，是一个复杂的弹性力学问题。目前国外提出的理论和经验方法很多，各种方法之间差异较大，与实际经验之间的差距有时更大。这就给产品的设计带来了问题。实际上，国内目前各制造厂所采用的设计方法也不尽相同，因而设计结果差异甚远。特别是用直埋供热管道中的波纹膨胀节差别就更人。为避免造成不必要的浪费，甚至导致工程事故的发生，了解、掌握供热直埋管道波纹膨胀节的特点、补偿类型、设置步骤及注意事项便是本文的目的。 2 直埋式波纹膨胀节的特点 尽管直埋式波纹膨胀节与用于架空和地沟内的普通波纹膨胀节其作用是相同的，都是用来补偿因受热而引起的管道膨胀，并且其制造材料均为不锈钢。但是，直埋式波纹膨胀节与普通式波纹膨胀节决不能混同。普通式波纹膨胀节不能浸泡在污水中，更不能直接埋在泥土。因为普通式波纹膨胀节是不锈钢波纹与碳钢经氢弧焊焊接而成，当其浸泡在污水或直埋在泥土里中的氯离子含量超过-定数量时，将在不锈钢与碳钢焊接的接口处产生电化学腐蚀，加速焊口的破坏降低使用寿命，使波纹膨胀节报废。而直埋式波纹膨胀节由于采取了使膨胀节与积水隔绝的措施，从而实现了全直埋，使波纹膨胀节与管道的使用寿命相同。 3 直埋式波纹膨胀节的类型 直埋式波纹膨胀节按补偿方式分，主要有如下三种。 3.1 一次性直埋膨胀节 一次性直埋膨胀节结构型式见图1。其工作原理是将该种产品装在管道上后，给管道加热到要求的温度，管道热伸长，波纹膨胀节被相应压缩，在此状态下将外套4 在A环缝处密封焊接，补偿器成为刚性整体，不再有补偿能力。工作中则由管路的拉伸一压缩弹性变形进行补偿，所以实质上对于管道是属于无补偿直埋。用这种方法波纹膨胀节只补偿了该段管路在设计温差下产生变形总量的一部分，它的作用只使管路工作中拉伸一压缩的平衡点处在设计温差下变形总量的中点。使拉伸、压缩应力基本相等，起降低管路拉伸或压缩变形应力的作用。 这种类型的波纹膨胀节一般补偿量小，无寿命要求，无疲劳失效问题，管路不需滑动支架，造价也低。但施工中需给管路加热和补偿器A处环焊缝的焊接，增加了施工难度。 3.2 自由补偿直埋波纹膨胀节 自由补偿直埋波纹膨胀节如图2。这种结构使波纹管在外壳4的保护下实现自由伸缩补偿，其他性能与非直埋波纹膨胀节相同。这种补偿器与一次性直埋补偿器比，管道变形应力小、安装简单，膨胀节有抗弯能力可不考虑管道下沉的影响。缺点:由于是直埋地下，要求补偿器与管道同寿命，寿命一般不低于20年;体积较大，造价高。