膨胀管技术的现状与发展
近年来，膨胀管技术得到了爆炸性的发展，将对石油工业产生革命性的影响。比如等径井眼技术一旦成熟，将大大降低油井成本，彻底消除常规套管程序的缩径效应，使井可以钻得更深，总井深套管内径比常规井增加。
3.3.1威德福公司
自1998以来，威德福在可膨胀防砂筛管(ESS)领域一直处于领先地位。这项技术发展迅速，已经成为降低成本、提高产量的标准方法。公司还对实心膨胀管技术进行了大规模的研发。该公司的膨胀管技术分为三大类:可膨胀缝管(EST)、实心膨胀管(STE)和膨胀系统。
(1)可膨胀开槽管
威德福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)和可膨胀完井衬管(ECL)。
1)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。目前已在全球开展施工作业超过225次，可膨胀筛管总长度达到3612km，成功开展了全球最长的膨胀作业，可膨胀筛管长度超过1494m，ESS作为一种可靠高效的防砂方式越来越被采用。
ESS的应用范围很广，包括裸眼井中的74%和套管井中的26%。与其他防砂方式相比，可增产70%，降低成本20%以上。四年前，威德福公司首次在北海的一口气井中使用了ESS。这口高产气井仍在稳定生产，没有出砂。另一个里程碑式的成果是，2002年底，威德福公司在渤海湾蓬莱油田为康菲公司成功安装了φ139.7mm带加强接头的ESS，这是ESS在全球的第150次应用。
2)井下衬管系统。
井下尾管系统可以替代技术套管柱，并确保井眼直径不会减小。首先对钻孔的待密封部分进行扩眼，然后用衬管加固并用纤维水泥密封。该技术可以封堵异常压力地层，确保钻至更深地层。
发展这项技术的目的是:第一，降低钻井成本；二是简化高温高压深井设计。井筒设计中考虑应急套管，不仅增加了套管成本，还存在许多其他不利因素。应急套管上部的钻孔/套管的直径必须大于应急套管的直径，因此无论是否真正使用应急套管，上部的钻井成本都会增加。
此外，钻大尺寸钻孔需要更长时间，处理复杂情况需要更多时间。在海上，大尺寸套管需要大尺寸导管，因此平台也必须扩大。以这种方式设计钻井是非常昂贵的。如果钻井设计中不使用应急套管，将节省大量资金。井下可膨胀衬管系统可以替代应急套管，消除井眼直径越来越小的不利后果。
在深井钻井中，为了避免井涌/井漏，有必要安装额外的套管或衬管，这些套管或衬管的直径可能太小而无法钻到或钻入目标层。这也是开发这项技术的主要原因。通过使用该技术，可以钻深探井、开发井、评价井和生产井，并且可以使用足够直径的油管进行开采。
3)可膨胀完井衬管。
威德福公司开发了可膨胀完井衬管技术，可以替代传统的割缝衬管或注水泥射孔衬管。该技术增强了井眼稳定性，提高了选择性隔离和处理能力，并减小了井眼尺寸。该技术特别适用于通过油管完成侧钻油层，既能到达受限制的油层，又能避免困难的固井和射孔作业。其他优点包括:(1)钻孔增加，流通面积增大，从而提高产量；②允许重新进入油层进行修井作业，延长了油井的使用寿命，增强了老井的潜力；③返储灵活方便，可通过插入封隔器或桥塞防止出水；(4)适用于88.9mm至φ 241.3 mm的钻孔..
(2)实心膨胀管
实心膨胀管包括可膨胀衬管悬挂器(ELH)和金属表层套管修复系统。
1)膨胀衬管悬挂器。
ELH系统可以悬挂ESS和其他衬管，无需固井。
ELH可以悬挂金属外壳修复系统。ELH使用灵活的旋转技术来扩张，并与外壳形成金属对金属的密封，这使钻孔最大化，并有利于未来的重返作业。
2)金属外壳修复系统。
2003年年中，加拿大阿尔伯塔省冷湖油田威德福公司成功安装了4套金属外皮实心膨胀套管修复系统，4口井恢复生产。该技术是一种金属对金属的可膨胀套管系统，可以修复腐蚀或损坏的套管。手术中使用了威德福公司的柔性旋转膨胀系统(CRES)。
(3)膨胀系统
传统的EST膨胀锥是一种锥形工具，与膨胀芯轴配合使用，对各种有缝管道进行膨胀。威德福系统的根本优势在于灵活的膨胀管技术。这里有两个系统:轴向柔性膨胀系统(ACE)和柔性旋转膨胀系统(CRES)。
1)轴向柔性伸缩系统。
轴向柔性膨胀系统用于膨胀割缝管，可以消除割缝管与井壁之间的环形空间，支撑钻孔，防止颗粒运移。该系统包括从顶部到底部膨胀的柔性膨胀工具、可回收系统和现场修整工具。柔性膨胀工具由两部分组成:用于初始膨胀的固定尺寸辊头和柔性轴向辊。由于活塞可以随着井眼轮廓的变化而伸缩，因此该工具是灵活的。
2)灵活的旋转膨胀系统。
柔性旋转膨胀系统是一种液压机械工具，用于膨胀实心管道。当与可膨胀尾管悬挂器施工工具一起使用时，它可用于膨胀ELH。它还用于扩展较长的金属外壳实心管道系统。例如Poro Flex可膨胀筛管系统，其从顶部膨胀到底部，并具有小的轴向载荷。由于是滚动摩擦，摩擦力大大降低，对套管内径的不规则性有很好的适应性，能最大限度地防止膨胀套管断裂。该工具与膨胀前的套管相匹配，易于回收，具有选择性膨胀能力。
3.3.2哈利伯顿公司
哈里伯顿公司的膨胀管产品包括可膨胀筛管系统(Poro Flex)和可膨胀尾管悬挂器/封隔器系统(Versa Flex)，两者都经过了大量的室内和现场测试。
(1)Poro Flex可膨胀筛管系统
Poro Flex膨胀筛管系统因其可靠的性能正迅速被人们所接受。该系统可用于套管井和裸眼完井，具有以下四个特点:
1)Poro Flex膨胀筛管系统以近实心管的多孔中心管为流管，抗挤毁能力高，允许各种修井作业或附件安装。封隔器、桥塞和智能完井设备可以可靠地安装在膨胀中心管中。此外，可以将未射孔的管下入井内以封闭页岩段或事故层，从而提高层位封隔能力。
2)过滤功能通过可扩展屏幕实现。该屏幕是基于Purolator-Facet公司的多孔板设计和制造的。尽管滤网的流通面积在膨胀过程中或膨胀后增加，但它不会改变其微米额定值(过滤固体颗粒)。
3)膨胀筛管采用整体螺纹连接，可以像套管一样连接在钻台上，必要时允许筛管在井内旋转，减少了安装所需的钻井时间。
4)筛管依靠液压膨胀，使整个膨胀过程基本上不依赖重力，非常适合大位移井或水平井。固定尺寸的膨胀锥使整个筛管膨胀后内径一致。自投入使用以来，未发生过中心管、筛管或连接件失效，也未出现过出砂现象。
Poro Flex膨胀屏的可用尺寸为155.6mm和215.9mm(均为膨胀后)。施工实践表明，膨胀筛管完井需要一整套系统的方法。完井效率/性能比与钻孔、钻井液的质量以及对产层的了解密切相关。Halliburton公司与Speellison公司和白劳德公司密切合作，开发了一套协调整个系统和提高膨胀筛管完井效率的新技术。
(2)Versa柔性尾管系统
Versa Flex尾管系统采用行业领先的实心膨胀管技术和哈里伯顿公司最好的固井设备、套管附件和浮动设备，可以形成可靠的尾管悬挂器系统。普通尾管悬挂器的上部故障率高达30%，维修成本高。失败的主要原因是尾管悬挂器机械故障或上部封隔器故障，或水泥环未能密封套管重叠段。
与传统尾管悬挂器/封隔器系统相比，该系统具有巨大的机械优势。更重要的是，尾管悬挂器/封隔器没有活动部件或外露的液压孔。为了进一步确保尾管顶部的完整性，集成式尾管悬挂器/封隔器还包括一个抛光回接，该回接使用五个独立的橡胶元件来提供环形密封。膨胀过程确保尾管悬挂器/封隔器不会提前坐封。
为了提高水泥环的可靠性，系统允许增加循环速度以获得湍流。此外，哈里伯顿公司还与Enventure Global Technology公司合作开发了一种特殊的固井设计，可以消除窜槽和气窜。
(3)近钻头扩孔器
Halliburton的安全DBS公司为可扩展产品市场推出了近钻头扩孔器(NBR)。切割臂可以跟随标准钻头穿过现有套管，这可以将套管的井下尺寸扩大20%。丁腈橡胶已经在全世界500多种钻具组合中使用。
3.3.3环境公司
以前的实心膨胀管99%的施工进尺都是Enventure进行的，Enventure开发了三种实心膨胀管产品。
(1)可膨胀衬管系统
可膨胀衬管系统(OHL)主要解决井壁稳定和地层压力(破裂压力)的问题。在不减小井径的情况下，增加一层套管，可以钻更深的油层或隔离水层，对老油田挖潜增效具有重要意义。目前该系统最大泥浆密度为1.8g/cm3，最大井斜超过100，扩深超过7925米。可膨胀衬管系统可以通过窗口安装和膨胀，因此消除了锻造和铣削套管的需要。最近一次套管开窗膨胀作业是在墨西哥湾进行的。φ 193.7 mm (244.5 mm)可膨胀衬管系统安装在φ 244.5 mm套管内，* * *膨胀套管610m m，其中窗口以下579m。
(2)套管井尾管系统
套管井尾管系统(CHL)主要用于作业，特别是修复大节段损坏的套管。2002年6月，Enventure公司在马来西亚沙捞越安装并扩建了11气井的尾管。
(3)可膨胀衬管悬挂器系统
可膨胀尾管悬挂器系统(ELH)集成了传统尾管悬挂器和尾管上封隔器的功能，结构简单可靠，避免了环空可能的泄漏，增加了悬挂器和尾管的可用内径。
目前，Enventure公司正在大力发展等径井眼技术，该技术消除了目前油井设计中存在的缩径效应，使作业者能够在上部使用直径相对较小的套管，而钻后深度的井眼直径增大。2002年9月，壳牌公司在德克萨斯州南部的一口气井的某些部分成功地使用了这项技术。随着实心膨胀管技术的逐步发展和应用，最终将实现用一个直径的钻头钻进，用同直径的套管完井。
3.3.4贝克石油工具公司
贝克石油工具公司自1994以来一直为该行业提供膨胀管技术。其第一个商业可扩展产品是ZXP尾管封隔器系统，在全球已使用超过12000次。该系统能承受69MPa的高压和204℃的高温。
(1)可膨胀衬管悬挂器系统
2002年4月，在阿拉斯加普劳德万火的一口井中使用了FORM lock可膨胀尾管悬挂器。悬挂器下放至3150米深度(测深)，尾管长度为335米。这是膨胀尾管顶部的第一次完井，完井管柱插入尾管顶部。后来，这种可膨胀尾管悬挂器系统被用于巴西、印度尼西亚、马来西亚和北美的12口井。
(2)六级分支完井系统
1998期间，在美国加州贝尔里奇油田，贝克公司完成了世界上第一口带地层分支系统的6级分支井，随后该系统在世界范围内成功应用。至今已在非洲、亚洲、欧洲、北美、南美等地应用了十余种队形叉系统，是应用最广泛的六级叉系统。金属成型技术使叉系统穿过标准尺寸的套管，然后用固定尺寸的膨胀锥在地下支撑叉的一个分支。通过这种方式，可以形成液压密封，利用全尺寸多分支井叉系统，传统方法可以用于固井、钻井和完井。
(3)可膨胀裸眼完井系统
EXPress是一种可扩展的裸眼完井系统。它包括可膨胀防砂筛管，可减少或消除环空间隙，其最大应用是水平井中的裸眼防砂。它结合了该公司EXCLUDER 2000筛管的防砂能力和金属膨胀管技术。筛管流通面积比膨胀前大，即使不膨胀也能作为优质筛管使用。
可膨胀筛管包括穿孔中心管和可渗透膜结构。渗透膜允许合格的泥浆固相通过，防止筛管堵塞，保持有效的防砂能力。穿孔中心管结构比割缝管具有更高的抗挤毁能力，特别适合电潜泵使用，可产生6.9MPa以上的压降。
该系统已在世界上广泛使用。2002年3月，贝克公司使用可膨胀裸眼完井系统为中国石油在印度尼西亚海岸Intan油田的三口井进行了可膨胀完井，使用可膨胀防砂筛管，形成lock EXPress可膨胀尾管悬挂器，EXPress实心可膨胀无眼管，形成pacXL裸眼隔离封隔器。
完井作业成功隔离了生产层，提供了有效的防砂能力，不再需要砾石充填。与传统的完井作业相比，由于取消了施工作业程序中的几项作业，节省了钻机时间。三口井均已投产，生产指标远高于同油藏邻井。
2003年3月，贝克石油工具公司在北美浅层气田首次应用了实心膨胀管、快速筛管系统和变径扩管器。由于地层砂不均匀、分选差且非常细，传统的防砂方法是不成功的。气田有两个储层，被薄页岩隔开。因为下部砂岩中有水层，所以需要层位封隔。所有设备均采用变径胀管器进行膨胀，膨胀完井设备和膨胀工具一起下井。膨胀前后对筛管内径的测量证明，筛管膨胀成功。这口井生产稳定，没有出砂。
(4)exp ach套管补贴制度。
EXPatch套管补贴系统可用于套管井和裸眼井。可以在套管井中密封射孔，以减少水流入量，也可以用于修复损坏或腐蚀的套管。在防砂完井中，可以阻止水流入，这可以放置在pacXL形式的裸眼封隔器之间，以帮助封隔器建立机械液体流动屏障，以选择性地隔离层段。该系统与外壳形成锚定/密封部分。其设置机制不依赖于周围介质的完整性，其长度可以根据应用进行精确调整。
(5)膨胀封隔器
FORM pacXL膨胀封隔器可以防止裸眼尾管和筛管之间的环空流动，同时保持最大的井径。膨胀封隔器使液体再次流过筛管，消除了热点威胁，防止腐蚀。封隔器能承受6.9MPa的压差和121℃的试验。与传统的外部封隔器不同，它不需要注入水泥来产生永久的接触力。
3.3.5等径系统
目前，等径膨胀套管技术用于封堵井内复杂井段，例如，对于异常高压、衰竭地层或膏盐层等复杂井段，该技术可以很好地解决问题。由于膨胀套管的强度、气密性、耐腐蚀性不能完全满足生产要求，Enventure计划于2010实现等径膨胀套管技术在海上钻井领域的现场应用。随着等径技术的发展，其关键技术的突破将大大简化深井、超深井的井身结构，最终实现等径钻井。
直接用膨胀管作为钻杆进行钻井(即膨胀套管钻井)，将是钻井施工的最高境界，可视为钻井技术发展的一个长远目标。套管钻井不仅可以节省下套管时间，产生更小的环空，容易消除井筒中的泥饼效应，还可以配合多分支井和智能井的建设，促进多分支井和智能井的发展，实现可膨胀套管内多分支井的智能生产控制，但会增加额外的时间和成本，钻井过程中还需要增加其他安全措施。
3.3.6膨胀管技术的发展趋势
(1)威德福公司
威德福正投入巨资将其专利膨胀管技术迅速商业化。2003年4月，威德福公司在苏格兰阿伯丁开设了全球可膨胀管技术中心。该中心每年可生产7000多块ESS屏，拥有世界上唯一的四头激光切割机和世界上最大的磨料水射流设备。
在休斯顿和阿伯丁，该公司还拥有两个世界上最大的R&D、测试和培训基地。阿伯丁井下技术有限公司是一个主要的R&D/测试中心，主要为海上油井提供服务。威德福还设计并建造了一个独特的膨胀钻机，对其所有可膨胀管技术产品进行受控的台架试验。该装置有一套完整的数据采集系统，功率相当于一台全尺寸钻机。
数据采集系统与威德福设计工程办公室联网，实验过程可通过视频系统实时传输。可以进行特殊的实验来模拟实际情况。研究团队可以使用休斯顿和阿伯丁的钻机进行现场测试和最终产品评估。
新开发的商业项目如下:
小井眼裸眼尾管:尾管外径为193.7mm，可扩至244.5mm
金属蒙皮套管修复系统:目前有φ 139.7mm× 177.8mm系统，正在开发另外三种尺寸系统:φ 108mm× 139.7mm、φ 193.7mm×244.5mm、φ65438。
威德福公司新开发的柔性膨胀工具可以提高73mm筛管的膨胀效率，满足较小井眼的防砂要求。
该操作系统一趟投入商业应用，提升了φ 101.6 mm和φ 114.3 MMESS屏幕操作效率。在钻井费率高的地区，如西非、墨西哥湾和北海，成本可以显著降低。
(2)哈利伯顿公司
2003年夏天，Halliburton公司生产了φ 215.9 mm Poroflex膨胀筛管系统，该系统采用耐腐蚀合金，随后不久也生产了φ155.6mm筛管，并于2003年底实现了商业化。
在2003年第三季度，引入了两个“标准”Versa Flex可膨胀衬管系统，并增加了尺寸，2004年初引入了适用于深水作业的其他尺寸。
安全DBS正在开发一种特殊尺寸的钻头和配件，以匹配Enventure的一系列膨胀管产品，这些产品将很快交付。
(3) Envventure全球技术公司
Enventure公司的小井眼工艺可以减少套管收缩效应。单径系统可以完全消除缩径效应，减小井眼直径，但总井深的井眼直径增大。
等径井眼技术的首次现场应用是在德克萨斯州的一口气井中进行的，合作单位包括Enventure、壳牌勘探开发公司和壳牌国际勘探开发公司。为了进行这项作业，首先在井内下入φ298.5毫米的套管，然后下入φ244.5毫米的膨胀套管。套管膨胀至内径251.5mm，膨胀套管与外套管由橡胶元件悬挂密封。然后钻掉套管鞋，采用自上而下的膨胀工艺将套管膨胀至内径264.2mm，然后将下部井筒膨胀至311.2mm，再下另一根244.5mm膨胀套管并膨胀。这两段膨胀套管已经进行了27.6MPa的压力试验
Envneture将继续改进其基本膨胀管技术(如裸眼尾管系统、套管井尾管系统和尾管悬挂器系统)，延长膨胀套管长度，缩短作业时间；生产抗挤毁能力更强的套管和更高效的螺纹接头，进一步提高系统可靠性；还将提高套管的抗内压和抗外挤能力，新的螺纹连接将允许膨胀率超过30%。
(4)贝克石油工具公司
LinEXX膨胀尾管系统于2003年第三季度投入使用，能有效封堵事故地层，隔离产层。新衬管膨胀后保持与上部套管相同的内径，该系统可用于密封事故地层。
贝克公司目前的研发重点是防腐合金、可靠的气密螺纹连接、提高实心管膨胀后的外挤强度。