膨胀套管技术与膨胀成型仿真分析.pdf

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1、地质与勘探Vo1．47No．4第47卷第4期2011年7月GE0L0GYANDEXPL0RATIONJuly，2011膨胀套管技术与膨胀成型仿真分析于好善，王成彪，杨甘生，李俊(1．中国地质大学(北京)，北京100083；2．中国地质科学院勘探技术研究，河北廊坊065000)[摘要]膨胀套管护壁技术首先应用于石油钻采领域，在我国地质岩心钻探行业还是空白。该技术的应用可简化钻孔结构，降低钻探成本，堵漏和防塌效果明显，对于孔内事故的预防也有较好的效果。膨胀套管研究成果对我国的科学钻探、定向钻探及非开挖等也有非常重要的应用价值和指导意义，其中膨胀机理研究和膨胀成型仿真分

2、析是该研究的重要组成部分。本文对膨胀套管技术发展状况、工作原理和工作流程做了简单介绍，说明了该技术应用于地质钻探护壁堵漏的可行性。并阐述了实心反拉膨胀方式成型仿真及加载求解体系的建立过程，通过计算机的仿真模拟，可大大地减化人工计算的难度，为膨胀机理的研究打下坚实的基础。[关键词]膨胀套管护壁技术膨胀机理成型仿真[中图分类号]TE21[文献标识码]A[文章编号]0495-533l(2011)04-00692-07YuHao-san。WangCheng-biao，YangGan—sheng。LiJun．Asimulationanalysisofexpansiontub

3、u-lartechnologyandexpansionformation[J]．GeologyandExploration，2011，47(4)：0692-0698．膨胀套管是一门新兴的技术，主要是利用冷挤1／2”(邹枫，2004)。膨胀工具主要有实心锥反拉膨力使套管发生永久性机械变形，直径变大后封堵井胀工具和旋转拟合膨胀工具两种(PierreSeta1．，壁，实现减化钻孔结构、节约钻探成本的目的(A—2001；NoelG，2005)。non，2000：DupalKeta1．，2002；班丽译，2003)。膨国内对膨胀套管的研究甚少，只有少量石油单胀机理的研究包括

4、数学模型的建立、各类膨胀材料位如德州石油钻井研究所、胜利油田研究院、中石油数据库的建立、计算机仿真、膨胀试验装置的建立、勘探规划院在此方面进行了一些研究工作，但其研计算机模拟数据与室内膨胀试验数据的对比与分究重点放在膨胀套管在油管修复和采油中的应用上析，通过以上一系列的工作可以总结出不同材质在(姚彤宝等，2008)。膨胀套管护壁技术用于地质岩不同膨胀率下的膨胀力大小，也可对比出膨胀前后心钻探国内还未见有报道。套管壁厚、套管长度、抗拉强度、抗压强度、屈服强2膨胀套管护壁技术工作原理度、金相组织等的变化。膨胀机理的研究是膨胀套管技术的基础，也是膨胀套管技术能否成功应用

5、于膨胀套管目前有两类：有缝膨胀套管和无缝膨地质岩心钻探的关键所在。胀套管，无缝膨胀套管又有圆形断面和“8”字形断面两种，膨胀器(头)的形状较多(ThomasPeta1．，1膨胀套管护壁技术国内外研究现状2002；李宵等，2005)，如图1所示。在国外只有少数几家大型石油公司在进行膨胀在外力的作用下，直径较大的膨胀器(头)强行套管技术的研发工作，研究成果主要是以技术服务通过膨胀套管内壁，使套管发生塑性变形，管径增的形式应用于生产(CookL，2002；KarrechAeta1．，大。变大后的膨胀套管外壁紧贴事故孑L壁，对事故2005)。目前开发出的用于采油和定向钻井

6、中的套孔壁进行封堵和支撑，从而起到护壁的作用。由于管主要有无缝和有缝两种，套管直径从51／2”到8膨胀套管的内径大小接近上级套管的内径，可保证【收稿日期]2010—10—14_[修订日期]2011—01—06；[责任编辑]郝情情。[基金项目]深孔膨胀套管护壁技术研究(编号：1212010816009)资助。[第一作者]于好善(1965年一)，男，中国地质大学(北京)博士在读，现就职于中国地质科学院勘探技术研究所，教授级高工，长期从事钻探工艺与器具研究工作。E—mail：yhs@cniet．corn。692第4期于好善等：膨胀套管技术与膨胀成型仿真分析豳口国tttt

7、tttttttttttttttttttttt(2)(4)(6)(8)(8)(8)(14)图1各类膨胀头形式图Fig．1Diagramsshowingvarioustypesofexpandingheads(1)一单锥膨胀头；(2)一带应力槽膨胀头；(3)一多锥膨胀头；(4)一长锥膨胀头；(5)一双锥膨胀头；(6)一双扩膨胀头；(7)一球形膨胀头；(8)一侧冲式膨胀头；(9)一圆台形膨胀头；(10)一球形无冲洗膨胀头；(11)一带密封膨胀头；(12)一带密封双扩膨胀头；(13)一圆柱形膨胀头；(14)一圆柱形双扩膨胀头(1)一single—awlexpandable

8、head；