Page 174 - 修井工程

采用机械膨胀装置———膨胀锥， 使钢管发生永久性机械变形； 在液力压差和 或（ ） 直接的
机械推 拉（ ） 力作用下， 驱动膨胀锥在钢管内产生移动， 使钢管超过弹性极限发生塑性变
形， 膨胀到预定的内径和外径， 同时保持应力在极限屈服强度之下； 通过连接膨胀锥的工作
管柱 （钻杆） 泵送压差， 机械力则由提升或下放工作管柱产生。

可膨胀式实体管的优点是： 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。

可膨胀式实体管的缺点是： 膨胀性能差， 最大膨胀率约 25%； 膨胀力大， 约为可膨胀
式割缝管的 30 倍； 对选材的要求高； 成本较高。

四、 膨胀管技术的研究现状

膨胀管技术是一项富有生命力的新兴技术， 所涉及的研究内容较多， 是一个系统工程，
其应用领域也日益广泛。 膨胀管技术研究主要集中在以下几个方面。

1.材料学研究

针对膨胀管除要求良好的膨胀性能外， 还必须对膨胀后管材的综合机械性能进行研究，
尤其是实体管， 必要时用作生产管柱或尾管悬挂器， 其材料必须具有足够的强度、 良好的塑
性、 冲击韧性以及抗腐蚀、 磨损与断裂的性能。 国外在这方面做了大量的研究工作， 并对
K 和55 L 80 两种 5in 套管膨胀 20%以后的机械性能进行了测试， 其机械性能有所降低，
尤其是抗外压性能下降 30%。 经工艺改进后， 该抗外压性能大大提高， 综合机械性能可满
足 钢APISpec5CT 的性能要求。

管柱膨胀后的机械性能研究是一个重点， 因为管柱在膨胀以后必须具有足够的强度、 良
好的塑性及抗腐蚀、 耐磨损等性能。 国外对选定尺寸的实体套管膨胀前后的机械性能进行了
比较， 主要包括强度、 延展性、 抗冲击韧性与抗破裂性研究。 所有的膨胀实验都是在室温条
件下进行的， 在稍高温度 超过（ 176℃） 下膨胀性能与之相似。 实验结果表明， 膨胀改变了
材料的耐冲击韧性。

2.膨胀管的连接研究

要使膨胀管技术真正应用到石油钻采行业中， 连接技术非常关键， 尤其是实体管， 必须
保证膨胀前后膨胀管管柱连接及密封的完整性和可靠性。 这一方面国外做了大量的工作， 设
计出特殊的连接螺纹， 对加工制造和现场施工都做了严格的规定。

3.驱动系统 （驱动头） 的研究

驱动头的作用是促使膨胀管膨胀， 其作用力的大小与管柱的几何尺寸、 壁厚及机械性能
有关。 目前研究应用的有固定式驱动头和可变径驱动头两种， 固定式结构简单， 但工艺性较
差； 可变径式能保证膨胀管的膨胀， 操作也简便。 为减小驱动时的摩阻， 驱动头上应涂覆氧
化锆涂层。

4.配套工艺研究

应根据膨胀管的具体应用情况来完善相关工艺可行性及工艺实施过程， 如扩眼、 注水
泥、 钻塞等都不同于常规的钻井技术。

无论是割缝管还是实体管， 都是以常规的尺寸下到井内预定位置， 固定后注入水泥， 在

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