 伸缩节在膨胀套管作业中的应用
套管补贴是将伸缩节管下到井内以液压力或机械力使其直径扩大，管体发生塑性变形紧贴于被修复套管的内壁，以恢复井筒的密封性和完整性。液压方式施工方便，井下工具简单，目前国内多以该方式为主。但液压方式的施工压力较高，任何一个环节的密封失效都会造成膨胀作业的失败，因此降低施工压力是膨胀套管作业的一项重要技术及安全要求。笔者通过分析套管膨胀过程中膨胀压力的变化，证明在实际施工中，使用金属伸缩节可以降低膨胀作业中的最高膨胀压力，减少作业风险。
1膨胀压力室内试验分析
膨胀套管、套管、膨胀锥和打压油管都是水平放置，膨胀套管外黏结锚定胶筒，打压油管与膨胀管之间有扶正器，打压油管悬空部位用直径适当的圆钢支撑，使打压油管保持水平状态，并在膨胀过程中随油管移动。这时油管的重力Gg、膨胀管的重力Gp都与管体的轴线垂直，在膨胀过程中对膨胀力的大小没有影响，因此在室内试验分析时可不考虑。
膨胀管初始膨胀过程的压力变化，开始打压时，压力上升速度很慢，当达到最大压力23.6MPa时开始膨胀，膨胀开始后膨胀压力减小，最小压力为22.8MPa。
膨胀套管下井后膨胀压力分析管柱下入井内后，处于竖直状态，膨胀管系统的受力状况发生变化，在室内试验中不予考虑的油管重力、膨胀管的重力都对膨胀压力产生影响。
2.1管柱打压自由膨胀阶段
打压前，首先要在油管内灌满水，如果管柱外的环空没有完全充满液体，则液柱的高度差对膨胀套管将产生一个附加的膨胀压力，同时膨胀管自身的重力也会产生一个附加的膨胀压力。由于膨胀管自身的重力和水柱压差的存在，膨胀套管的初始膨胀压力低于室内试验的最小膨胀压力。在此膨胀过程中，膨胀套管向下运动，膨胀锥不动，膨胀腔管内的膨胀压力保持不变。
2.2初步锚定阶段
当膨胀套管下行，胶筒到达膨胀锥位置时开始被膨胀，受膨胀套管和原井套管挤压，对膨胀套管产生向上的摩擦力，随着锚定胶筒摩擦力的增加，为保持膨胀过程的进行，膨胀腔内的压力也会随着摩擦力的增加而增加。
2.3完全锚定阶段
当膨胀套管初步锚定后，胶筒的摩擦力等于膨胀管的重力，膨胀管下行停止。继续打压，这时膨胀锥开始向上移动，由于膨胀锥与打压管柱相连，管柱初始处于拉伸状态，随着膨胀锥的上移，钻具由拉伸变为压缩，钻具的重力逐步加到膨胀锥上，膨胀锥要克服钻具重力、膨胀锥与膨胀套管之间的摩擦力才能上行，膨胀腔内的压力也不断增加达到最大值，以至于可以在井口看到钻具上移或悬重下降。这时的膨胀压力为最大膨胀压力，这是由于打压油管的重力所产生的压力附加于膨胀锥上所致。
以外径73.03mm、壁厚5.51mm的标准油管每米重9.5kg计算，1000m油管对最大外径为108mm膨胀锥产生的附加压力为10.17MPa。由以上分析可以看出，自由膨胀阶段的膨胀压力最小，甚至小于室内试验时的膨胀压力；完全锚定后的膨胀压力最大。这个最大压力是无法克服的，因为在未确定完全锚定前，绝对不能上提钻具。这个最大压力就造成了膨胀套管作业的最大风险，而波纹伸缩节的应用可以消除由钻具重力所引起的附加压力。
3伸缩节在膨胀管柱中的应用分析
3.1金属波纹伸缩节原理
油管用伸缩节是用来吸收一定量油管的轴向运动，常用来消除由于抽油泵的往复运动所造成的油管蠕动。伸缩节一般由外筒、内筒等组成。内筒通过密封环安装在外筒内，且可以在外筒内滑动。与内筒相连的管柱上下蠕动量在伸缩节的伸缩范围内时，伸缩节的外筒不会随着内筒的运动而运动，起到隔离运动的效果。
3.2伸缩节的作用
将伸缩节连接在最接近膨胀锥的位置，未膨胀时膨胀套管悬挂于膨胀锥上，伸缩节初始位置处于完全拉开状态。膨胀作业时，伸缩节可起到重要的作用。
（1）消除油管柱产生的附加压力。连接有伸缩节的膨胀管柱下井后，伸缩节处于拉伸状态，在自由膨胀阶段，膨胀套管向下移动，锥不动，伸缩节也没有运动，膨胀压力小于室内试验时的压力p。初步锚定阶段，锚定胶筒的摩擦阻力不断增加，膨胀管的下行速度减小直到停止，膨胀压力升高到p，这时伸缩节处于拉伸状态。从初始锚定到完全锚定。膨胀套管停止向下移动，膨胀锥开始向上移动，这时伸缩节收缩，油管柱的重力不会传递到膨胀锥上，也就不会增加膨胀压力，不管油管柱的重力有多大，这个阶段的膨胀压力仍为p。由此可以看出，伸缩节的应用可以消除打压管柱所产生的附加膨胀压力。当伸缩节全部收缩完后，膨胀管的锚定过程就结束了，泵压会有一定的升高，这时可以用上提油管柱的方法来辅助膨胀管的膨胀，以降低膨胀压力。
（2）有利于提高锚定的准确程度。从初始锚定到完全锚定阶段，如果没有伸缩节，随着膨胀压力的升高，整个油管柱和膨胀管的重力都会传递给锚定胶筒，而这时的锚定力还不足以支持所有钻具的重力，胶筒和膨胀管继续下行，造成膨胀套管预定下入位置的偏差更大。而伸缩节的加入，隔离了钻具的重力，使锚定阶段胶筒的受力相对稳定，当伸缩节完全收缩后，锚定过程也就基本结束了。从室内实验数据看，单个胶筒的锚定力可达200kN，伸缩节的伸缩长度为600mm，在此长度内，完全可以使4只长度为100mm的胶筒完全锚定而不受钻具重力的影响，可锚定的膨胀管的质量达8×104kg。
（3）方便施工作业。伸缩节的应用，使司钻配合膨胀过程中上提钻具的工作变得简单，伸缩节的伸缩过程有一定的缓冲距离，司钻不必随时上提钻具，减小了操作难度。
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