辽河油田稠油热采井套损问题及防治

辽河油田是一个以稠油开采为主的油田，稠油产量占总产量的70％。伴随着稠油热采的进行，稠油热采给钻完井技术带来了新的挑战，即在热力开采过程中发生了大量的套管先期损坏的问题。经过大量调查研究找出了影响套管先期损坏的原因。在研究分析造成套管先期损坏原因的基础上，研究了各种预防套管先期损坏的技术，从初期的N80套管、提拉预应力、水泥浆返到井口到现在的热应力补偿器、TP100套管、TP120外加厚套管等的应用。在长期治理热采井套管先期损坏问题中，应用综合治理技术，有效地减缓了热采井套管先期损坏速度。     

稠油热采井套管保护技术研究

针对蒸汽吞吐时发生汽窜、地层出砂及水泥环破裂掏空的情况，利用ANYSIS有限元分析的数值模拟，对井筒热应力和热膨胀进行了分析。注蒸汽井间发生汽窜时，易诱发地层出砂，最大热应力都发生在套管内壁，且超过了N80套管的热弹性屈服极限，最大热膨胀都发生在温度变化过渡区，是诱发热采井套管变形损坏的主要原因。套管周围地层掏空时，其热应变达到了2％，远超过材料弹性极限应变的0．3％，是热采井套管变形损坏的主要原因。提出套管保护对策，并开展了4项相应防治技术先导试验，取得了较好的保护套管效果，形成了稠油热采井套管保护配套技术。     

热采井出砂套管损坏机理的有限元分析

热采井出砂套管损坏机理已成为桐油热采生产中迫切需要解决的问题。油层大量出砂造成的空洞、塌陷等引发套管弯曲，局部热应力集中，使套管应力增加而损坏。文章采用三维有限元法，对辽河油田杜84段二区内的若干口井，按照出砂量的不同进行数值计算．得到了热采井套管、水泥环、射孔与油层的应力场分布规律及套管的应力与出砂量的变化关系，并得出了热采出砂井套管损坏的机理。     

热采井首次注蒸汽后井筒应力分析

用有限元法计算了热采井在首次注蒸汽后井筒及周围水泥环和岩石中的应力分布，并分析热采井套管损坏的主要原因，为防治热采井套管损坏提供理论依据     

热采井井筒热应力耦合的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立了热采井井筒热应力耦合的瞬态分析模型。分析结果表明,注汽初始阶段套管内会产生较大的热应力;由于套管材料的膨胀系数大于水泥环的膨胀系数,在注汽过程中水泥环限制了套管的热膨胀,从而在套管外壁产生较大的热应力;经过几轮蒸汽吞吐,套管上会积累较高的残余应力。该分析为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供可靠的依据。     

热采井套管损坏机理及防治技术--以单家寺油田为例

热采井经多轮次蒸汽吞吐后套管易疲劳损坏是稠油油藏开发过程中普遍存在的问题。通过对单家寺油田现场调查分析，找出了热采井套管损坏的基本规律，重点对油层出砂及注汽时对套管的损害机理进行研究，并采用有限元数值模拟方法分析了高真空隔热管注汽时对井筒热应力场的影响规律。开发了热采井防砂、环空充氮、采用新型热敏封隔器等防治技术，现场应用取得了较好的效果。通过综合防治，单家寺油田油井套损率已由2000年的0．33％下降到2003年的0．16％。     

热采井预压固井技术

计算表明，注蒸汽稠油井如果用常规方法固井，在通常的注汽温度下，套管都因热应力而产生屈服变形。目前现场常用的防止套管热破坏方法不能从根本上解决问题。提出了热采井预压固井技术，即在注水泥结束后，向油层套管施加压力，使套管膨胀。计算实例表明，采用预压固井技术后，热采井在整个生产周期内，套管不但正常，而且还有较大的安全系数。给出了热采过程中，套管内应力的计算模型。     

热应力补偿器在超稠油开发中的应用

针对特种油开发公司热采井套管损坏日益严重，制约了热采油井的正常生产这一问题，引进了套管热应力补偿器，并在现场198口热采井中进行了应用，有效缓解了热采井的套管损坏，使套管损坏率下降了10个百分点以上。     

注汽工艺管柱对热采井套损的影响

针对多轮次蒸汽吞吐的情况下 ,胜利油田热采区块套损井数逐年增多的问题 ,分析了不同隔热性能的隔热管对套管温度、热应力分布的影响 ,表明提高隔热管的隔热性能可有效降低套管温度和热应力 ;对隔热管接箍区和封隔器附近套管的温度和热应力进行了计算分析 ,发现在这两个区域套管壁的温度和热应力均大大高于管体区平均值 ,该段套管容易损坏。在此基础上 ,提出采用新型注汽工艺管柱结构、采用高真空隔热油管和改进接箍结构等防止套损技术措施     

热采井套管的材料温度效应及应力分析研究

考虑套管材料力学性能的温度效应，采用非线性力学中的全量和增量计算方法，建立了热采井套管三轴应力计算模型，举例对比分析了不考虑水泥环／地层影响的轴向应力和考虑水泥环／地层影响的三轴应力，以及所需要施加的预应力值，并计算了热采井套管所能承受的极限温度。由研究得出结论：(1)考虑水泥环／地层影响后，套管因温升引起的应力变化为三轴应力，环向应力较大，而径向应力足以挤毁套管；(2)考虑弹性模量随温变化后，套管热循环应力出现非线性，应采用增量方法计算热应力；(3)准噶尔西北缘百重7井区大量套管损坏的主要原因是注汽强度(温度)过高，超过了所用套管的强度极限。     

Casing cementing with half warm-up for thermal recovery wells

Thermal recovery is a very common and effective method for producing heavy oil. Casing failure is a very serious problem in thermal recovery wells. In some oilfields, more than 95% of thermal recovery well's casing was failed due to thermal stresses. In the steam injection process, the casing is heated by steam. Change of casing temperature produces thermal stresses in the casing. The casing deforms when stresses exceed yield point of its material. If using conventional cementing technology for thermal recovery wells, the casing deforms due to thermal stresses in steam injection process. Technologies conventional used to protect the casing from failure for thermal recovery wells are ineffective theoretically. Casing cementing with half warm-up for thermal recovery wells refers to heat payzone production casing to a certain temperature and makes it expand in cement slurry solidifying period. Calculations show that casing cementing with half warm-up performs greater safety coefficient during the whole production cycle and no plastic deformation. This technology will be an important method to prolong thermal recovery well's casing life.     

超稠油井隔热套管完井工艺技术及现场试验

提高注入蒸汽热焓是超稠油热采开发的关键技术之一.为了保证蒸汽注入过程中的热焓,最大限度地降低热损失,防止高温蒸汽热胀冷缩损坏套管和水泥环,必须采用井筒隔热技术.常规的普通套管完井工艺配套热采隔热工艺技术,一般采用隔热油管注汽,普通油管转抽,导致频繁作业,下入井下工具多,事故风险大.隔热套管完井技术,采用隔热套管完井,配套注汽和生产一体化普通油管生产管柱,可有效解决井筒隔热问题,提高套管、水泥环的安全性和蒸汽热能的利用率,且可在放喷后马上转抽,使注采工艺得以简化,降低了人工成本和作业费用.在河南油田的超稠油区块现场应用中,该技术取得了很好的效果,实施的2口直井产量是该区块同类型井的2倍左右,经济效益明显,也为在同类油藏水平井实施先导试验作了有益尝试.     

隔热管气密封性能的评价与泄漏原因分析

通过全尺寸试验,研究了我国稠油热采油田注蒸汽用隔热管的气密封性能,这种隔热管在模拟热采井工况条件下气密封性能很差,存在着严重的泄漏现象。指出偏梯形螺纹连接本身存在较大的泄漏通道,是造成泄漏的内在原因;工厂为弥补这一缺陷而设计的密封圈质量较差、密封槽设计不合理,以及所使用的螺纹脂不耐３５０℃高温,是造成隔热管泄漏的外在原因。针对上述泄漏原因,提出选用特殊螺纹套管作为隔热管的外管,研制新型耐３５０℃高温螺纹脂,改进密封槽的设计及选用质量好的密封圈等三项相应的改进措施。     

稠油热采井注汽及油层出砂对套管的影响

对胜利油田单二区块稠油热采井注汽及油层出砂进行了有限元数值模拟研究,得出如下结论:(1)油层注汽引起岩层温度升高,套管应力增加,易造成套管轴线偏离,发生错断;(2)热采井出砂严重时,出砂区域地层软化,地层骨架失去承载能力,出砂区域内套管轴向应力为压应力,当超过极限应力时,易发生套管弯曲变形、错断和缩径;(3)随着出砂量的增大,套管射孔孔眼应力集中系数增大,当孔边应力达到套管材料的屈服极限时,会导致孔眼塑性破坏。     

稠油热采井套管的预应力分析

以暴露于热蒸汽中的目的层套管为研究对象,根据弹性力学理论,首先给出了套管在热应力和非均匀地应力作用下的三轴应力表达式,然后利用对套管施加预应力来降低套管的轴向热应力,使得套管的有效应力控制在相应温度下套管的最小屈服极限内为原则,得到了热采井套管三轴预应力设计方法,并对辽河油田常用的N80钢级套管进行了预应力设计分析,给出了该套管在不同注汽温度和井深条件下所应使用的径厚比及相应的预应力值。研究表明,拉预应力在一定范围内有利于提高套管的安全性,传统的单轴预应力设计方法具有明显的缺陷,建议以后稠油热采井在进行预应力设计时应考虑热应力和实际非均匀地应力的共同作用,以及油层出砂对套管产生的影响。     

CBL VDL和CCL测井技术在检测套管脱扣方面的应用

套管在井下发生脱扣失效事故之后通常要采用测井方法确定失效位置和失效形式。经过对多口井CBL、VDL和CCL套管测井结果进行了调查研究和分析,发现API接箍式偏梯形螺纹接头套管、接箍式特殊螺纹接头套管和直连型特殊螺纹接头套管接头部位在测井图像中均有不同各自的特征,不正常的CCL和CBL曲线和VDL波形位置表明了套管损坏位置和损坏形式。根据CCL、CBL和VDL波形测井结果,可以判断套管接头从现场端脱扣或工厂端脱扣。     

高抗挤厚壁套管的开发与应用

介绍了中原油田油水井在盐膏层段套管损坏的原因及设计现状,分析了盐膏层段中套管的受力状况及损坏的规律,为防治套管损坏,延长油水井寿命,研制开发了TP130TT套管以及与之相配套的工艺、工具等。经现场应用情况表明,固井质量合格率达100%,试压一次成功率达100%。