注蒸汽井套管热应力分析及管柱强度设计

介绍了适合注蒸汽井温度场、套管三维热应力分析的有限元计算理论和方法。经过大量的计算，得出了注汽井四种工况下的温度场、套管三维热应力分布规律。考虑套管的受热、受力特点，研制出了相应的套管柱设计软件。现场实践证明，该理论和方法符合注汽井实际。结论认为，隔热管要居中且接箍处要隔热；水泥需近到井口；Ｎ８０套管需提拉预应力；油层部位套管应采取高钢级耐热套管。     

注蒸注井套管热应力分析及管柱强度设计

介绍了适合注蒸汽井温度场，套管三维热应力分析的有限元计算理论和方法，经过大量的计算，得出了注汽井四种工况下的温度场，套管三维热应力分布规律，考虑套管的受热，受力特点，研制出了相应的套管柱设计软件，现场实践证明，该理论和方法符合注汽井实际。结论认为，隔热管要居中且接箍处隔热，水泥需返井口；Ｎ８０套管需提拉预应力；油层部位套管应采取高钢级耐热套管。     

水平井蒸汽驱井底压降数值计算

在蒸汽驱油过程中提高注汽速度,井口和井底管柱压力将大幅度上升,影响驱油效果。利用数值模拟方法研究了水平井蒸汽驱中注汽速度和蒸汽持液率、水平井小孔数量和孔径对井口和井底管柱压力的影响。计算结果表明,蒸汽注入量越大,井口和井底管柱压力越大;管壁上孔径越大,小孔数量越多,井口和井底管柱压力越小;注入蒸汽持液率越高,井口和井底管柱压力越大。适当减小注蒸汽速度和持液率,增加小孔数量和内径,能有效地减小井口和井底管柱压力。     

水平井双管注汽工艺技术

水平井双管注汽工艺技术采用内外管方式分别对水平井前端和末端注汽.井口配套工具采用双四通、双悬挂器,同时应用等干度分配器实现双管柱内的蒸汽流量控制及等干度分配,隔热方式为氮气隔热,经现场试验取得良好效果。双管注汽技术的研制成功表明该技术能够在井口实现注汽量的动态调整.使注汽利用率得到提高,有效改善了水平井的开发效果。     

注蒸汽井套管的热应力数值分析

利用ANSYS有限元软件的耦合场分析功能,通过模拟现场热采工况,开展了稠油注蒸汽井井筒的温度场、应力场数值模拟研究。结果表明,采用隔热性能较好的隔热油管不仅能够大大减少井筒的热损失,增加注汽效果,而且可以使套管壁温度和套管Mises应力大幅降低,从而有效地保护套管,使其不发生强度破坏;注汽过程中施加预应力,可使套管达到屈服时的注汽温度升高,这对套管具有一定的保护作用。模拟研究结果为制定合理的注蒸汽井套管损坏预防措施提供了依据。     

水平井双管注汽工艺技术

水平井双管注汽工艺技术采用内外管方式分别对水平井前端和末端注汽，井口配套工具采用双四通、双悬挂器，同时应用等干度分配器实现双管柱内的蒸汽流量控制及等干度分配，隔热方式为氮气隔热，经现场试验取得良好效果。双管注汽技术的研制成功表明该技术能够在井口实现注汽量的动态调整，使注汽利用率得到提高，有效改善了水平井的开发效果。     

光纤DTS监测在海上油田热采井中的应用

为了监测蒸汽吞吐作业中油套环空及水平段注汽管内的蒸汽温度变化,为现场蒸汽施工作业提供井下数据支持,采用分布式光纤温度监测技术DTS,通过将光缆捆绑在隔热油管外和Y管穿越到水平段油管内部的工艺管柱结构,对油套环空和水平段温度进行监测,成功录取了注汽前期、注蒸汽、焖井、放喷4阶段全井段温度数据。测量数据分析结果显示,注汽期间水平段温度最高可达368.22 ℃,根据环空温度的变化趋势,对蒸汽上返开展实时监测并采取措施进行控制,为注汽提供安全性保障。现场试验表明,通过监测注汽过程中的油套环空温度可以对隔热油管的隔热性能进行评价,通过监测焖井、放喷期间水平段的温度变化可以为后续的注汽效果分析及油藏数值模拟提供更为准确的测试数据支持。     

河南油田地面活动注汽管的设计及施工

地面活动注汽管主要应用于稠油开采,能够满足油田注汽锅炉设计工作压力≤27MPa,设计工作温度≤374 ℃的蒸汽输送要求.该技术在施工设计时应注意的是注汽管与井口的连接必须使用管路连接调节器,其可有效吸收井口位移达1.2 m;此外还应注意的是注汽管每100 m,直线距离60 m需要设置管路连接调节器作补偿器.补偿器吸收热膨胀,属于不稳定结构,需设地锚固定.与中低支架敷设的注汽管线相比,地面活动注汽管具有方便性和重复利用的特点,从长期考虑,可以节省大量工程投资.     

高3断块烟道气蒸汽混注驱替实验研究

高3断块位于辽河盆地西部凹陷北端,根据高3断块的油藏条件,通过室内驱替实验研究了烟道气蒸汽混注条件下的驱油效率,并通过理论计算和原油模拟蒸馏实验对混注时的驱替机理进行了分析.结果表明,混注条件下蒸汽组分的分压降低,井底蒸汽干度相应提高,因此在注入相同的蒸汽质量当量下,热流体的波及范围增大;混注时原油蒸汽蒸馏效应得到强化,原油的初馏点温度降低了22℃,注汽温度为220℃下原油可蒸馏体积增加值由驱替初期的5%提高到10%.烟道气蒸汽混注驱替实验结果表明,低注汽温度范围(<220℃)内,气汽混注比例增加,驱替效率升高,高注汽温度范围(≥220℃)内,气汽混注比例增加,驱替效率增值缓慢.对于高3断块,适宜的混注气汽比例为0.5∶1,比纯蒸汽驱原油采收率提高3%.图5表1参5(刘慧卿摘)     

隔热型注汽管柱优化设计

通过对注汽管柱的热损失分析、计算,设计完成新型隔热型注汽管柱,并通过计算注汽管柱的伸长量,优化设计了伸缩管的长度及封隔器的安装位置,使由注汽管柱伸缩造成的封隔器与套管壁之间的相对滑动摩擦运动给封隔器密封件造成的损害降低到最小,从而提高注汽管柱的隔热效果,减少热量损失,最终达到提高注入蒸汽到达井底的温度和干度、提高油井的油气比、降低采油成本的目的.     

注汽井套管的受力与变形

本文对注汽井套管的受力与变形提出了简要的计算方法,包括:老井改为注汽井时有水泥环部分套管和无水泥环部分套管的强度计算方法;新井中深井采用预应力套管时,预应力的计算方法。     

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.     

提高直井与水平井组合SAGD泄油速率技术研究

针对辽河油田直井与水平井组合SAGD井组在开发过程中存在泄油速率低、蒸汽腔扩展不均匀等问题,以R.M.Bulter建立的双水平井泄油模型为理论基础,将直井与水平井简化为双水平井,在考虑端点效应有限长度水平井日产量方程的基础上,建立了水平井的泄油速率模型,并得到直井与注汽水平井组合SAGD上产和稳产阶段的泄油速率方程。分析泄油速率方程发现,直井与水平井组合SAGD井组泄油速率的主控因素为泄油井点数和蒸汽腔纵向扩展高度,结合辽河油田稠油开发实践,给出了直井与水平井组合SAGD井组提高泄油速率的技术措施,即水平段跟部注汽井增加2口,并将注汽井注汽排量提高20%,同时将最佳射孔位置设在靠近低物性段处,补孔长度确定为8 m。该技术在辽河油田6井组进行了现场应用,日产油量均呈现不同程度的上升,取得阶段性成功,为进一步提高SAGD井组泄油速率奠定了良好的基础。      

热采水平井注蒸汽四参数测试仪研制及应用

针对现有测试技术无法满足热采水平井注蒸汽四参数测试需要的状况,发明了水平井井下蒸汽干度测试方法,并研制出水平井注蒸汽四参数测试仪。该测试仪采用连续管起下、金属绝热瓶隔热、井下单片机采集存储数据、地面主机回放处理结果的方式,它不但能对水平井水平段的温度、压力、流量和干度4个参数同时测量,还能测试水平井水平段的吸汽剖面。该测试仪已在胜利油田2口注汽水平井测试中应用,成功率100%,测试起下安全可靠,井下工作稳定,测量精度高,能满足油田水平井注蒸汽四参数测试要求。     

水平井蒸汽驱开采稠油数值模拟研究

方法利用数值模拟方法,研究了水平井蒸汽驱过程中注汽速度、蒸汽干度及水平注采井距对蒸汽驱效果的影响。目的提高水平井蒸汽驱开采稠油的开发效果。结果注汽速度越高,相同时间内采出程度越大;注汽速度对累积油汽比的影响在不同时期有不同的规律;根据模拟结果,计算了不同注汽速度下净产油量的净现值,确定出开发期内的最佳注汽速度,本油藏模拟期内的最佳注汽速度为１２７ｍ３／ｄ;蒸汽干度对蒸汽驱效果的影响受注汽速度制约,注汽速度较低时,蒸汽干度越高,开发效果越好,但注汽速度较高时,蒸汽干度过高,反而使开发效果变差;注采井距对蒸汽驱效果,特别是蒸汽突破时间影响显著,注采井距应大于水平段长度。结论水平井蒸汽驱开采稠油主要受注汽速度、蒸汽干度和注采井距的影响,只有合理选择上述参数,才能取得较好的开发效果     

页岩夹层及压裂裂缝对蒸汽辅助重力泄油蒸汽腔扩展的影响

为了研究储层非均质特征对SAGD蒸汽腔扩展的影响,通过顺序指示模拟方法（SISIM）建立了不同页岩夹层分布模式,基于油藏数值模拟定义了“上部蒸汽腔分数”、“下部蒸汽腔分数”、“总蒸汽腔分数”的概念,研究了不同页岩夹层分布模式和压裂裂缝形式对SAGD蒸汽腔扩展的影响。研究结果表明:随着地层内页岩夹层发育的增多,页岩夹层对蒸汽腔扩展的限制作用增强,并呈现出蒸汽腔垂向扩展减弱而水平方向扩展增强的趋势;不同页岩概率下总蒸汽腔分数与采收率呈现较好的线性函数关系;压裂裂缝能改善SAGD蒸汽腔扩展和开发效果,垂直裂缝通过扩大蒸汽腔垂向发育高度加快了SAGD泄油速度,开发效果好于水平裂缝;移位垂直裂缝可以降低垂直裂缝导致的注采井间蒸汽窜流,蒸汽腔扩展及开发效果都好于垂直裂缝。     

辽河油田热采井套损防治新技术

辽河油田稠油热采过程中套管损坏严重。经大量调查研究认为，造成套管先期损坏的原因是：热应力大，油井出砂，API圆螺纹接头和偏梯形螺纹接头不适合热采井要求，水泥封固质量不好，水泥环空段套管易变形，隔热管和隔热措施不力。采取的措施有：提拉预应力，用N80偏梯套管取代普通套管，使用热呆专用水泥返到井口．用良好的隔热管。治理后热采井套管损坏虽有所下降，但套管先期损坏依然严重。采取的新措施主要是：用热应力补偿器减少注蒸汽时套管应力，用TP100H套管以增强抗热变形能力，用TP120TH外加厚套管解决油层套管因出砂和射孔引起的套管轴向应力问题。经过长期的研究与实践，减缓了热采井套管先期损坏速率。参13     

新疆油田水平井分段完井注汽技术

为改善新疆油田稠油热采水平井的注汽开发效果,进行了水平井分段完井分段注汽技术研究与现场试验。利用管外、管内热敏封隔器及配套工具设计了分段完井、注汽采油管柱,结合超稠油流变性试验与数值模拟技术完成了地层屏蔽有效性论证,优化了盲管段长度;实现了强制注汽,并有效防止2个注汽井段之间的汽窜,保证分段注汽效果。2011年,新疆油田9口稠油水平井采用高温热敏封隔器进行水平井分段完井、分段注汽试验,施工成功率100%,与常规双管笼统注汽的邻近水平井相比,分段完井的水平井首轮吞吐平均油汽比高0.44,吸汽剖面得到改善,分段注汽效果明显。这表明稠油热采水平井分段完井及注汽采油技术是可行且实用的先进技术,为新疆油田超稠油高效开采提供了新的技术手段。      

多点注汽水平井井筒出流规律数值模拟

基于多点注汽水平井管柱结构,考虑注入蒸汽在水平井筒内的变质量流特性及注汽阀节流压差的影响,建立了多点注汽水平井井筒与储层耦合数学模型,并采用迭代方法对其进行了求解;以此为基础,系统研究了多点注汽水平井井筒出流规律。结果表明:多点注汽水平井注汽过程中,水平段油管内压力、温度和蒸汽干度从水平井跟端到趾端逐渐降低,但压力和温度降低幅度并不显著,蒸汽干度降低幅度较为明显;蒸汽注入量与注汽阀节流压差沿水平段均呈不对称的"U"型分布,且随着时间的增加,蒸汽注入量沿水平井段的不均匀性越来越严重,蒸汽注入量不均匀系数越来越大;通过调整注汽阀沿水平井段泄流面积可以在一定程度上减缓蒸汽沿水平井筒的不均匀注入。