杨楼油田热采井套管错断原因分析及对策研究

杨楼油田是位于泌阳凹陷北部斜坡带的一个稠油油田,2004年投入注蒸汽开发,截至2006年6月累计发现套损井32井次,占总井数的47.1%,严重阻碍了杨楼油田的开发步伐。系统分析了套管材质、注汽工艺、固井质量等相关因素对套管受力状况的影响,提出了导致杨楼热采井套管错断的主要原因,并制定了相应的预防对策。采取新的措施后投入现场应用8口井,实施注汽三个周期,没有发生套管损坏,取得了良好效果。     

稠油热采井套管头

新疆克拉玛依地区蕴藏着丰富的稠油资源,稠油产量约占中国石油新疆油田公司总产量的30％以上。稠油热采工艺是目前稠油开发使用最为成熟的工艺技术,但是,若采用常规的井口装置,可能会导致油井生产过程中出现井口失控上窜、套管受损等情况,严重的则会造成热采井报废,给安全生产带来极大的损失。中国石油集团西部钻探工程有限公司克拉玛依钻井工艺研究院开发研制的稠油热采套管头,部分解决了上述问题。该产品与其他稠油热采配套技术成功应用,实现了稠油热采井安全高效的生产,为油田持续稳定的发展提供可靠的保证。     

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。     

海上热采井套管伸长量分析研究

通过对井筒径向传热过程进行分析,建立热采井井筒温度剖面计算模型,从而获得井筒的温度分布情况,进而分析热采井套管柱力学,计算套管伸长量,为海上热采井实施预应力固井与井口抬升问题提供数据支持。     

一种稠油热采井用抗硫套管试验研究

为了保证稠油热采井工况下石油套管的性能,采用低碳Cr-Mo钢和V、Ti等元素微合金化的设计,利用纯净钢冶炼技术,并配合适当的“高频电阻焊+热张力减径+热处理工艺”的生产工艺,设计出了一种稠油热采井用抗硫套管。对试制套管的几何尺寸、力学性能、高温性能、腐蚀性能等进行了检测分析。结果表明:试制套管的几何尺寸精度高,椭圆度≤0.25%,壁厚不均度≤6%;强韧性匹配好,具有较高的高温强度和低的线膨胀率,在350 ℃高温时屈服强度折损率≤15%,拉伸强度折损率≤10%,线膨胀率≤15%;抗硫化氢应力腐蚀性能优异,依据NACE TM 0177标准中A法A溶液,在加载496 MPa应力下H2S应力腐蚀720 h后试样不开裂;同时,还具有优异的抗外压挤毁和内压至失效性能。     

基于残余应力的热采井套管安全评价分析

针对热采井中套管接头螺纹发生漏失和滑脱现象,采用有限元数值模拟,得到井筒的温度场分布,将温度场导入到应力场中计算套管残余拉应力与吞吐周期的变化规律,并进行曲线拟合,建立了适合于蒸汽吞吐过程中套管残余应力评估的关系式;结合套管的剩余强度和极限剩余强度对套管进行了安全评价。该研究结果为建立合理的热采井套管损坏预防措施提供了理论依据。     

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。     

热采井套管螺纹连接有限元分析

针对注蒸汽热采井套管螺纹连接的性能进行了ANSYS计算分析，建立了套管螺纹连接的有限元计算模型，选择了接触分析模块，计算了热采井套管连接螺纹牙的受力分布，得出套管螺纹连接在热采井中的力学性能变化规律。     

热采井套管残余应力计算新方法

为更好地解释热采井套管的损坏,对油田热采井套管选型做出指导,建立了热采井套管累积残余应力的计算模型.对克拉玛依油田百重7井区水平井的套管进行分析计算,得出了热采井套管残余应力计算的新方法和套管拉伸损坏的更好解释.     

海上油田稠油热采井注采一体化工艺技术研究

渤海油田稠油资源丰富,多元热流体吞吐与蒸汽吞吐等热采技术试验效果较好,但需采用注采两趟管柱予以实现,导致热采开发成本较高。鉴于此,通过举升工艺优选、管柱设计、井下关键工具设计、专用井口装置设计及地面配套工艺优选等研究,形成了海上油田稠油热采井注采一体化工艺技术,实现了海上油田稠油注采一体化领域从0到1的突破。现场试验结果表明:该技术所用工具耐温性好,工作筒与机械式安全阀配合良好,打开灵活;工作筒下入顺利,内泵筒插入密封耐压20 MPa,符合技术要求。一体化工艺技术实施的总费用相比目前工艺降低幅度达60%,有助于实现海上稠油油田的规模化热采开发,经济效益与社会效益显著。     

渤海油田热采井注采分离一体化技术研究

针对目前渤海油田热采井注入段和采出段未采取有效的分隔措施,造成储层动用程度不均衡,多轮次吞吐过程中易出现砂卡、砂埋等问题,开展了热采井注采分离一体化技术研究,并研制了关键配套工具。该技术通过数值模拟软件优化注采参数及水平段注采段长度,合理布置高温插入密封器、高温注入阀及采出阀,达到合理配置注采资源,实现精细化注采。该工艺技术不仅能实现水平段分段均匀注汽、提高水平段动用程度,而且能有效降低井筒出砂的风险,二次滤砂延长热采井寿命,提高热采经济效益。目前该技术已成功在渤海油田稠油热采井中应用,周期产油6 515 t,与上周期相比增油1 520 t,取得了良好的效果。注采分离一体化技术为渤海油田热采井精细、高效开采,防砂、治砂提供了新的技术手段。     

某井固井试压套管柱密封失效原因分析

某井在固井试压时套管柱密封失效,采用挤水泥堵漏措施,试压时套管柱仍然不密封。对管柱泄漏事故进行调查,对挤水泥堵漏、试压泄漏和测井检查结果等进行分析,认为套管磨损而产生纵向穿透裂纹是发生泄漏的直接原因。进一步分析认为,套管磨损既与井身质量有关,也与钻井工艺有关。提出了防止套管磨损失效的建议。     

某井圆螺纹套管接头滑脱事故分析

针对套管接头滑脱事故,采用理论与试验相结合的方法,对脱扣接箍进行宏观分析、尺寸检测、螺纹参数测量;对脱扣接箍和同批次管体分别进行材质理化性能检验;对同批次2组套管试样进行实物试验;对套管柱抗拉强度进行校核;对套管接头进行拉伸条件下的有限元分析;并对脱扣接箍工厂端端面的承载能力作了详细计算和分析。结果表明：接箍承载面宽度过小和油田现场瞬时提拉载荷过大是套管接头发生滑脱失效的重要原因;吊卡装配未对中导致接箍承载面受力不平衡而增大了螺纹接头滑脱的倾向。提出了具有针对性的解决措施。     

稠油热采井套管柱强度设计方法研究

针对稠油热采井套管损坏问题,调研了大量国内外研究文献,指出了现有套管柱强度校核的不足,提出了稠油热采井套管柱强度校核应采用应力强度设计方法,并根据油田注蒸汽实际工况计算套管载荷和热应力,根据厂家试验取得的高温下套管屈服强度数据校核和设计套管。     

热采井循环注蒸汽套管残余应力研究

针对稠油热采注蒸汽几个循环周期后套管损坏的现象,指出了注蒸汽循环残余应力是导致后几个循环周期套管损害的主要原因之一,并引入广义Saint-Venant模型,考虑材料的鲍辛格效应和单向累积效应,建立了循环注蒸汽残余应力模型。通过实例分析确定了N80套管残余应力变化规律。     

热采井套管与水泥环胶结质量监测评价技术研究应用

通过研究热采井注汽后套管、水泥环的损坏程度,综合理论模拟,建立了一套热采井套管与水泥环胶结质量监测评价系统,为热采井套管与水泥环质量预防、监测、修复提供技术保障。     

海上稠油热采井套管射孔参数设计

射孔密度、孔眼直径和射孔相位角等射孔参数的优化对于海上稠油热采水平井高效、稳定的生产有着重要的作用。以水平井射孔完井产能预测模型和射孔后热采井套管强度损失计算模型为理论基础,通过数值计算对水平井相关射孔参数进行了敏感性分析;在保证套管强度损失在安全生产允许范围内,利用三因素四水平正交试验方法对现场生产井常规射孔参数进行优选,使热采井能够在长期稳定生产的前提下实现产能的最大化。优选分析结果表明,孔径18 mm、孔密60孔/m、相位45°等射孔参数组合可确保热采井生命周期内套管完整,并获得较高的油井产能。本文研究结果对海上稠油热采水平井套管射孔参数的优选具有借鉴意义。     

五口热采井套管损坏原因分析

介绍了辽河油田曙光地区杜６６块五口热采井套管损坏情况。分析认为，热注开采稠油，泥岩膨胀和流动均是造成套管破坏的主要原因。提出了防止套管损坏的十点对策建议．     

热采井套管预应力固井法的探讨

本文从热弹性力学基本方程出发,推导出热采井套管的三轴应力。并根据第四强度理论,分析和比较了三轴应力下的套管许可温升与套管强度之间的关系。结果表明,预应力的效果不大,且当所提预应力使套管轴向应力为零时,反而降低其承受高温的能力。所以,建议不采用预应力固井法。     

稠油热采井小套管修套技术

结合稠油热采井套损特点、措施挖潜类型及井筒技术状况,开发配套了小套管修套及相关配套工艺技术。该技术具有工艺简单,套损治理彻底,综合成本低,有效期长等优点。河南油田稠油热采井小套管修套技术配套应用了?101.6 mm无接箍小套管,在小修装备条件下提高了套损井修复率;应用化学堵剂固井,提高了固井质量;通过优化小套管下入深度,实现套损治理、预防、层段封堵一体化,提高了套损井修复率,降低了套损井修复费用。该油田现场应用小套管修复套损井62口,工艺成功率100%,阶段累计产油38223 t。