海上热采及高温井口抬升机理与对策

海上热采及高温井口抬升危害极大,严重影响油井生产寿命且增大了井控风险。鉴于此,建立了井筒三维温度场分析模型、多载荷耦合工况下水泥环完整性分析模型以及多管柱复杂井口抬升理论计算模型,形成了一整套井口抬升机理分析方法。研究结果表明:由注热或提升产量引起的高温产生热载荷,破坏固井一界面胶结形成自由套管,在热载荷作用下产生上顶力而导致井口抬升。在此基础上,给出了针对性的对策及建议。研究方法可有效分析海上热采及高温井口抬升机理,给出的对策及建议可帮助问题井复产,并为类似热采井开发生产提供指导。     

稠油注蒸汽热采井套管柱预应力松弛效应分析

为了验证提拉预应力固井技术是否适合井深小于1 000 m的稠油热采注汽井,在280℃的高温蒸汽作用下,对热采N80H和普通N80Q两种套管进行了应力松弛试验;建立了套管-水泥环-地层全井筒平面有限元模型,进一步说明预应力固井技术在浅层稠油热采井中的作用。分析结果表明,稠油热采井在长期高温注蒸汽作业过程中,因管体应力松弛现象而致使预拉力失效;在高温作用下套管上施加的预拉力经过一定时间后会降低;提拉预应力固井对浅层稠油热采井没有效果,不能预防热应力导致的套管失效,建议在浅层稠油热采井中不采用预应力固井技术。     

稠油热采井注热过程数值模拟与参数优选

综合考虑应力场、压力场和温度场的耦合作用对地层塑性破坏的影响,建立了稠油热采井注热过程三维有限元分析模型,并以渤海某稠油油田为例对井筒附近温度场、压力场以及临界注入条件进行了计算分析,结果表明:注入温度和注入压力增大会导致地层塑性应变增大,地层出砂的可能性增大;以等效塑性应变0.4%为出砂判断准则,基于不同蒸汽注入温度、注入压力条件下的地层塑性应变分析结果,确定了不同注入压力下导致地层出砂的临界注入温度;注入压力从17 MPa升至23 MPa时,为了防止地层发生塑性破坏,临界注入温度需从310℃降低到176℃,且临界注入温度与对应的注入压力近似呈线性递减。上述结果可以为稠油热采井更好地选择注入压力和注入温度提供参考。     

热采抗高温水泥石力学完整性研究

热采井固井水泥浆要在低温下实现迅速凝结,防止环空窜流,形成封闭完整性的水泥环,同时要具有抗高温强度衰减性能。为了研究热采抗高温水泥石的力学完整性,以水泥环完全固结之后的套管-水泥环-地层系统为研究对象,建立了组合体力学分析模型,推导了考虑温度效应的总应力分布解析解,提出了水泥环失效的判别准则,对热采井水泥环进行了评价试验,分析了地应力非均匀系数、水泥环弹性模量及热膨胀系数对组合体周向应力的影响。分析结果表明:以硅粉、低密惰性材料P69等构建的水泥石体系C可有效防止水泥石高温下的强度过度下降;组合体周向应力在径向上呈现"Z"形跳跃特性,第1界面处周向应力随地应力非均匀程度和水泥环弹性模量的升高、水泥环热膨胀系数的减小而降低,产生拉伸破坏的风险增大。所得结论可为稠油热采井的固井工艺设计提供指导。     

稠油热采固井技术实现新突破——新型抗高温水泥体系辽河油田应用成功

（通讯员黄盛）在稠油热采井开发过程中,注入地层的蒸汽温度可达300℃-350℃,传统G级水泥在高温条件下的强度衰退一直是困扰稠油热采井生产的一大难题。此外。即便采用G级加砂体系,加砂水泥石在几个热采周期后强度仍然会出现衰退,水泥石变得极为疏松,导致水泥环产生破坏,层间封隔失效,引起套管损坏。     

渤海稠油蒸汽吞吐环空注氮隔热工艺优化

稠油热采关键在于使热量有效被地层吸收,为改进海上稠油蒸汽吞吐环空注氮工艺缺陷,如:热量浪费和污染储层,针对渤海稠油蒸汽吞吐环空注氮工艺进行了改进。在正式注热前,增加氮气反循环工艺,顶替出井筒内完井液,之后再进行常规注氮气隔热、注热蒸汽的方式进行热采开发,经过氮气反循环,完井液被顶替出井筒,不会进入地层,经数值模拟分析,热蒸汽与稠油间的氮气腔能够有效扩大蒸汽波及范围,提高蒸汽吞吐热效率,且随着蒸汽吞吐轮次增加,增产效果会累加。环空注氮工艺优化在渤海蒸汽吞吐开发中应用,热采井单井产能提高3%,该技术不改变现有完井管柱结构,无需额外投资,经济效益良好,为渤海热采开发提供了技术借鉴。     

井内压力变化对水泥环密封完整性的影响及对策

川渝气区的部分井因井内压力大幅度改变,导致水泥环密封完整性失效而发生气窜,引起环空带压。为此,考虑水泥环初始应力状态及井内压力变化特点,建立了水泥环力学模型,论述了页岩气井管柱试压和大型体积压裂、川中高压气井固井后大幅度降低钻井液密度、地下储气库井周期性注采作业等典型工况下水泥环密封完整性可能破坏的形式。研究结果表明:试压和压裂可能导致水泥环周向拉伸破坏,形成径向裂缝;井内压力大幅度降低,使套管壁处水泥环承受的径向拉应力超过抗拉强度,破坏界面胶结,形成微环隙;周期性交变载荷可能引起水泥环疲劳破坏。相应的针对性技术对策为:根据后期作业井内压力变化,选用力学性能匹配的弹性水泥浆或柔性自应力水泥浆;常规套管固井在碰压后立即进行管柱试压;固井后井内压力大幅度下降的井,应用径向预应力固井技术和封隔器防止气窜。     

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。     

新庄稠油油藏隔热注采工艺技术及应用

针对中浅薄层低品位稠油油藏特点开发研究了隔热注采工艺技术。该技术采用139.7mm套管完井和普通油管环空气体隔热注采,解决了稠油蒸汽吞吐生产中光油管注汽时热损失大影响开发效果,注汽时固井水泥环易受到破坏造成管外窜等问题。首次在139.7mm套管井内成功实现多轮次不动管柱隔热、注汽、采油一体化作业,减少了作业工作量和作业占产时间,充分利用了蒸汽热能。目前该技术已在中浅薄层稠油油田全面推广应用,成为中浅层稠油开发的一项主导技术。     

浅薄层稠油热采新工艺关键技术研究

稠油热采新工艺应用中前期先导试验时采用光油管注汽,出现注汽热效率低、部分井套管和固井水泥环被破坏等问题。为此,研制了Y341-115热采封隔器等配套工具。配套工具与井筒隔热技术相结合,使浅薄层稠油油藏得到了有效动用和开发。此外还根据现场工艺管柱的特点,配套开发了张力油管锚、大流道单流阀等工具,解决了隔热和反洗井等问题,实现了隔热注采合一的功能。Y341-115隔热封隔器配套工艺技术现场共应用500多井次,其工艺成功率达98%以上,累计节约作业井次400多次,累计增加产油量8 312 t。     

地下储气库注采井不同井段水泥环密封性能实验

针对我国西南地区首座地下储气库——相国寺储气库投产后注采井出现较大比例的B环空异常带压问题,采用室内实验的方法,根据注采井100 m、900 m、2 000 m垂深处温度和压力差异,设计了不同的水泥石养护温度和加载围压,并采用小尺寸的水泥环完整性测试装置基于应力等效原理测试了从井底到井口水泥环在试压和注采时的密封能力。实验结果表明:①井筒不同深度段水泥候凝温度和围压差异较大,同一种水泥浆体系在实际固井后沿井筒深度具有不同的机械性能,导致不同井段水泥环密封性能存在着巨大的差异;②交变载荷会导致水泥环的压实和累积损伤,加剧水泥环的密封失效;③注采井2 000 m处水泥环在试压和注采工况条件下,密封性完好,没有发生泄漏,1 000 m处水泥环在试压工况下能保持完好,在循环交变载荷下存在着水泥环密封失效的现象,井口附近100 m处水泥环在试压工况和注采工况时均出现了泄漏;④实验结果揭示,在试压和注采工况下,井筒中上部水泥环密封失效是造成B环空异常带压的根本原因。结论认为,该研究成果可以为提高地下储气库注采井固井水泥环密封的可靠性提供实验数据支撑。     

强交变热载荷下页岩气井水泥环完整性测试

页岩气井大规模水力压裂过程中,因井筒内的温度、压力波动及持续变化、循环加卸载引发的水泥环完整性问题将威胁到井筒的完整性。为了弄清强交变热载荷下水泥环完整性失效机理、避免页岩气水平井大规模压裂过程中水泥环屏障失效,基于自主研发的实验装置对全尺寸实物"生产套管—水泥环—技术套管"组合体在强交变热载荷作用下的密封完整性和力学完整性进行了测试及评价,获得了2种全尺寸水泥环(普通水泥环和高强度水泥环)在3种强交变热载荷作用下(出现间断CO_2气泡的循环次数分别为4次和14次,出现连续气泡的循环次数分别为5次和15次,交变热载荷分别为30～120℃和30～150℃)的完整性实验结果。研究结果表明:①交变热载荷对水泥环完整性具有显著的负面影响,并且随着交变温度及温差的增大,表征水泥环密封完整性的热循环次数急剧减少;②表征水泥环与套管间的剪切力、轴向与径向结合强度等界面力学性能指标均随交变温度增加而下降;③水泥环微环隙主要是由套管与水泥环材料之间的不协调变形所致,而交变热载荷诱导的水泥石自身力学性能衰退及损伤在一定程度上加剧了水泥环密封完整性失效。结论认为,该研究成果可以为深部页岩气水平井大规模压裂施工设计提供参考     

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.     

射孔完井工况下固井水泥环破坏研究进展

射孔完井作为国内外应用最为广泛的完井方式,对油气井增产有着非常重要的意义。随着射孔完井的不断推广,射孔后水泥环层间封隔完整性越来越受到重视,尤其是薄差油气层,而现有研究主要集中于射孔后套管损害及强度影响,对射孔完井工况下水泥环破坏涉及较少。为了更好地促进射孔后水泥环完整性的研究与发展,结合油气井射孔威力大、时间短、温度高、破坏性强等特点,分析指出了射孔完井工况下固井水泥环破坏研究难点主要集中于室内射孔模拟实验难、射孔后水泥环完整性破坏程度难确定、实际工况下水泥环抗冲击破坏能力难确定以及射孔参数影响不清楚等方面,综述了国内外射孔模拟实验、射孔水泥环完整性、水泥环抗冲击韧性、射孔作业参数影响的研究现状,探讨了目前研究存在的不足。提出了以自修复水泥、水泥浆及水泥石性能设计、优化射孔参数、井下水泥环动态破坏预测技术为核心的技术对策与趋势。      

地面直读式电子压力计在稠油热采中的应用

利用高精度、高分辨率的常规地面直读式电子压力计，在汽驱注汽井停注期间和吞吐井抽油阶段测量井温，替代直接吸汽剖面测井，指导稠油开发，启迪从事稠油热采的同行挖掘现有常规试井、测井仪器的潜力，提高热采油藏动态监测的社会、经济效益。     

国内稠油热采井下动态监测技术现状

稠油热采井下动态监测技术能够提供热采井的温度、压力、干度、吸汽剖面、产出剖面等动态参数，分析各油层的吸汽状况。判断注汽效果，为稠油油藏的有效开发提供科学依据。文章通过对热采井动态参数测量技术及方法和现场应用效果进行分析阐述，提出了稠油热采动态监测技术发展方向。     

乐安油田热采水平井开采特征研究

在总结热采水平井开采特征的同时，利用数模及矿场试验等方法，对影响水平井产能的地质、注气、完井方式等因素进行了研究，总结了水平井的压力场、温度场和饱和度场的变化规律。针对水平井在稠油吞吐后期开发中暴露出的气窜及出砂问题，采取了以调剖、封堵、机械防砂等为主的各种新工艺技术，并取得较好的增油效果，为提高乐安油田特稠油油藏储量动用程度，经济合理地开发特稠油油藏提供了宝贵的经验。     

浅井薄夹层稠油井热采分层注汽工艺技术

浅井、薄夹层稠油井热采分层注汽工艺技术主要是针对河南油田稠油油藏油层较浅、较薄、夹层较小、原油较稠而开发研究的?该技术主要配套工具高温封隔器的特点是液力坐封，不受温度限制：工具结构简单、短小，适宜薄夹层分层卡堵，可实现多层控制注汽，且生产管柱与分层注汽管柱合二为一．减免了注汽管柱起下作业，减少了作业工作量，消除了作业过程中热能浪费。