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。     

热采井高温对套管强度的影响

注蒸汽热采技术已广泛应用于提高重质油的采收率。在注蒸汽期间, 井下高温使管柱产生附加热应力, 从而可能使其发生塑性屈服、 变形、 断裂或屈曲。热采井中套管的失效几率非常高, 研究套管柱在较高压力的高温蒸汽以及外围的地应力共同作用下的应力分布规律, 对于评估套管的服役状况, 提高套管设计的安全性, 从而减少套管的失效几率具有重要意义。文章根据套管 －水泥环 －地层体系受力情况建立了平面力学分析模型, 根据位移的连续条件求解了管柱与水泥环间的接触应力, 探讨了注气条件下井筒温度的分布情况, 分析了热采井中管柱所受三轴热应力的分布。算例分析结果表明, 三轴热应力值远大于管柱实际的屈服强度, 从而使管柱发生屈服破坏, 为减小热应力对套管寿命的影响, 应合理选择注气参数并合理设计管柱。     

稠油油藏鱼骨井蒸汽吞吐注采参数正交优化设计

鱼骨井能够有效增加油层的裸露面积、提高油藏动用程度、扩大蒸汽波及体积,最终提高油藏采收率。蒸汽吞吐的开发效果是注采参数综合作用的结果。选取注汽干度、注汽速度、注汽压力、焖井时间、周期注汽量和最大排液量6个注采参数并考虑注汽干度、注汽速度、注汽压力之间的交互影响进行研究,采用直观分析法和方差分析法对试验结果进行分析,得到最优的蒸汽吞吐注采参数组合,依据各因素对累积油汽比的影响显著性进行排序。研究表明,交互作用对累积油汽比的影响并不显著。正交数值试验的结果可为现场鱼骨井蒸汽吞吐注采参数的优化提供理论指导,具有一定的实际意义。     

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。     

基于有限元法的热采井套损机理研究

注汽井套管既受到注汽温度所产生的热应力的影响,又受到套管、水泥环和岩层等结构应力的影响。文章对注汽井套管的失效机理和原因进行分析,归纳总结影响失效的因素;然后利用ANSYS软件建立了套管、水泥环和岩层系统的热—结构耦合的二维平面有限元分析模型。研究了参数变化对热-结构耦合的套管强度的影响。分析结果表明,在小于14mm之前套管壁厚增加会明显降低套管最大峰值应力,此后套管壁厚增加套管最大峰值应力下降速度会减缓。仅从热膨胀角度来看,套管最大峰值应力随蒸汽温度增加而增加。310°C以后套管最大峰值应力随蒸汽温度增加会加剧。     

热采井割缝筛管的热应力分析

筛管内过热的蒸汽使地层及筛管温度升高,对筛管产生相当大的热应力,此应力可能使筛管产生弯曲变形或断裂,导致油井停产或油井报废。因此,通过ANSYS有限元分析软件的数值模拟,计算得到筛管-地层的温度场分布,然后将筛管温度场导入到三维模型的应力场中,得到温度变化对割缝筛管的热应力和热变形。实例计算结果认为,蒸汽温度为350℃时,在正常注汽和突然停注2种状况下的筛管热应力分别为682.147、703.229MPa,其中突然停注时的热应力超过了筛管材料的屈服极限690MPa,这是导致筛管损坏的最危险状态,最大热应力发生在筛管缝中央。     

稠油热采井剪环式双向热应力补偿工具研究

针对目前稠油井热采过程中,因注蒸汽造成套管损坏的问题,开发了一种剪环式双向热应力补偿工具,其原理是对注蒸汽时套管的热胀冷缩变形量进行有效补偿,释放套管自身的热应力,达到保护套管的目的。与常规的剪钉式单向补偿器相比,采用了性能更加稳定可靠的剪环式双向补偿结构,既可有效满足注蒸汽时的管柱伸长补偿,又可满足停注时管柱收缩补偿。该工具已在胜利油田得到广泛应用,取得了明显的效果。     

小井眼注蒸汽井与常规注蒸汽井的比较

１９９２年初，在圣华金河谷蒸汽驱中开始应用了小井眼注蒸汽技术。与常规注蒸汽井相比，小井眼注蒸汽井的主要优点是：９１）初期投资小，；（２）具有优化布井的能力；（３）能改善注入剖面；（４）容易控制各个砂层的蒸汽突破；（５）采收死油成本低。缺点是：（１）注入速度，井下测试钷补救作业受限制；９２）井筒热损失增加；（３）套管因热应力受损的可能性增大。     

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     

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。     

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。     

注汽井试井技术的完善及应用

提出了实际生产注汽井测试工艺改进方案,建立了一种有效的稠油注蒸汽热采焖井压力降落测试途径,并通过对热采试井技术解释方法和软件的完善,进一步提高了试井技术在注蒸汽井监测的成功率.现场生产中,通过对注蒸汽井进行焖井压降测试及资料的解释分析,可获得实际油层渗透率、表皮系数、蒸汽前缘、蒸汽带热量、热水带热量、热损失等油藏动态参数.该技术在辽河油田应用10余井次,取得了良好的现场应用效果.     

曙一区中深层稠油藏改善高周期吞吐效果技术对策

运用监测资料.结合油藏生产动态并利用数值模拟手段,分析了超稠油蒸汽吞吐高轮递减的主要影响因素.以油藏工程理论为指导,提出多井整体蒸汽吞吐、一注多采、直井水平井组合蒸汽吞吐、三元复合吞吐等多技术联用的注蒸汽吞吐技术,该技术在曙一区现场应用结果表明能有效地改善蒸汽吞吐效果。     

水平井蒸汽吞吐注采参数正交优化设计

水平井蒸汽吞吐热采是超稠油油藏开发的一种有效的方式,蒸汽吞吐的开采效果是注采参数综合作用的结果。本文选取注汽干度、注汽速度、注汽压力、注汽强度、焖井时间和最大排液量6个注采参数并考虑注汽干度、注汽压力及注汽速度之间的交互影响进行正交数值试验研究,得到了较优的参数组合;采用方差分析法对计算结果进行了分析,依据各因素对累积油汽比的影响程度进行了排序。正交数值试验的结果可为现场水平井蒸汽吞吐注采参数的优化提供理论指导,具有一定的实际意义。     

浅薄层超稠油油藏蒸汽吞吐后开发方式实验

应用三维相似准则设计并建立了高温高压注蒸汽三维实验模型,对影响注蒸汽采油过程的重要油藏参数进行了比例模化,研究了3种不同井网的蒸汽吞吐后注蒸汽采油接替开发方式。实验结果表明,与直井汽驱和水平井注汽直井采油相比,直井注汽水平井采油方式高产期较长,采油速率高,实验采出程度可达到70%. 对于油层厚度为10~15 m的浅层超稠油油藏吞吐后期,直井注汽水平井采油是可选的接替开发方式。     

热采井注汽工艺参数对井筒温度的影响

利用文献[1]所编制的注蒸汽井温度场计算程序ISTAP,对热采井在不同注汽工艺参数下的井筒温度和蒸汽参数进行了计算,并考虑了注汽管下入深度对井筒温度的影响;提出了在井下工艺要求许可的情况下,加快蒸汽注入速度,缩短蒸汽注入时间是缩短井筒升温过程、减少蒸汽升温破坏性的有效方法。     

提高蒸汽吞吐阶段采出程度的数值模拟研究

针对辽河油区不同稠油油藏类型，选取典型蒸汽吞吐井进行数值模拟研究。分析了影响蒸汽吞吐开发效果的主要因素是渗透率、地层系数、油层在射孔井段位置。并以此为基础提出了提高该阶段采出程度的三种措施是选注合采、交互式注汽合采及加深注汽管柱注汽。从而不同程度地提高了开发效果。     

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％。     

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。     

采用地层热阻新模型进行注汽井井筒热力分析

针对注汽井筒的传热特点,建立了注汽井传热过程中地层热阻的恒壁温计算模型,并与恒热源模型进行了对比,结果表明,前者更能反映注汽过程的散热特性。结合注汽井井筒散热理论模型,计算了蒸汽沿井筒的温度、压力、干度和热损失沿程分布,并进行了参数敏感性分析,与现场测试结果的对比说明,考虑地层热阻的综合传热模型可以较好地对注汽井井筒进行热力分析。