稠油热采井完井设计.ppt

稠油热采井完井设计稠油热采井完井设计设计内容提纲设计内容提纲•稠油热采井套管损坏原因分析稠油热采井套管损坏原因分析•稠油热采井套管选择稠油热采井套管选择•稠油热采井套管设计计算内容稠油热采井套管设计计算内容•稠油热采井套管管柱设计稠油热采井套管管柱设计•稠油热采井套管固井技术稠油热采井套管固井技术•稠油热采井防砂技术稠油热采井防砂技术辽河油田稠油及超稠油套管损坏状况辽河油田稠油及超稠油套管损坏状况•通过五个地区的稠油区块调查的通过五个地区的稠油区块调查的38603860口热采井，发生套管损坏的有口热采井，发生套管损坏的有489489口，占口，占12.64%12.64%•洼洼3838块到目前为止套管损坏率巳达块到目前为止套管损坏率巳达40%40%•特特油油公公司司有有N80N80套套管管井井299299口口，，已已损损坏坏112112口，损坏率已达到口，损坏率已达到37%37% 造成稠油热采井套管损坏的原因造成稠油热采井套管损坏的原因•热采井高温及温度剧烈变化是套管损坏的主要原因•油井出砂也是套管损坏的重要原因•API圆螺纹接头和偏梯形螺纹接头不适合热采井要求•水泥封固质量不好与水泥环空段套管易变形•隔热管和隔热措施不利影响很大 套管柱全长温度曲线套管柱全长温度曲线 套管柱热胀应力分布曲线套管柱热胀应力分布曲线 套管柱热胀位移分布曲线套管柱热胀位移分布曲线 井筒剖面热胀时的变形状态井筒剖面热胀时的变形状态蒸蒸 汽吞吐轴向应力变化汽吞吐轴向应力变化计算采用的井筒温度升高值计算采用的井筒温度升高值试样安装示意图试样安装示意图 套管试样套管试样•A种种：：φ177.8×9.19mm φ177.8×9.19mm TP100H TP100H BCSG BCSG 2 2根（试验编号为根（试验编号为11#11#，，12#12#））•B B种种：：φ177.8×8.05mm φ177.8×8.05mm N80 N80 BCSG BCSG 2 2根根( (试验编号为试验编号为2#2#，，4#)4#)进口进口N80N80套管套管拉伸试验结果拉伸试验结果冲击试验结果冲击试验结果 硬度试验结果硬度试验结果 套管的变形分析套管的变形分析 从从保保持持载载荷荷恒恒定定时时的的位位移移变变化化曲曲线线可可以以看看出出两两种种套套管管变变形形情情况况，，尤尤其其是是N80N80套套管管的的2#2#试试样样在在高高温温及及载载荷荷为为24472447KNKN的的条条件件下下，，1515分分种种的的压压缩缩保保载载时时其其位位移移最最大大伸伸长长了了0.660.66mmmm，，而而TP100HTP100H套套管管11#11#试试样样在在高高温温及及载载荷荷为为35593559KNKN的的条条件件下下，，1515分分种种的的压压缩缩保保载载时时其其位位移移最最大大仅仅伸伸长长0.380.38mmmm，，可可见见TP100HTP100H套套管管抗抗高高温温变变形形能能力要远好于力要远好于N80N80套管。

套管研 究 结 果 在在载载荷荷相相同同的的条条件件下下，，TP100HTP100H套套管管拉拉伸伸、、压压缩缩位位移移量量明明显显较较N80N80套套管管小小；；位位移移量量相相同同的的条条件件下下，，TP100HTP100H套套管管能能承承受受的的载载荷荷值值明明显显高高于于N80N80套套管管，，这这说说明明两两种种套套管管抵抵抗抗热热应应力力变变形形存存在在一一定定的的差差异异，，TP100HTP100H套套管管明明显优于显优于N80N80套管套管强度计算套管强度计算　　　大量现场实况调查及理论研究结果表大量现场实况调查及理论研究结果表明，注蒸汽热采井套管柱发生强度破坏明，注蒸汽热采井套管柱发生强度破坏的主要部位是在封隔器以下的油层段及的主要部位是在封隔器以下的油层段及封隔器附近的井段主要破坏形式为拉封隔器附近的井段主要破坏形式为拉断因此，计算注蒸汽热采井套管柱的断因此，计算注蒸汽热采井套管柱的强度，只关注最大热载荷及其相应的热强度，只关注最大热载荷及其相应的热应力是不够的，应该进一步关注吐液降应力是不够的，应该进一步关注吐液降温之后的残余拉伸应力。

因为这种残余温之后的残余拉伸应力因为这种残余拉伸应力才是和热采井套管主要破坏形拉伸应力才是和热采井套管主要破坏形式直接相关的式直接相关的 套管柱上主要的强度危险区套管柱上主要的强度危险区（（1））封封隔隔器器以以下下高高温温区区的的管管段段（（含含直直管管段段和和弯弯管管段段）），，这这里里的的热热胀胀轴轴向向压压力力最最大大，，热热胀胀弯弯矩矩也也可可能能很很大大，，同同时时还还有有固固井井时时留留下下的的初初始始应应力力（（含含预预拉拉应应力力及及弯弯管管段段的弯曲应力）的弯曲应力）2 2）封隔器附近接箍邻区的管段，这里的）封隔器附近接箍邻区的管段，这里的热胀轴向压力并非最大，但热胀引起的热胀轴向压力并非最大，但热胀引起的局部围压能使管壁产生相当大的局部弯局部围压能使管壁产生相当大的局部弯曲应力 稠油热采井套管设计强度条件稠油热采井套管设计强度条件 a高高温温区区管管段段初初始始应应力力应应该该满满足足的的强强度度条件条件b高高温温区区管管段段热热应应力力（（残残余余拉拉伸伸应应力力））应该满足的强度条件应该满足的强度条件c c封隔器附近管段热应力（残余拉伸应封隔器附近管段热应力（残余拉伸应力）应该满足的强度条件力）应该满足的强度条件 套管柱设计套管柱设计　　　如果热采井设计使用的蒸汽温度过如果热采井设计使用的蒸汽温度过高，又缺乏高强度的管材，这种情况下高，又缺乏高强度的管材，这种情况下要满足套管柱强度设计的安全条件，可要满足套管柱强度设计的安全条件，可能发生困难。

解决这种困难的有效措施能发生困难解决这种困难的有效措施在于设法吸收部分热胀变形，降低套管在于设法吸收部分热胀变形，降低套管柱上高应力部位的应力值为了解决这柱上高应力部位的应力值为了解决这一困难辽河油田研究成功了热应力补偿一困难辽河油田研究成功了热应力补偿器 热应力补偿器的作用热应力补偿器的作用 根根据据调调查查及及理理论论研研究究成成果果，，套套管管损损坏坏的的一一大大原原因因是是套套管管受受热热后后受受压压，，冷冷却却后后受受拉拉导导致致丝丝扣扣破破坏坏或或套套管管变变形形为为此此，，构构想想在在套套管管柱柱恰恰当当位位置置装装上上1~2只只允允许许套套管管具具有有一一定定轴轴向向伸伸缩缩变变形形量量的的热热应应力力补补偿偿器器，，将将套套管管内内应应力力值值控控制制在在屈屈服服极极限限范围之内范围之内热应力补偿器的技术性能热应力补偿器的技术性能a. 热热应应力力补补偿偿器器作作为为完完井井套套管管柱柱的的一一部部分分，，具具有有与所选套管一致的强度性能；与所选套管一致的强度性能；b. 热热应应力力补补偿偿器器的的内内径径与与配配合合使使用用的的套套管管内内径径一一致致；；外外径径与与钻钻井井井井径径相相适适应应，，保保证证有有足足够够的的固固井所需的环空间隙，以确保固井质量；井所需的环空间隙，以确保固井质量；c. 具具有有良良好好的的气气密密性性，，保保证证热热注注、、热热采采和和固固井井过过程中不发生泄漏；程中不发生泄漏；d. 具具有有热热化化学学稳稳定定性性和和耐耐腐腐蚀蚀性性，，以以保保证证油油井井的的使用寿命使用寿命。

辽河油田所用热应力补偿器结构示意图 热应力补偿器的主要技术热应力补偿器的主要技术性能指标性能指标•抗拉强度抗拉强度 266吨吨•抗挤强度抗挤强度 26.9 MPaMPa•工作温度工作温度 ≤350℃≤350℃•工作压力工作压力 ≤20 ≤20 MPaMPa•伸缩量伸缩量 150-500 150-500mmmm•最大外径最大外径 220 220mmmm•可在可在350℃350℃和和1515MPaMPa压力条件下工作压力条件下工作500500次以上次以上热采稠油井预应力完井热采稠油井预应力完井 　　　为了减少套管上的热应力，国内外广泛应为了减少套管上的热应力，国内外广泛应用了套管提拉预应力技术在套管提拉预应力用了套管提拉预应力技术在套管提拉预应力上有多种方法，辽河油田最开始搞的是双凝水上有多种方法，辽河油田最开始搞的是双凝水泥提拉预应力技术和两次注水泥提拉应力技术泥提拉预应力技术和两次注水泥提拉应力技术由于施工技术复杂，辽河油田先后研究成功了由于施工技术复杂，辽河油田先后研究成功了多种地锚简化提拉预应力工作。

现在广泛使用多种地锚简化提拉预应力工作现在广泛使用的是用辽河油田自己研制的的是用辽河油田自己研制的WA-ⅡⅡ型空心式套型空心式套管地锚采用该项技术有效地解决了提拉预应管地锚采用该项技术有效地解决了提拉预应力工艺复杂的技术问题力工艺复杂的技术问题 热采稠油井固井技术热采稠油井固井技术　　　根据理论研究的结果及现场调研资料，增加套管外水泥环高度，有利于减少套管损坏，尤其对于热采井油层顶界以上水泥环的高度与保护套管有着直接关系这就要求热采井固井时把水泥浆返出地面 水泥浆体系的选择水泥浆体系的选择•低密度水泥浆密度低密度水泥浆密度< <1.5g/cm3•水泥浆析水接近或等于零水泥浆析水接近或等于零•水水泥泥浆浆失失水水量量≤≤400ml/> >&MPa××30min•稠化时间稠化时间2~3小时小时•水泥石抗压强度水泥石抗压强度≥≥10Mpa(72h)水泥浆封固高度的选择与实施技术水泥浆封固高度的选择与实施技术 依依据据现现场场调调研研资资料料，，增增加加套套管管外外水水泥泥环环的的高高度度，，有有利利于于减减少少套套管管损损坏坏，，尤尤其其对对于于热热采采井井油油顶顶以以上上水水泥泥环环的的高高度度与与保保护护套管有着较直接的关系套管有着较直接的关系。

热采稠油井防砂技术热采稠油井防砂技术 　　　辽河油田稠油油井一般都是在疏松辽河油田稠油油井一般都是在疏松砂岩地层，因此大部份油井在生产中都砂岩地层，因此大部份油井在生产中都伴随着出砂问题油井出砂不仅影响油伴随着出砂问题油井出砂不仅影响油井正常生产，而且从热采井套管损坏原井正常生产，而且从热采井套管损坏原因调查分析中可以清楚地看到出砂是导因调查分析中可以清楚地看到出砂是导致套管损坏的主要原因之一，因此在稠致套管损坏的主要原因之一，因此在稠油热采井完井中必须考虑油井出砂与防油热采井完井中必须考虑油井出砂与防砂问题 金属金属材料预充填筛管结构示意图。