稠油热采井套管保护技术探讨.pdf

稠油热采井套管保护技术探讨 王健永 辽河油田勘探局华油实业公司 辽宁盘锦 1 2 4 1 2 0 摘要 本文以稠油热采井套管损坏的机理为出发点 分析了稠 油热采井套管损坏的原因 探讨了井套管保护的技术措施 并结合 现场试验 对井套管保护技术的应用及注意事项进行了分析 关键词 稠油热采 井套管保护技术 在稠油热采过程中 井套管损毁情况比较普遍 因此 分析 稠油热采井套管的损坏原因 探讨井套管的保护技术对采油企 业有着重要的意义 1 稠油热采井套管损坏的机理分析 选用井套管的钢级为N 8 0 直径为1 7 7 8 m m 壁厚为8 0 5 r a m 水泥环的厚度3 6 m m 进行分析 I I 井套管水泥环的破裂掏空时的热应力和热变形 地层中热应力的作用可以诱发油层因出砂而形成空洞 并 使井套管局部的热应力过分集中 从而加剧井套管水泥环破 裂 出砂掏空的井套管轴向应力主要为压应力 会使出砂段井 套管出现弯曲变形问题 当井套管压应力的数值达到了屈服 应力 井套管会出现失稳破坏的情况 1 2 蒸汽窜流时井筒热膨胀和热应力 对地层有高渗透带的稠油热采井 热蒸汽会沿着渗透通道 不断流走而形成窜流 井筒传热主要由于热传导的问题 热蒸 汽窜流既减少了加热范围 又影响了井筒应力 例如在井筒中 注入1 4 d 的热蒸汽后 井筒热应力的最大值为5 1 6 M P 如最小值为 5 1 0 M P a 水泥环热应力的最大值为2 8 5 M P a 最小值为2 7 1 M P a 井 套管最大的热膨胀为3 2 9 5 m m 在井筒中注入2 0 d 的热蒸汽后 井筒热应力的最大值为5 1 8 M P a 最小值为5 1 1 M P a 水泥环热应 力的最大值为2 8 7 M P a 最小值为2 7 3 M P m 井套管最大的热膨胀 为3 2 7 6 m m 由此可知 套管与水泥环热应力随着注入热蒸汽 的时间增加而没有显著增大 但是套管热膨胀随着注入热蒸汽 的时间增加而有显著增大 已经超过N 8 0 的热弹性屈服极限 温 度3 0 0 屈服极限4 9 1 M P a 2 稠油热采井套管损坏的原因分析 2 1 水泥环破裂与掏空时 井套管的热应力较大 均6 0 0 M P a 超过了N 8 0 套管的热弹性屈服极限 从而使得井套管出现损坏 情况 2 2 井套管的周围在掏空时出现了明显热膨胀变形情况 热 膨胀的变形远远超过了N 8 0 材料在弹性极限时的应力变形 从 而使井套管出现了损坏 3 稠油热采井套管保护的技术措施 3 1 为了减少井套管接箍台肩的端面受力 保护接箍位置的 水泥环不受破坏 采油作业人员可以采取加橡胶垫或者无接箍 的井套管 以避免因受力问题使水泥环出现损坏 3 2 为了避免地层出砂及掏空问题 以及水泥环出现损坏而 影响井套管稳定性 采油作业人员可以采用早期防砂和后期填 砂的方法 或者提高水泥的性能 以及利用无接箍套管增加水泥 环的厚度等 3 3 在向油井中注入热蒸汽的时候 采油作业人员可以采取 组合注入和高温调剖的措施 减少热蒸汽窜流时产生的非均质 热应力载荷 3 4 采油企业需要依据地层的热应力 将井套管设计在油层 段和油层段上面2 0 0 m 左右的位置 套管的厚度大干1 7 m m 套管 的钢级T P l 2 0 T H 射孔的密度为1 6 孔 m 4 稠油热采井套管保护技术的应用 4 1 无接箍套管的技术应用 采油企业可以用大通径的无 接箍套管进行完井 这样可以增大套管内径 提升固井的质量 同时 无接箍套管技术可以有效改善蒸汽驱中的提液问题 保证 蒸汽驱的采注比在1 2 以上 而尾管悬挂器的结构设计 即可以 增大其内径 应用于侧钻井的尾管悬挂中 又可以满足碰压固井 要求 增加套管强度 4 2 底层填砂的技术应用 地层防砂技术原理时利用压裂 车组 将耐高温的树脂砂通过携砂液带到井底 在高压的作用下 混砂液可以由油层套管的炮眼挤入到地层的亏空位置 在地层 亏空的前端和地层相互接触后 因为地层高渗透的漏失 携砂液 会进入地层 而树脂砂将脱离出来堆积形成砂带 并延续到井筒 内 在温度的作用下 树脂砂表面树脂会先软化而后固化 从而 在井筒的周围形成高渗透和高强度的人工井壁 最终实现通油 挡砂的目的 4 3 外加厚套管的技术应用 由于井套管的损坏主要集中 于射孔井段内 采油企业可以结合技术应用的效果与经济因素 在油层段采取外加后套管的技术措施 外加厚套管的程序为 引鞋一1 根T P l 0 0 H 套管一阻流环一1 根T P l 0 0 H 套管一红色扣 转换套管 1 0 0 H 钢级 一若干T P l 2 0 T H 套管一黑色扣转换套 管 1 2 0 T H 钢级 一热应力补偿器一若干T P l 0 0 H 套管一井口 5 稠油热采井套管保护技术中的注意事项 5 1 在原始地层的温度下 套管和地层热膨胀与热应力相对 较低 热蒸汽对井套管的热应力影响比较大 很容易使井套管内 壁的热应力超出其弹性极限而出现塑性变形的问题 5 2 在向油井内注入热蒸汽时 f 艮容易导致地层出砂 在井 套管的周围掏空时 其内外壁的应力值差值较小 当套管内壁达 到屈服极限时 外壁也达到了屈服极限 套管的热膨胀变形比 较显著 在其超过材料弹性极限时 极易诱发稠油热采井套管出 现变形损坏 因此 在稠油热采井出现出砂问题后 采油单位需 要及时采取地层深部的防砂措施 6 结语 在稠油热采作业中 井套管很容易因为热应力和热膨