稠油热采井套管柱应变设计方法

为解决稠油热采井不断出现的套管损坏现象,改变传统的管柱强度设计方法。基于弹塑性力学理论,在满足套管柱强度设计的基础上建立套管柱应变计算模型;通过对比套管材料应变与结构应变,借助Rambery-Osgood模型得到应变安全系数最小值,提出套管柱应变设计的理论判据,形成套管柱应变设计方法。结果表明,该设计方法在西部油田8口稠油热采井Φ177.8 mm×8.05 mm TG80H特殊螺纹套管柱设计中得到应用,生产4轮次后套管柱未出现变形和泄漏现象,经过14轮次后,套管服役性能依然良好,新热采井套管柱应变设计方法允许套管在可控范围内变形,可有效延长套管使用寿命,降低套损率。     

射孔参数对热采井套管抗热应力能力影响分析

热力采油使得套管承受较高水平的热应力,增加套管损坏风险,从而降低套管使用寿命。针对射孔参数对热采井射孔套管抗热应力能力的影响规律研究较少。利用有限元软件建立三维套管模型,结合基于应变的设计方法评价热采井射孔套管的抗热应力能力。结果表明,在安全内外压作用下,射孔排包含射孔数目较多且射孔直径较小的射孔参数可增强射孔套管的抗热应力能力;多轮次蒸汽吞吐过程对套管受热变形具有累加效应,保证强度安全前提下选择使得射孔排包含射孔数目较多的射孔参数组合可使得套管满足热应力安全性。研究结果从射孔参数对套管抗热应力能力的影响角度出发,为热采井实际射孔参数方案优选提供了参考。     

优质热采井用石油套管的研制

根据热采井套管损坏的机理，研制了一种适合于注蒸汽开采稠油的优质套管——WSP-105H．介绍了该套管的设计思想：研制耐热钢种，提高套管材料本身的抗高温性能；研制适合于热采井套管的螺纹结构，有效地释放高温产生的热应力．在此基础上，阐述了该套管的研制过程．最后通过有限元模拟的方法，研究了这种套管在热采工况下的适用性。并通过全尺寸模拟试验进行了验证．结果表明，该套管适合于热采井．     

一种耐热低膨胀钢种的设计

通过对稠油热采井使用工况的研究,针对性设计了一种耐高温、低膨胀钢种.此钢种采用中碳Cr--Mo系加微量晶界强化合金元素及稀土的设计思路.实验室试验证明,其高温拉伸性能和线膨胀系数均较C--Mn系钢种优越,适用于稠油热采工况条件,有望用于稠油热采井专用套管的生产.     

稠油热采井补贴管管柱界面粘脱分析与防治

稠油井注汽热采过程中,热应力易使补贴管与水泥环之间出现微裂缝、微环隙,致使界面出现粘脱现象,进而导致补贴失效。为延长补贴管使用周期,首先基于井下管柱三轴热应力理论与界面破坏准则,运用ABAQUS有限元软件建立热采井补贴管热力耦合三维有限元模型,模拟实际注蒸汽热采过程,得出补贴管-水泥-旧套管-水泥-地层系统的温度场、应力场分布规律及补贴管界面粘脱情况,并研究不同注汽温度、注汽压力、胶结强度等因素对补贴管界面粘结状态的影响;随后将预应力技术应用于补贴管二次固井过程中,并在不同工况下将施加预应力技术前后补贴管界面粘脱状态进行对比,界面粘脱长度显著降低;最后确定了不同温升条件下的预应力施加值,为二次固井与套损治理提供指导意义。     

CO2吞吐井套管腐蚀规律及极限吞吐轮次研究

部分老油田进入高含水开发后期，为提高采收率，在注水开发中陆续配套实施了二氧化碳吞吐工艺，使得采出液中二氧化碳含量升高，对井筒管柱造成严重腐蚀，引起管柱强度降低，腐蚀穿孔甚至管柱断裂事故时有发生。为此，基于电化学腐蚀的热、动力学原理和管柱力学相关理论，结合现场实际工况，考虑温度、压力、含水率、CO₂分压、流速、井斜角、pH值等因素的影响，采用腐蚀预测模型计算得到了二氧化碳吞吐井不同阶段的腐蚀速度。建立了腐蚀后剩余强度计算方法及极限吞吐轮次计算方法，开展了大量模拟计算，得到了在该吞吐井腐蚀条件下注气、焖井、放压和生产4个阶段的套管腐蚀规律、剩余壁厚及该井的极限吞吐轮次。     

注蒸汽吞吐井井筒应力的数值计算方法

将注蒸汽吞吐井井筒温度场的计算结果引入井筒应力分析模型中,利用有限元分析软件ANSYS计算了不同约束条件下的井筒应力。计算结果表明,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,当套管周围掏空时,其热应变达到了2%,远远超过材料弹性极限应变值(0 3%),这是导致热采井套管变形损坏的主要原因。     

海上稠油多元热流体吞吐开发效果评价初探

A 油田是海上首个实施非常规稠油热采开发的先导试验区,其开发效果的评价直接影响着海上后续非常规稠 油资源的开发动用。根据热采井的生产动态特征分析了边水对热采井开发效果的影响,建议热采井距边水200～300 m 以上;通过对比分析同井注热前后及同层位相邻位置冷热采井的开发效果,热采井周期平均产能和累产油量均是冷采 井的1.5～2.0 倍左右;利用流温法及米采油指数法综合评价了热采有效期,有效期在240～339 d,平均298 d;根据钻后 热采井周期平均产能、周期产油量及油汽比等参数与钻前设计值进行对比评价,认为排除试验阶段防砂工艺、管柱问 题以及钻后储层变化等原因外,其他热采井均达到第一轮次吞吐预期效果,热采井周期平均产能为57 m3/d,周期产油 量1.80×104 m3、周期增油量0.7×104 m3。可见多元热流体吞吐热采増油效果明显,对海上其他非常规稠油油田的开发 具有借鉴指导意义。     

稠油注蒸汽热采过程中射孔段套管热应力仿真模拟

我国稠油资源约占总石油资源的30%。稠油油藏以蒸汽吞吐开采为主,一个蒸汽吞吐循环周期包括蒸汽注入阶段、焖井阶段和采油阶段。其中,造成稠油热采井套管损坏的主要原因之一是热采井高温及温度剧烈变化,利用ABAQUS有限元软件建立了三维井筒模型,分析了蒸汽注入阶段、闷井阶段的热传导过程及射孔段套管的热应力分布,其中射孔部位是稠油热采过程中较易破坏的地方,经过几个吞吐周期后套管上会积累较高的残余应力而使套管发生塑性破坏。     

注蒸汽吞吐井井筒应力的数值计算方法

将注蒸汽吞吐井井筒温度场的计算结果引入井筒应力分析模型中，利用有限元分析软件ANSYS计算了不同约束条件下的井筒应力。计算结果表明，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，当套管周围掏空时，其热应变达到了2％，远远超过材料弹性极限应变值(0．3％)，这是导致热采井套管变形损坏的主要原因。     

辽河油田稠油井套管损坏原因的初步分析

注蒸汽开采稠油是当前应用最广泛、效益较高的稠油开采技术,但高温下套管的寿命是至关紧要的问题。文中收集了辽河油田194口损坏井的情况,分析了稠油热采井损坏的原因;并用套管试样,进行了井内温度的模拟试验研究,最后提出了综合防治套管损坏的建议。     

注蒸汽热采井套管损坏机理研究

考虑环空水泥环在轴向和径向给予套管柱的弹性约束和摩擦约束，对注汽期间套管柱产生的轴对称热胀应力进行了近似分析．分析发现，在封隔器附近靠近接箍端面的地方，套管柱可能产生严重的缩颈变形，其变形值和套管柱受热膨胀时接箍端面对水泥环台肩的推力有关系．研究结果表明，大部分注蒸汽热采井的套管损坏位置都集中于油藏盖层内，其原因是存在着和局部缩颈变形相对应的恶性局部应力，必须设法控制这种局部应力才能延长套管柱的使用寿命．     

海上油气井油层套管井口装定载荷设计

综合考虑钻完井和投产采气过程未固井段套管强度和稳定性问题,提出一种海上油气井油层套管井口装定载荷设计方法,建立多层管柱耦合系统计算力学模型,确定钻完井过程套管轴向载荷计算方法,综合考虑温度场、压力场和压力端部效应给出投产采气后套管轴向载荷计算公式,并以中国南海某气田为例进行油层套管井口装定载荷设计。结果表明:套管强度不是限制海上油气井油层套管井口装定载荷设计的因素,投产采气过程底部油层套管的稳定性是油层套管井口装定载荷设计的重要因素;当设计极值产气量小于特定值时,油层套管井口装定载荷为油层套管未固井段重力,当设计极值产气量大于特定值时,随着设计极值产气量的增大,油层套管井口装定载荷增大,但增大的幅值逐渐减小。     

稠油增效注蒸汽开采技术在河南油田的应用

为了改善稠油老油田注蒸汽开采的效果,通过对制约稠油热采中后期热采效果关键因素的分析,应用了通过提高驱动能量、扩大蒸汽波及体积来提高注蒸汽开采效果的增效注蒸汽开采技术.该技术室内物理模拟实验表明,非均质岩心驱油效率可提高16.5%.至目前该技术已在河南稠油油田矿场应用170多口井,有效率84.6%,吞吐井的采收率可提高7%~13%,汽驱井组的采收率可提高12%.稠油增效注蒸汽开采技术为河南稠油油田开发后期改善开发效果,确保稳产上产的关键技术之一.     

稠油热采添加剂现场蒸汽吞吐试验

对经室内研究筛选出的一种稠油热采添加剂进行了工业化试生产，产品各项性能指标均达到了预期目标．经井楼、古城油田１０口井现场蒸汽吞吐试验，取得了显著的效果，成功率达１００％．不考虑吞吐周期自然递减，共核实增产稠油２０３８９ｔ；平均单井试验周期增产２０３９ｔ，增产率达８０３％；吞吐油汽比提高了０２４；回采水率达到１０１％，提高５８１％；投入产出比为１比１２７．试验表明，该添加剂对地层无损害．还对添加剂的增产机理进行了讨论．