超稠油套管损坏防治方法研究及应用

时间：2014-2-10 16:31:58　来源：　点击：1524

　　　摘要 ——曙一区超稠油为疏松砂岩油藏，在蒸汽吞吐开发过程中，套管损坏成为制约其高效开发的主要矛盾，根据统计资料，目前超稠油套管损坏比例占油井总数的40%以上。通过对套管损坏原因的分析，认为通过先期的预应力完井技术、热力补偿器、提高固井质量及高抗挤毁强度套管的应用，在蒸汽吞吐过程中应用真空隔热管、注采一体管柱技术和组合式吞吐技术来建立稳定的温度和压力场来减少和延缓套管损坏，以及最终通过套管修复技术对套坏井的修复，可以有效的解决套管损坏问题。现场应用表明：通过以上技术的有效应用，可以有效减少套坏井对油藏开发的影响，提高油藏开井率，最终实现油藏的高效开发。
　　　关键词——套管出砂应力完井技术固井修复
　　　
前言
　　　曙光油田曙一区超稠油为浅层砂岩油藏，目前主要以蒸汽吞吐开发为主，由于其具有周期生产时间短、吞吐频繁，油藏埋藏浅，地层压实作用弱，易出砂，储层物性好，易发生汽窜等特点，导致油井易发生套坏。本文主要通过各种治理方法的研究与探讨，提出一套解决方案，为同类油藏提供借鉴。
1 超稠油套坏概况
　　　曙一区超稠油自1986年开始试采，1999年试采成功，2000年投入规模开发，目前总井数已经达到905口。随着吞吐轮次的增加，套坏率已经达到40%以上，严重制约了油井正常生产，成为影响油田开发效果的主要矛盾之一。
2套坏原因及解决方法
2.1套坏的原因分析
2.1.1 油井出砂是套坏的首要因素[1]
　　　由于曙一区超稠油油藏埋深较浅，地层压实作用弱，油藏储层物性好，为大孔高渗储层，胶结方式主要以稠油胶结为主，岩性主要以中细砂岩为主，加之原油携砂能力强，客观上为油层出砂创造了条件。出砂后造成射孔井段附近砂岩骨架塌陷，使套管周围形成亏空，一方面使该处的套管周围因受力不均造成抗挤毁能力下降，另一方面受地层压实作用影响，套管的轴向压力使亏空处套管发生弯曲变形。在上述两个方面的影响下，该处套管易发生套坏。
2.1.2 频繁的高温差变化是套坏的重要原因[2]
　　　注蒸汽作业对套管的应力产生极大影响，一般油层段平均蒸汽温度在350℃左右，此时套管钢材的最大拉力强度、屈服强度及弹性膜数都明显降低，膨胀率增加。由于超稠油吞吐周期较短，年内吞吐2-3个轮次，同时汽窜现象较为频繁，使得油层段套管在年内至少3-5次的高温差变化。这种套管反复加热、冷却，再加热、冷却，造成钢材的反复疲劳损伤，是油层射孔段附近发生套坏的重要原因。
2.1.3 射孔后套管强度降低也是套坏的影响因素
　　　王世圣等人的研究结果表明[3]，射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降，下降幅度与射孔的密度有关。于永南[4]等人的研究结果表明，在射孔孔眼相当的情况下，孔眼面积增大，射孔套管的抗挤能力降低。但当射孔密度小于20孔/m时，无论采用何种布孔方式（除方孔），套管的抗挤能力降低均不会超过4%；大于20孔/m时，影响则明显增大。因此，射孔后对套管损坏有一定的影响，但通过控制射孔密度和孔眼形状及大小，可以减弱对套管的影响程度，因此，套管射孔对套管有一定影响，但不是决定因素。
2.1.4 工程因素对套管损坏具有很大影响
　　　工程因素造成的套坏主要有[5]：套管的材质问题、固井质量、完井质量问题、封隔器连续卡封位置、氮气隔热井补氮不连续等。
2.2解决方法
　　　根据对套管损坏影响因素的分析，认为要减少套坏的发生及降低套坏对生产的影响，应针对以下几点：
　　　（1）实施套管先期保护技术[6]：主要通过预应力完井技术、热力补偿器应用技术、提高热采井固井质量技术、高抗挤毁套管技术等。
　　　（2）保持生产过程中油层的压力场和温度场的平衡[7]：主要采用真空隔热管、注采一体管柱技术和组合式吞吐技术；
　　　（3）超稠油套损后的修复技术：主要采用TBS筛管修复技术、割缝筛管修复技术、内衬套管固井修复技术、小位移出套固井修复技术。
3 超稠油套管防治技术
3.1 超稠油套管先期保护技术
3.1.1 预应力完井技术
　　　预应力完井技术的基本原理是在套管下入井眼以后给套管一个初始应力，来抵消注蒸汽过程中套管产生的过大热应力。该技术辽河油田自80年代中期开始实施，成功应用了两凝水泥提拉预应力及空心地锚提拉预应力等技术，目前主要采用一次地锚预应力完井技术。
3.1.2 热力补偿器技术
　　　热力补偿器[8]是可对套管在热应力作用下的微量伸缩进行补偿的一种机械装置，完井时在油层上部的一定位置上加装，上下端与套管连接在一起，固井时同时被封固。从实施效果看，实施热力补偿器后可明显缓解热应力对套管的损坏作用，使套管损坏率降低10%以上，套损时间推迟0.6个周期。
3.1.3 提高热采井固井质量技术
　　　注蒸汽井在高温下套管产生热应力，同时，水泥环也随着温度的升高、下降，产生压缩、拉伸应力，如果固井质量不好，水泥环破坏后易发生套坏[2]。在固井时选用的方法为，一是应用加砂水泥浆体系，增强水泥环的抗高温衰减性能和水泥环与套管的胶结强度；二是提高水泥浆的顶替效率，保证固井质量，从而保证水泥石对套管的约束力。在超稠油井中应做到：
　　　（1）选用硅砂做为高温稳定剂，要求水泥石抗压强度≥10MPa（72h），经高温（270℃）养护48h强度不小于20MPa。在低压易漏油井使用耐高温低密度水泥浆。
　　　（2）水泥返高必须到井口。
3.1.3 高抗挤毁强度套管技术
　　　统计超稠油套坏井中，射孔段附近套坏比例达到80%以上。射孔套管的抗挤强度的理论分析认为[9]，提高其抗挤毁强度减小射孔段套坏的推荐方案是增加壁厚。
　　　从套管常规性能指标看，N80、TP100H、TP120TH套管管体组织均为回火索氏体，从管体的拉伸性能、冲击、硬度指标均满足生产要求。但从热采模拟试验结果看，TP100H套管在2249KN和3559KN两种载荷条件下，经过6次拉-压循环，其中拉伸载荷在室温下进行，压缩载荷在350℃下进行，未发生断裂和其它形式的失效。实验充分说明TP100H套管具有良好的抗高温变形能力。

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