注汽工艺管柱对热采井套损的影响.pdf

石油机械

—26—CHINAPETROLEUMMACHINERY2004年第32卷第2期

!设计计算#

注汽工艺管柱对热采井套损的影响X

张毅XX翟勇姜泽菊安申法曲丽
(石油大学(华东)石油工程学院)(胜利油田有限公司采油工艺研究院)

摘要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。

关键词注蒸汽热采井隔热管套管损坏封隔器热应力

经过十几年的注汽开发,胜利油田大部分稠油中,一般热采井注汽均采用隔热管或隔热管+油管
区块都已进入高轮次吞吐阶段。随着吞吐周期和作的组合注汽工艺管柱,油层上部采用热采封隔器对
业次数的增加,套损井数逐年增多,单二块、渤油、套环空进行密封,如果隔热管的隔热效果较
21区块套损率已达36%,草20区块达到21%。好,就可以有效地减小油层上部套管的热应力变
由于这些套损井大都属于稠油富集区,因而造成井化,延长套管的使用寿命。为了掌握隔热管的隔热
网控制不完善,油藏动用程度差,稠油储量动用不性能对套管、水泥环的温度和热应力的影响程度,
均衡和热采整体效果下降的后果。造成热采井套管笔者开展了有关的数模研究。
损坏的主要原因是在多轮次蒸汽吞吐的情况下,热11模型结构
1
采井套管承受高温、高压引起的交变热应力的影以11413mm(4/2英寸)隔热油管为研究对
响。在注汽温度高达250～350℃的条件下,部分象,其内管内径62mm、外管外径11413mm,隔
井段套管壁温也会达到相应温度,引起套管热胀伸热夹层环空厚度3117mm,套管为17718mm(7
长,超过其承压极限载荷值;反之,在转抽作业过英寸)N80套管,外径17718mm、内径16118
程中,引起套管受冷收缩,超过其拉伸载荷极限mm,水泥环厚度30mm。
值;尤其在油层井段部分,因高温、射孔、油层出温度场的计算模型为:沿地层垂向取200m,
砂等多重因素作用,套管更易损坏。因此,开展注以井眼轴线为圆心取径向半径20m作为有限元计
汽管柱对热采井套损影响的机理研究,并找出相应算模型,即假设在半径20m处的地层温度不受注
的预防措施,对有效降低热采井套损,延长油井使汽温度影响,保持原地层温度。
用寿命,提高注汽开发效益具有十分重要的意义。21计算结果
计算模型边界上的地层原温度分别取15、30、
隔热管对套管的温度和热应力影响45、60℃,以模拟不同的井深;隔热管视导热系数

Kxx分别取01001、01006、010086、0101、0106、
注汽热采井的高温热应力主要发生在注汽过程0112,模拟不同性能的隔热油管;应用ANSYS有限

X中石化集团公司“稠油热采井套损机理及预防技术”研究课题成果总结。

XX张毅,教授级高级工程师,生于1963年,1986年毕业于天津大学工程热物理专业,1997年获石油大学(华东)油气田开发专业
硕士学位,现攻读博士学位。任胜利油田有限公司采油工艺研究院院长,本刊编委。地址:(257000)山东省东营市。电话:(0546)
8557288。
(收稿日期:2003-09-15;修改稿收到日期:2003-11-28)
2004年第32卷第2期张毅等:注汽工艺管柱对热采井套损的影响—27—

元热分析模块进行计算,得到温度、应力场分布图。3111mm,水泥环外为地层。由图2可看出,用普
(1)视导热系数对套管温度场的影响目前胜通隔热管注汽时套管内壁的Mises应力值为376
利油田热采井注汽大部分采用防氢害隔热管(视导MPa,而用高真空隔热管注汽时套管内壁的Mises
热系数0106～0108),而新研制的高真空隔热管应力值为111MPa,相差265MPa,这说明高真空
(视导热系数010086)因经济原因没有得到大面积隔热油管比普通隔热油管能更好地保护套管。今后
推广应用[1],此外现场在用的隔热管经过多轮吞热采区块上必须大面积推广应用高真空隔热油管,
吐周期的应用后,其隔热性能参差不齐,部分隔热减小套管受损程度,延长油层套管使用寿命。
管的隔热性能已大大低于出厂时的水平,为了解这(3)隔热油管接箍区对套管温度的影响在现
些变化因素对热采井套管损坏的影响程度,笔者进有的注汽工艺管柱中,由于隔热管接箍区的特殊位
行了不同视导热系数对套管温度场的影响研究,结置和结构,无法制造成带有隔热夹层的双壁管,它
果见图1。在地层温度为45、15℃时