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1、 新型热采套管头的研制与现场应用 摘要：稠油热采是通过注入高温高压气体驱动稠油进行开采的，其注气频次较高，加之工况较为恶劣，套管头承受交变应力作用，焊缝破坏、油套下沉造成井口出油、气、水等，污染环境。在本文中介绍一种适应该恶劣工况的套管头，也对后期可能出现的老井修复起到一定指导作用。关键词：热采套管头；研制；现场应用引言2009年新疆油田风城作业区开始规模化开采稠油，由于存在浅层水层，固井质量不易保证，加之普遍采用过热锅炉，注气温度一般为330350，最高达370，压力高达815MPa，注气频次高，工况较为恶劣，井口出现井口出油、气、水的问题，不仅影响到油田产量，还破坏环境，增加环保压力。为此
2、及时修复老井，恢复产量，保护环境，成为急需解决的问题。现有的热采套管头结构中油层套管与上接头、采油树直接连接，只进行上端限位，下端靠水泥环、悬挂机构限位，若水泥环被破坏，悬挂失效，焊接部位受力，焊接强度不足就会造成焊接部位开裂，进而油层套管会下沉进而导致整个采油树装置位置下移，给后期油井维护带来安全隐患。1项目背景随着油田的大规模开发，注水、压裂等增产措施的大规模应用，使地层底部的压力发生了极大改变，导致层与层之间的压力发生串动、地层压力不稳定等不良后果。这种地层压力的不确定性，给正常钻井作业带来了前所未有的困难和挑战。新疆油田公司为了节约成本，根据需要施工区块的地质特征、岩性组成、地层压力和
3、地层温度等方面考虑，在钻井设计过程中，取消不必要的一些步骤和措施。如正常作业取消下技术套管，只有在钻井过程中遇到因地层原因导致的复杂情况时，才改下技术套管封隔住问题井段，之后处理井底问题。要下技术套管，就必须更换井口套管头，此时井口处于完全敞开、无法控制状态，存在着非常严重的安全隐患，控制不好极易造成井喷失控事故的发生。这种作业方式不符合油田公司对安全生产的要求，同时给钻井施工作业带来了很多不安全因素，具有不可忽视的缺点和弊端。为了解决以上这种不安全的问题，技术人员攻关研制了一种新型的套管头，经过现场安装试验，该套管头各项性能要求和技术指标，都很好地满足了施工作业的要求。该套管头主要在新疆油田
4、公司火烧山油田和克拉玛依油田作业八区进行了现场应用，试验20多井次，取得了不错的效果。3设计计算通过与现有热采套管头结构对比，考虑用户改变注气采油工艺、多轮注气后水泥环降低等因素影响，须对悬挂能力、热应力、焊接强度等进行计算验证。3.1卡瓦悬挂能力计算（采用API推荐的计算方法如图所示）3.2焊缝强度计算：3.2.1A处（压帽与套管焊接处，角焊）K=10mm，=（10+8）cos45=12.73mm1=*f（其中f为焊缝的强度减弱系数）S=*D*，F=1*S=3070kN，取ns=1.5，F1=2046kN3.2.2B处（法兰上接头与套管焊接处，对焊）F2=2422kN3.3套管热应力计算现场
5、注气采油工况：地面温度：-3040注气温度：330350，高温下钢材的弹性系数E：1.2107N/cm2热膨胀系数C：13.2410-6m/m.经计算热应力为524.3MPa，相当于作用在套管上的作用力：F注=2550kN。考虑到极限工况（在多轮注气后，水泥环部分被破坏，强度降低，油层套管局部为自由段），此时，悬挂机构处于最危险状态，此处受力最大。故Fmax=F注。根据焊接经验及实验数据并考虑现场焊接条件，两组焊缝强度能达到单组焊缝强度提高10%20%，故F=（2664.22906.4）kNFmax=2550kN，悬挂机构满足极限工况下工作的要求。4室内实验结合现场实际工况，对管串模型进行简化
6、分析，在极限工况下，焊缝处（A、B）受力最大，为薄弱点。结合分析数据，设计3套室内实验装置，采用4片卡瓦夹持套管，在拉力试验机上施加1500kN、2000kN、2500kN、3000kN载荷，实验装置保持完好，继续加载直至焊缝被破坏得出破坏拉力值，实验结果中安全的焊缝强度最小为2683kN达到设计要求。5新型热采套管头现场应用5.1油层套管伸出高度的确定油层套管伸出高度应以满足井口装置及采油规范为最低要求，同时综合考虑下部管串结构等因素。为保证产品安装质量，油层套管伸出高度应控制在表层套管接箍上端面不少于400mm。5.2现场安装流程5.2.1新井开发安装流程（1）一开固井候凝结束后安装热采套
7、管头本体，试压14MPa，稳压5-10mins，无压降进行下一步；（2）在下油层套管至最后一根时，将悬挂器穿入套管串中，用专门的送入工具将悬挂器座挂在本体内；（3）碰压后剪断定位螺钉完成套管悬挂；（4）切割油层套管；（5）安装压帽，焊接压帽与油层套管；（6）安装法兰上接头，控制油层套管上端面距离，焊接法兰上接头与油层套管、法兰上接头与本体；（7）井口安装试压装置并试压21MPa，稳压5-10mins，检查密封效果；（8）安装采油树，完成整套工艺流程。5.2.2老井整改安装流程1）拆卸井口采油树；2）拆卸原有井口热采套管头并及时清理；3）切割油层套管或焊接适合长度的油层套管；4）安装热采套管头本
8、体，坐入悬挂器，卡瓦抱牢油层套管；（5）执行新井开发安装流程中（5）（8）工作内容。5.3现场应用效果评价20152016年在新疆油田风城区块采用新型热采套管头实施7口井（老井整改井）。经过35轮注气生产后，井口未出现油气水以及井口管串下沉的现象，及时修复老井，保证油田产量。6结术语新型热采套管头主要是针对悬挂失效出现焊缝开裂、油套下沉及井口装置下沉等复杂情况，在现有套管头结构的基础上做出了优化设计。（1）采用本体、法兰上接头、采油树底法兰直接连接方式，井口位置固定。（2）该结构即可用于现场预应力固井也可用于老井改造作业。（3）施工流程与现有类似，通用性好，现场实施方便。参考文献：1龚伟安.卡瓦内悬挂管柱的理论承载能力J.石油矿藏机械，1982，11（5）：21-28.2崔孝秉，张宏.卡瓦内悬挂管柱的理论承载能力的再分析J.石油大学学报，1998，22（2）：89-92.3杨树林，苏涛，等.RT-I型热采套管头研制与应用J.石油矿藏机械，2005，34（3）：74-76. -全文完-
