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據統(tǒng)計，全球石油資源總量約9～13萬億桶，常規(guī)原油只占大約30%，稠油、超稠油和瀝青資源則占石油總資源的70%以上，約6～9萬億桶。僅遼河油田稠油年產量就達700萬噸，占其總產量的60％以上。在當前能源需求強勁、油價高企、常規(guī)原油產量日益下降的背景下，全球各石油生產國及石油公司已將重點轉向稠油開發(fā)。

稠油開采一般采取蒸汽吞吐，需要注入350℃高溫蒸汽，高溫造成井下管柱嚴重損壞。調查顯示，套管損壞達到30%以上，嚴重區(qū)塊超過60%，造成巨大損失，完井管柱保護成為稠油開發(fā)必需解決的問題。

造成熱采井套管損壞的四大因素

溫度 在稠油熱采過程中，井筒溫度可達到350℃。在高溫條件下，套管的性能將發(fā)生一定的變化；同時，套管將產生熱應力。試驗表明，至少有3個套管性能參數與熱采井溫度有關，即金屬線膨脹系數、鋼材彈性模量和套管規(guī)定最小屈服強度。這些性能的變化將直接影響到套管的強度。

理論及實踐證明：熱采井高溫及溫度劇烈變化是套管損壞的主要原因。

在持續(xù)高溫和軸向拉應力作用下，套管產生疲勞裂紋和壓縮變形，造成套管損壞。松弛現象使套管接箍的密封性能受到影響。此外，隨著注汽周期增加，殘余應力越來越大，而井況和套管性能越來越差。從調查可知，在前7輪注汽中，套管損壞占81.7%，前三輪注汽過程中套管損壞約占35.4%；當第三周期之后，N80套管殘余應力將會達到屈服極限。

油井出砂 熱采井出砂是稠油油藏巖石結構和性質的特征所決定的。同時，在蒸汽吞吐過程油井回采水率低，地下大量存水，不僅直接影響吞吐效果，還會造成泥巖膨脹流動和油井大量出砂。油層壓力也很低，上覆地層壓力增加，會使套管受擠壓錯位。

圓螺紋接頭不適合熱采井要求 經多臂井徑儀測井證實，套管損壞多發(fā)生在螺紋連接部位，多數是圓螺紋連接的J-55套管。圓螺紋接頭抗高溫、密封極限都低。這種螺紋接頭的環(huán)向裝配應力較大，有可能導致筒體屈服。

水泥封固質量不好 在持續(xù)高溫下，水泥強度降低或有微環(huán)空隙，在油層部位水泥環(huán)強度因射孔更低，甚至將套管射裂，加上油井出砂地層虧空等，這些都是套管在外壓力作用下失穩(wěn)造成絲扣泄漏和套管損壞。失穩(wěn)破壞的臨界長度經計算在溫度200～250℃時約10m左右。當溫度急劇變化時，內壓力和軸向力也急劇變化，尤其在上部水泥空段更容易造成套管變形。

稠油完井防砂配套技術

預應力完井技術 所謂預應力完井是在固井注水泥前或注水泥后對井內套管串施加一定的預拉力（稱為預應力），減小或抵消注蒸汽受熱時熱應力造成的套管伸長，防止油井套管損壞。

為此，開發(fā)了雙級預應力地錨技術，形成了5″，5-1/2″，6-5/8″，7″，9-5/8″套管配套系列工具，其結構如圖1所示，采用自行互動雙級錨爪，一級錨爪力量不足時，二級自動張開，徹底解決了各種井眼錨固問題。預應力完井成功率達到99％以上。實踐證明，預應力完井能夠滿足稠油注蒸汽熱采的要求。

套管地錨工作原理：該地錨接在套管柱的最下端，直接與套管相連。套管下到井底后，開泵循環(huán)，鉆井液在循環(huán)孔返出。正常固井、碰壓。膠塞碰壓后，坐到地錨上部膠塞座上，然后再緩慢憋壓，當壓力到15～20MPa時，剪斷剪銷，地錨膠塞座下移，推動中心管和連桿組，打開雙級錨爪，使雙級錨爪與井壁錨定，在憋壓狀態(tài)下，井口提拉預應力到設計噸位或長度，套管在預應力的方式下候凝，完成套管預應力施工。

套損熱應力補償技術 在稠油熱采過程中，由于套管自重、抗拉強度及受到浮力等因素，上部套管受到預應力大，下部施加預應力小。統(tǒng)計發(fā)現套管損壞絕大部分集中在熱采封隔器至油層頂部井段，占總數的64.42%。雖然套管損壞原因是多方面的，但最主要的是受軸向變化的熱應力所致，因此研制出了一種不影響預應力完井，且能有效緩解局部井段套管柱熱應力變化的緩釋裝置，將熱應力緩解至套管能承受的應力范圍，以減少套管損壞十分必要。熱應力補償器是解決套管局部井段損壞的有效工具，是預應力完井技術的有益補充。

熱應力補償裝置（如圖2）是用耐高溫高壓波紋管作密封件，在波紋管密封原件的上下端分別焊裝在上端環(huán)和下端環(huán)上，波紋管密封原件套裝在中心管中部的抗拉力臺階上。熱應力補償裝置中之波紋管密封原件在油井中處于原始狀態(tài)，當來自配合短節(jié)方向的力使外管向上產生運移時，波紋管即開始伸長，反之波紋管則被壓縮。而產生熱應力變化時，生產套管則會產生微量的伸縮，這是使生產套管損壞的主要原因。完井時在油層上部的一定位置加裝一個熱應力補償裝置，即可對生產套管的這種微量伸縮進行補償，從而達到減少或保護套管不被損壞的目的。若把熱應力補償裝置接到水泥沒有返到地面的井口上，亦可起到保護井口的作用。應力補償器上端母扣和下端公扣與管柱連接在一起，固井時同被水泥封固。

稠油防砂完井配套技術 稠油熱采需要蒸汽吞吐，在注氣過程中，出砂嚴重，導致油層掏空，加速了套管損壞，因此熱采井完井中必須解決油井出砂與防砂問題。為此，研制了系列防砂篩管及其配套完井工具。

防砂篩管。研制的防砂篩管主要有：割縫篩管（如圖3）、繞絲篩管（如圖4）、金屬纖維篩管（如圖5），根據不同防砂需要進行合理選擇。

割縫篩管強度高、下井不易損壞、施工簡單、成本低，但篩縫容易被沖蝕、腐蝕、容易堵塞、適用于地層砂均勻地層；金屬網纖維篩管及繞絲篩管防砂效果好、過流面積大、整體強度高、防砂參數在地面控制后下井不變化、現場施工簡單，但其外徑較大，柔性較差。

完井配套工具。研制的完井配套工具主要有：懸掛封隔器（如圖6）、柔性接頭（如圖7）等。懸掛封隔器用于懸掛篩管完井，對于稠油熱采井，需滿足高溫、密封等方面的要求。柔性接頭主要用于中短半徑水平井／側鉆水平井，保證完井管柱順利下到預定位置。

現場應用及發(fā)展前景

自2000年以來，在各類稠油油藏中進行完井技術服務共1973井次（見表1），創(chuàng)產值9718萬元，實現利潤2500余萬元。

稠油完井防砂配套技術有效降低了套管損壞情況，降低了生產成本，對延長稠油熱采井壽命及長期生產具有重大意義。隨著常規(guī)油藏可采儲量日趨減少，委內瑞拉、哈薩克斯坦、蘇丹等國外油田以及國內吉林、大慶、吐哈等油田大量稠油陸續(xù)投入開發(fā)，將為該技術帶來廣闊的應用前景。