埕海油田套管保护工艺技术研究与应用

2022-09-12

一、概况

埕海二区位于河北省黄骅市张巨河村以东的滩涂-海域地区, 水深0~2m的极浅海地区。油层埋藏深 (2650m~3380m) , 地层岩心胶结致密, 有效渗透率低 (7.8~94.9×10-3μm2) , 泥质含量较高 (6.1~8.9%) , 储层敏感性以水敏为主, 投注时虽然进行了防膨处理, 但注水压力仍然在25 MPa以上, 最高达到了29.5MPa, 而且还有继续上升的可能。由于注水井完井结构采用9-5/8″套管内悬挂5-1/2″套管完井方式, 为了保护悬挂器和套管, 必须进行套管保护注水。

二、高压注水套管保护工艺管柱设计与应用

在油田开发中, 受注水井注水层段的层间矛盾影响 (包括岩性、物性、油性等) , 在高压注水外力作用下, 注水井的井身结构容易发生变化, 比较明显的现象是出现井身套管错断、变形、套漏等损坏现象, 致使注水井井下措施无法实施, 单井配注水量难以完成, 最终影响油田开发效果。

1. 受力分析

井下注水管柱在实际生产中受管柱自重, 油管内外压力和温度沿管柱变化的影响, 极易产生三种基本效应[1]:

(1) 虎克定律效应

注水管柱在弹性变形极限范围内, 由于受自重或其他外力的作用, 注水管柱将产生拉伸或压缩变形。

管柱受外力作用而拉伸或压缩的变形量的计算公式为:

管柱受自重重力作用而拉伸或压缩的变形量的计算公式为:

式中:△L1:管柱拉伸或压缩的变形量, m;

L:管柱长度, m;

F:给管柱施加的拉伸或压缩力, N;

q:管柱在空气中每8m长带一个接箍和外加厚增重的平均重量, kg/m;

K:浮力系数, K=1-ρ/7.85

p:井液密度, g/m;

E:钢材弹性模量, Pa, 取E=2.0593965×105Pa;

A:管柱横截面积, m2;

D:管柱外直径, m;

d:管柱内直径, m。

(2) 压力效应

该效应由油管内外压力作用在管柱直径变化处和密封管端面上或管壁上引起, 压力不仅沿管柱轴线垂直作用于封隔器处的密封管和注水管柱上, 而且也水平地作用于整个管柱的壁面上。由于管柱内外存在着压力差, 这个压差的作用使管柱存在轴向载荷和长度变形。如果紧靠封隔器上部的注水管柱内部压力大于该处环形空间的压力, 则套管内的管柱还会发生螺旋弯曲。

(3) 温度效应

因管柱的平均温度变化引起。温度变化易造成管柱的长度变化, 即在管柱内产生一个轴向载荷。在正常注水时, 管柱上存在着虎克定律效应、压力效应和温度效应。在停注时, 管柱上只存在着虎克定律效应的自重伸长。因此, 正常注水时, 管柱变形量大, 停注时, 管柱变形量小。管柱这种伸长与缩短, 就造成胶筒在井下蠕动, 使封隔器密封失效, 甚至造成封隔器在井下自动解封。所以在封隔器的设计以及卡顶封工艺管柱的设计过程中, 一定要考虑到以上三种因素的影响。

2. 工艺管柱优选

埕海二区注水井储层物性差, 油层埋藏深, 注水压力高, 通过对国内外高压注水技术进行调研, 结果为国外主要采用能承高温高压的封隔器组成配套管柱注水, 国内高压注水技术以胜利油田和江汉油田高压注水工艺技术为代表, 其他油田的高压注水技术与之原理类似。

(1) 高温高压锚定补偿式注水工艺管柱

该管柱由Y341封隔器及锚定补偿工具组成, 锚定补偿工具可实现锚定和扶正管柱, 补偿工具注水时实现管柱伸缩补偿。Y341封隔器封住封隔器以上油套环形空间, 实现套管上部无套压注水, 注水量在地面控制和计量。该工艺具有施工简便的特点, 适用深斜井分层注水;配置的井下工具全部防腐处理, 既能满足高温高压井的注水工艺要求, 也能有效解决注水管柱因长期注水而导致的工艺管柱腐蚀问题。