[發明專利]一種高溫高壓井預應力固井施工新工藝

在審

• 申請號: 201810024556.2
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108222880A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 閆怡飛;鈕瑞艷;劉銘剛;閆相禎;許志倩;李文強
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B43/10;E21B33/128;E21B36/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及石油鉆井技術開發領域，特別涉及一種高溫高壓井中減輕溫度、壓力變化對套管柱力學性能影響的新型固井施工工藝。這種新型固井施工工藝的設施有：完井套管柱、封隔器、加熱系統和鉆井循環系統四大部分；其中：所述加熱系統包括加熱器和電纜；所述鉆井循環系統由模地面循環系統和井下循環系統組成。本發明實現高溫高壓井套管柱力學性能的提高，即在固井時預先使套管柱獲得一個內應力，在后續的試油和開采中，高溫高壓產生的熱應力會先平衡套管產生的預應力，從而減小了套管柱實際所承受的應力，控制了套管柱的變形，保證高溫高壓井套管柱的功能完整和后續的安全生產。

技術領域

本發明專利涉及石油鉆井技術領域，特別涉及一種高溫高壓井中減輕溫度、壓力變化對套管柱力學性能影響的新型施工工藝，具體講是一種在鉆井中對套管柱施加預應力的新型固井施工工藝。

背景技術

目前我國高溫高壓井的年產量已經超過了130萬噸，且開采方式以熱蒸汽吞吐技術為主，然而蒸汽吞吐技術對管柱損壞的影響非常大。在注蒸汽過程中，井下高溫(如注氣井溫度高達到350攝氏度)會使套管柱產生熱應力，從而發生塑性屈服；在停注降溫過程中，套管彈性應變降低，塑性變形保留。經過反復注停蒸汽，會造成管柱疲勞和強度降低，造成套管變形或脫漏，對熱采井的安全運行存在致命的威脅，譬如2004年8月7日，新疆克拉瑪依油田10井區23123井投產注氣過程中發生井口爆炸事故，造成了嚴重損失。

高溫高壓井在服役期間，套管柱受到熱應力和不均勻地應力以及較高內壓強的作用，其力學性能和實際服役性能不能滿足生產安全的要求。為了滿足安全生產的要求，需要預先施加壓力以提高套管柱本身的力學性能和服役性能，這對預防套管變形、脫扣以及保障密封完整性至關重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提高套管力學性能和服役性能，保障套管在服役期間滿足安全生產要求的固井施工工藝。現有的預壓固井施工工藝有提拉預應力、套管伸縮短節和全預熱應力等。其中，全預熱應力固井工藝的施工成本較高；套管伸縮短節固井工藝在服役中易造成伸縮短節疲勞斷裂；提拉預應力固井工藝只能提高套管柱的抗軸向應力，但是對套管柱的抗周向應力幾乎無影響。本發明專利提出的固井工藝，可以降低施工成本，同時提高套管柱的抗軸向和周向應力，是一種高溫高壓井套損的固井施工新工藝。

本發明的施工工藝原理為，固井時對采油段套管柱施加預壓力和熱載荷，從而套管柱產生一個預應力；試油和采油生產時，高溫高壓產生的熱應力會先平衡套管產生的預應力，剩余熱應力會與套管設計應力相平衡，一般不會超過套管的設計屈服極限，從而控制了套管柱發生變形。

為此，本發明專利的技術方案如下：

一種高溫高壓井預應力固井施工新工藝，包括：

封隔器、完井套管柱、加熱系統和鉆井循環系統四大部分。

所述封隔器為可取壓縮式封隔器，即是一種可拆卸的密封裝置，安裝位置在油氣層的上方完井起點處，作用是密封預加高溫高壓的環形空間。

所述完井套管柱是高剛級、大壁厚的特殊套管，即在高溫高壓環境下變形很小的套管，作用是保證套管柱的功能完整性。

所述加熱系統包括電纜和加熱器，作用是將密閉環形空間內介質溫度加熱到設定溫度。

所述電纜是由耐高溫高壓材料制成的，主要功能是安全的輸送電壓和電流，保障加熱器的正常使用。

所述加熱器是一種在電流和電壓作用下溫度會升高，產生熱能，并將熱能傳遞到周圍介質中的一種加熱設備，安裝位置在油氣層的上方完井起點處。

所述鉆井循環系統包括兩部分：地面循環系統和井下循環系統，作用是維持井壁的穩定性、鉆井液的潔凈以及井底壓力的平衡。

所述地面循環系統包括井泵、高壓管線、閥門、液體池、返液槽、凈化器等設備；所述井下循環系統包括鉆桿、高壓管線和固液分離器等。