专利名称：用于稠油热采工艺的热-预应力融合套管及其使用方法
技术领域：
本发明涉及采油工程领域中的一种套损防治装置，具体是一种用于稠油热采工艺的热-预应力融合套管及其使用方法。
二背景技术：
随着能源的日趋紧张和热力采油技术进步，稠油开采越来越受到重视。目前克拉玛依油田六、九区浅层稠油油藏是新疆稠油的重要组成部分；辽河和胜利油田也分布有稠油，年产能达450万吨以上，主要依靠注蒸汽热力开采方法，即蒸汽吞吐和蒸汽驱动。
由于稠油热力采油的特殊要求，使得稠油热采井套管损坏严重。正确研究认识套管损坏的原因，采取必要的修复工艺及预防措施，及时恢复套损井正常生产已成为当前油田开发中的一个重要课题。近年来围绕减少套管损失、提高注汽热效率、提高原油产量为主题，衍生了许多新技术和新工艺，也产生了较好的经济效益和社会效益。但是，由于热应力作用，蒸汽冲刷腐蚀(尤其套管注汽工艺的实施)造成的套管损坏仍然没有得到彻底解决，稠油热采的套损问题依然严峻，进一步加大了稠油开采的成本和周期，已经成为石油工业中一个迫切需要解决的问题。
由于套损情况严重，新疆、辽河、胜利等油田已经展开了工艺和技术研究，并且取得了一些研究成果，主要的技术归结如下
A、 井口提升的预应力措施
配合地锚在井口提升油套管，能够部分缓解了套管中的轴向热应力，但是幅度非常有限，只有少许的改善效果。另外也没有考虑到套管的径向压縮载荷。所以不是一种完整套损防治的技术措施。
B、 采用注气井热伸縮装置
在公告号为CN2849162的中国专利中提出了一种注气井热伸縮器，采用该伸縮器，下套管时就使用的伸缩节，能够极大限度地消除轴向热应力，但是由于套管接箍的存在，固井后套管热伸长极大地受到水泥环的限制，使得该项技术不能够发挥其自身的技术优势。另外，也是没有考虑套管的径向载荷。所以该项专利的使用效果将会受到影响。C、加厚油套管处理措施
这种处理措施是一种最简单和直观的方法，主要用来增加结构的稳定性。如果温度梯度不大，则热应力不高，防止套管损伤会有较好的效果；如果温度梯度较大，则水泥环破坏、套管顶出井口、套管损伤等等问题都是难以避免的。
发明内容
为解决目前再热力采油工艺中存在的套管损坏问题，包括水泥环界面损伤和套管井口上窜，影响热力采油的工艺实施的问题，本发明提出了一种用于稠油热采工艺的热-预应力融合套管及其使用方法。
为实现上述目的，本发明通过在轴向刚度放松和径向结构盈余的热-预应力融合方法，使得热采段套管自身能够消化和吸收套管中的热应力带来的副作用，维持套管应有的稳定性来抵抗地层高温膨胀产生的径向压力。
本发明包括油套管、钢护套、缠绕管。其中，在套管两端留出接箍安装的距离之后加工出密封槽，该密封槽内嵌装有高温密封圈，用于固井工艺中套管内外隔离；在两端密封槽之间的套管上分布若干穿透油套管的管壁割缝；割缝为均布3-84"X宽
5mm，相互之间间隔60mm，并同向错位60。角，均匀分布在油套管的圆周表面，直到两端密封槽处；割缝两端圆角以过渡减缓应力集中。在割缝内填充具有120。C热变形和360。C热流变的温度特性的填充材料，以防止固井水泥充入。钢护套套在油套管外，是实现密封和保证径向结构盈余的主要部件，其厚度为2.0毫米，长度超过油套管两端密封槽距离50mm。为缓解岩层对油套管的压力，在钢护套外缠绕有复合材料，形成复合材料缠绕管，并通过该缠绕管轴向固定钢护套；该缠绕管的厚度为3毫米。在钢护套与套管之间保有0.15毫米一0.50毫米结构盈余间隙。径向结构盈余原则是保证250K温差下钢护套与套管的间隙量大于套管胀形量；在使用本发明时，
首先，在下放油套管时，将热一预应力融合套管根据热采工艺的需要长度，安装在稠油层底部到热封隔器下端。其次，要根据固井工艺要求，配合地锚使用条件确定最大提升载荷；并根据热采温度梯度，确定提升载荷下限；再次，考虑自重和固井水泥密度的影响条件下，通过载荷优化确定提升载荷的量值，在固井水泥凝固之前，用井口预应力封压装置中的卡瓦锁定提升载荷。最后，水泥环凝固之后，用井口预应力封压装置中的封压法兰封好井口，等待安装采油树与热采工艺中的油管和热封隔器。由于本发明利用了轴向刚度放松、径向结构盈余的套管结构，配合高分子材料的 热流动和液体的流动特性，依据套管、地层的温度梯度和材料的热胀系数，设计应力 融合套管结构的刚度和盈余量，确保套管在预应力提升的基础上，轴向能够消化热应 力，径向能够吸收热应力，维持自身良好的径向稳定性，以抵抗地层热胀对套管的径 向压縮载荷。本发明能够充分消化吸收轴向和径向的热应力，保障套管热应力状态最 小，维持套管应力的稳定性，并且有效保护了套管界面的完整性，避免水泥环开裂、 压溃带来的汽窜和水窜。同时也能够防止套管整体上窜，破坏井口装备和接箍连接。 本发明具有结构简单、实用，效果好的特点。
四
图1是热-预应力融合套管的结构示意图。
图2是热-预应力融合套管的局部结构放大示意图。
图3是热-预应力融合套管的应用安装位置示意图。其中
1.油套管 2.割缝3.钢护套 4.缠绕管 5.高温密封圈6.径向结构盈余 7.采油树 8.封压装置 9.表层套管 10.生产套管 11.油管12.水泥环 13.热封隔器 14.应力融合管 15.热采稠油地层 16.地锚
五具体实施方式
实施例一
本实施例是7"热-预应力融合管，以API标准(美国石油工业协会标准)的10m 长7"油套管作为加工坯料，包括油套管l、钢护套3、缠绕管4。其中，油套管l的两 端留出接箍安装的距离之后加工出密封槽，该密封槽内嵌装有高温密封圈5，用于固 井工艺中油套管的内外隔离；在油套管1两端的密封槽之间分布若干割缝2，并填充 具有100°C热变形和300°C热流变的温度特性的填充材料。在油套管1的外表面套装 有钢护套3，钢护套的外表面有缠绕管4，并通过该缠绕管轴向固定钢护套3。具体实 施过程中
在距离油套管1两端1.5m处车削出密封槽，并在密封槽内安装高温"O"型密封 圈5。在两端密封槽之内，油套管1的表面均匀分布有若千3 — 84。x5mm宽的穿透油 套管1的管壁的割缝2;割缝2之间沿油套管1轴向间隔60mm、同向错位60。角排列； 在割缝2中填充有机玻璃PMMA。用辊弯机将钢板沿油套管1外圆辊圆，并将对缝焊 接，形成钢护套3;油套管1与钢护套3之间有径向结构盈余6，并且该径向结构盈余在0.20mm 0.50mm的公差带范围内；钢护套3的长度略大于油套管1两端的密封槽 之间的长度。采用复合材料的缠绕工艺，在钢护套3外缠绕厚度为3.0mm的双酚A环 氧树脂基玻璃纤维复合材料4，缠绕的长度应略大于钢护套的长度；双酚A环氧树脂 基玻璃纤维复合材料经过常温的固化形成缠绕管4。 实施例二
本实施例是7"热-预应力融合管，以API标准(美国石油工业协会标准)的10m 长7"油套管作为加工坯料，包括油套管l、钢护套3、缠绕管4。其中，油套管l的两 端留出接箍安装的距离之后加工出密封槽，该密封槽内嵌装有高温密封圈5,用于固 井工艺中油套管的内外隔离；在油套管1两端的密封槽之间分布若干割缝2，并填充 具有100°C热变形和300°C热流变的温度特性的填充材料。在油套管1的外表面套装 有钢护套3，钢护套的外表面有缠绕管4，并通过该缠绕管轴向固定钢护套3。具体实 施过程中
在距离油套管1两端1.5m处车削出密封槽，并在密封槽内安装高温"O"型密封 圈5。在两端密封槽之内，油套管1的表面均匀分布有若干3 — 84Gx5mm宽的穿透油 套管1的管壁的割缝2;割缝2之间沿油套管1轴向间隔60mm、同向错位60。角排列； 在割缝2中填充尼龙PA — 6。用辊弯机将钢板沿油套管1外圆辊圆，并将对缝焊接， 形成钢护套3;油套管1与钢护套3之间有径向结构盈余6，并且该径向结构盈余在 0.20mm 0.50mm的公差带范围内；钢护套3的长度略大于油套管1两端的密封槽之 间的长度。采用复合材料的缠绕工艺，在钢护套3外缠绕厚度为3.0mm的双酚A环氧 树脂基玻璃纤维复合材料4，缠绕的长度应略大于钢护套3的长度；双酚A环氧树脂 基玻璃纤维复合材料经过常温的固化形成缠绕管4。
实施例三
本实施例是7"热-预应力融合管，以API标准(美国石油工业协会标准)的10m 长7"油套管作为加工坯料，包括油套管l、钢护套3、缠绕管4。其中，油套管l的两 端留出接箍安装的距离之后加工出密封槽，该密封槽内嵌装有高温密封圈5，用于固 井工艺中油套管的内外隔离；在油套管1两端的密封槽之间分布若干割缝2，并填充 具有100°C热变形和300°C热流变的温度特性的填充材料。在油套管1的外表面套装 有钢护套3，钢护套3的外表面有缠绕管4，并通过该缠绕管4轴向固定钢护套3。具 体实施过程中在距离油套管1两端1.5m处车削出密封槽，并在密封槽内安装高温"O"型密封 圈5。在两端密封槽之内，油套管1的表面均匀分布有若干3 —84。x5mm宽的穿透油 套管1的管壁的割缝2;割缝2之间沿油套管1轴向间隔60mm、同向错位60°角排列； 在割缝2中填充尼龙PA—610。用辊弯机将钢板沿油套管1外圆辊圆，并将对缝焊接， 形成钢护套3;油套管1与钢护套3之间有径向结构盈余6，并且该径向结构盈余在 0.15mm 0.30mm的公差带范围内；钢护套3的长度略大于油套管1两端的密封槽之 间的长度。采用复合材料的缠绕工艺，在钢护套3外缠绕厚度为3.0mm的双酚A环氧 基碳纤维复合材料，缠绕的长度应略大于钢护套的长度；双酚A环氧基碳纤维复合材 料经过常温的固化形成复合材料缠绕管4。
安装使用实施例四
在使用本实施例时，首先，在表层套管10安装完成后下放生产套管9时，将热一 预应力融合套管14根据热采工艺的需要长度，与生产套管9螺纹联接安装在稠油层底 部到热封隔器13下端。其次，要根据固井工艺要求，配合地锚16使用条件确定最大 提升载荷；并根据热采温度梯度，确定提升载荷下限；再次，考虑自重和固井水泥环 12密度的影响条件下，通过载荷优化确定提升载荷的量值，在固井水泥环12凝固之 前，用井口预应力封压装置8中的卡瓦锁定提升载荷。最后，水泥环12凝固之后，用 井口预应力封压装置8中的封压法兰封好井口，等待安装采油树7与热采工艺中的油 管11和热封隔器13。
权利要求
1.一种用于稠油热采工艺的热-预应力融合套管，其特征在于包括油套管(1)、钢护套(3)和缠绕管(4)，其中a.油套管(1)两端的密封槽内嵌装有高温密封圈(5)；在两端密封槽之间的油套管(1)上均匀排布若干穿透油套管(1)的管壁的割缝(2)，该割缝(2)为均布3-84°×宽5mm；割缝(2)之间沿油套管(1)轴向间隔60mm、同向错位60°角排列；在割缝(2)中充入填充材料；b.油套管(1)外表面套有钢护套(3)，并且油套管与钢护套之间有0.15毫米-0.50毫米结构盈余间隙。c.在钢护套(3)外有缠绕管(4)，并通过该缠绕管轴向固定钢护套(3)。
2. 如权利要求l所述用于稠油热采工艺的热-预应力融合套管，其特征在于割缝(2) 内填充的材料具有100°C热变形和300°C热流变的温度特性。
3. 如权利要求1所述用于稠油热采工艺的热-预应力融合套管，其特征在于所述的缠 绕管(4)是将复合材料缠绕在钢护套(3)的外表面经固化后形成；缠绕管(4) 的厚度为3毫米。
4. 一种使用如权利要求1所述稠油热采工艺的热-预应力融合套管的方法，其特征在 于a. 在下放油套管(1)时，将热一预应力融合套管(14)安装在稠油层底部到热封 隔器(13)下端；b. 根据固井工艺要求，配合地锚(16)使用条件确定最大提升载荷；并根据热采 温度梯度，确定提升载荷下限；c. 考虑自重和固井水泥环(12)密度的影响条件下，通过载荷优化确定提升载荷的量值，在固井水泥环(12)凝固之前，用封压装置(8)锁定提升载荷；d. 水泥环(12)凝固之后，用封压装置(8)中的封压法兰封好井口，等待安装采 油树(7)与热采工艺中的油管(11)和热封隔器(13)。
全文摘要
本发明是一种用于稠油热采工艺的热-预应力融合套管及其使用方法。油套管(1)两端密封槽之间的表面圆周上均匀分布若干穿透油套管管壁的割缝(2)；割缝之间间隔60mm，并同向错位60°角，均匀分布在油套管(1)的圆周表面，并在割缝(2)内充入填充材料。油套管(1)与钢护套(3)间有结构盈余间隙；钢护套(3)外有缠绕管(4)。将本发明安装在油管(11)的热封隔器(13)下端，能够充分消化吸收油管(11)轴向和径向的热应力，有效的保护套管界面的完整性，避免水泥环开裂、压溃带来的汽窜和水窜。同时也能够防止套管整体上窜，破坏井口装备和接箍连接，具有结构简单、实用，效果好的特点。
文档编号E21B43/24GK101539010SQ200810017740
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者亮 陶, 毅 陶 申请人:陶 亮;陶 毅