[发明专利]一种高温高压井预应力固井施工新工艺

说明书

本发明涉及石油钻井技术开发领域，特别涉及一种高温高压井中减轻温度、压力变化对套管柱力学性能影响的新型固井施工工艺。这种新型固井施工工艺的设施有：完井套管柱、封隔器、加热系统和钻井循环系统四大部分；其中：所述加热系统包括加热器和电缆；所述钻井循环系统由模地面循环系统和井下循环系统组成。本发明实现高温高压井套管柱力学性能的提高，即在固井时预先使套管柱获得一个内应力，在后续的试油和开采中，高温高压产生的热应力会先平衡套管产生的预应力，从而减小了套管柱实际所承受的应力，控制了套管柱的变形，保证高温高压井套管柱的功能完整和后续的安全生产。

技术领域

本发明专利涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种高温高压井中减轻温度、压力变化对套管柱力学性能影响的新型施工工艺，具体讲是一种在钻井中对套管柱施加预应力的新型固井施工工艺。

背景技术

目前我国高温高压井的年产量已经超过了130万吨，且开采方式以热蒸汽吞吐技术为主，然而蒸汽吞吐技术对管柱损坏的影响非常大。在注蒸汽过程中，井下高温(如注气井温度高达到350摄氏度)会使套管柱产生热应力，从而发生塑性屈服；在停注降温过程中，套管弹性应变降低，塑性变形保留。经过反复注停蒸汽，会造成管柱疲劳和强度降低，造成套管变形或脱漏，对热采井的安全运行存在致命的威胁，譬如2004年8月7日，新疆克拉玛依油田10井区23123井投产注气过程中发生井口爆炸事故，造成了严重损失。

高温高压井在服役期间，套管柱受到热应力和不均匀地应力以及较高内压强的作用，其力学性能和实际服役性能不能满足生产安全的要求。为了满足安全生产的要求，需要预先施加压力以提高套管柱本身的力学性能和服役性能，这对预防套管变形、脱扣以及保障密封完整性至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高套管力学性能和服役性能，保障套管在服役期间满足安全生产要求的固井施工工艺。现有的预压固井施工工艺有提拉预应力、套管伸缩短节和全预热应力等。其中，全预热应力固井工艺的施工成本较高；套管伸缩短节固井工艺在服役中易造成伸缩短节疲劳断裂；提拉预应力固井工艺只能提高套管柱的抗轴向应力，但是对套管柱的抗周向应力几乎无影响。本发明专利提出的固井工艺，可以降低施工成本，同时提高套管柱的抗轴向和周向应力，是一种高温高压井套损的固井施工新工艺。

本发明的施工工艺原理为，固井时对采油段套管柱施加预压力和热载荷，从而套管柱产生一个预应力；试油和采油生产时，高温高压产生的热应力会先平衡套管产生的预应力，剩余热应力会与套管设计应力相平衡，一般不会超过套管的设计屈服极限，从而控制了套管柱发生变形。

为此，本发明专利的技术方案如下：

一种高温高压井预应力固井施工新工艺，包括：

封隔器、完井套管柱、加热系统和钻井循环系统四大部分。

所述封隔器为可取压缩式封隔器，即是一种可拆卸的密封装置，安装位置在油气层的上方完井起点处，作用是密封预加高温高压的环形空间。

所述完井套管柱是高刚级、大壁厚的特殊套管，即在高温高压环境下变形很小的套管，作用是保证套管柱的功能完整性。

所述加热系统包括电缆和加热器，作用是将密闭环形空间内介质温度加热到设定温度。

所述电缆是由耐高温高压材料制成的，主要功能是安全的输送电压和电流，保障加热器的正常使用。

所述加热器是一种在电流和电压作用下温度会升高，产生热能，并将热能传递到周围介质中的一种加热设备，安装位置在油气层的上方完井起点处。

所述钻井循环系统包括两部分：地面循环系统和井下循环系统，作用是维持井壁的稳定性、钻井液的洁净以及井底压力的平衡。

所述地面循环系统包括井泵、高压管线、阀门、液体池、返液槽、净化器等设备；所述井下循环系统包括钻杆、高压管线和固液分离器等。