CN109799146A - 一种火驱稠油井用套管评价方法 - Google Patents

一种火驱稠油井用套管评价方法 Download PDF

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本发明公开了一种火驱稠油井用套管评价方法，包括以下步骤：根据材料力学强度理论判断套管柱安全服役的临界温度，确立稠油火驱井套管柱性能评价特征图；根据油田现场提供的储层特性及套管柱可能服役的最高温度Tmax，确定套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，并以此绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线，然后根据套管柱许用应力随温度变化规律曲线对待评价火驱稠油井用套管的安全性进行评估，该方法能够实现火驱稠油井用套管的评价。

Description

一种火驱稠油井用套管评价方法
技术领域
本发明属于油气开采技术领域，涉及一种火驱稠油井用套管评价方法。
背景技术
稠油是我国油气资源开发的主要对象之一，主要分布在新疆、辽河、吐哈、胜利、环渤海湾等地区，2007年以来，中石油新疆、吐哈油田及中海油环渤海湾地区累计发现数个整装区块，可开采稠油储量逾20亿吨，是我国未来油气增产的主要方向之一。火驱采油技术(火驱)是一种重要的稠油开采工艺，其独特的优势包括采收率高、适用范围广等，既适合一次采油、二次采油和三次采油，也适合开发后期高含水油藏。
火驱工艺是利用地层原油中的重质组分作为燃料，以空气或富氧气体作为助燃剂，采取自然和人工点火等方法使油层温度达到原油燃点，并连续注入助燃剂，使原油持续燃烧释放热量，油层温度上升至600～700℃，其中火烧前缘可达800℃以上，引起重质组分高温裂解。注入的气体、重油裂解生产的轻质油、燃烧生产的气体及水蒸气共同驱动原油向生产井流动。火驱采油工艺的主要机理是高温裂解、气体驱动和加热降黏，其中注气井服役套管的主要工况特征是富氧介质、400～800℃持续高温环境下承受复杂载荷作用。考虑到目前缺乏适用于该工况下的套管柱评价技术，因此稠油火驱工况套损率达到65％，严重影响了油气资源的高效开发进程。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种火驱稠油井用套管评价方法，该方法能够实现火驱稠油井用套管的评价。
为达到上述目的，本发明所述的火驱稠油井用套管评价方法包括以下步骤：
1)将套管柱加工成室内试验用棒/板状拉伸小试样；
2)采用力学测试与模拟试验机测试室内试验用棒/板状拉伸小试样在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃及800℃工况下的屈服强度σs；
3)按照套管柱三维强度校核标准确定安全系数n，并计算各工况下的许用应力[σ]＝σs/n；
4)基于有限元方法确定套管柱在火驱井服役极限工况下的最大等效应力σmax＝σ机械+σT，其中，σ机械为套管柱的机械应力，σT为套管柱的温度应力；
5)根据材料力学强度理论判断套管柱安全服役的临界温度，确立稠油火驱井套管柱性能评价特征图；
6)根据油田现场提供的储层特性及套管柱可能服役的最高温度Tmax，确定套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，并以此绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线，然后根据套管柱许用应力随温度变化规律曲线对待评价火驱稠油井用套管的安全性进行评估。
设套管柱许用应力随温度变化规律曲线与套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线的交点分别为A点和B点，A点对应的温度值为T1，B点对应的温度值为T2。
设A点与稠油火驱井套管柱性能评价特征图中横坐标T1的连线为第一条线段，B点与稠油火驱井套管柱性能评价特征图中横坐标T2的连线为第二条线段；
第一个区域为第一条线段、套管柱许用应力随温度变化规律曲线、稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标及纵坐标围成的区域；
第二个区域为第一条线段、第二条线段、套管柱许用应力随温度变化规律曲线及稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标围成的区域；
第三个区域为第二条线段、管柱许用应力随温度变化规律曲线及稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标围成的区域；
则有：当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第一个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管的安全性较高；
当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第二个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管存在失效的风险；
当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第三个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管的安全性较差。
根据套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，基于安全系数法绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的火驱稠油井用套管评价方法在具体操作时，基于有限元方法确定套管柱在火驱井服役极限工况下的最大等效应力，同时根据套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线，最后根据套管柱许用应力随温度变化规律曲线评价待评价火驱稠油井用套管的安全性，为现场套管柱精细化选用提供技术支撑。
附图说明
图1为本发明中的稠油火驱井套管柱性能评价特征图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的火驱稠油井用套管评价方法包括以下步骤：
1)将套管柱加工成室内试验用棒/板状拉伸小试样；
2)采用力学测试与模拟试验机测试室内试验用棒/板状拉伸小试样在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃及800℃工况下的屈服强度σs；
3)按照套管柱三维强度校核标准确定安全系数n，并计算各工况下的许用应力[σ]＝σs/n；
4)基于有限元方法确定套管柱在火驱井服役极限工况下的最大等效应力σmax＝σ机械+σT，其中，σ机械为套管柱的机械应力，σT为套管柱的温度应力；
5)根据材料力学强度理论判断套管柱安全服役的临界温度，确立稠油火驱井套管柱性能评价特征图；
6)根据油田现场提供的储层特性及套管柱可能服役的最高温度Tmax，确定套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，并以此绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线，然后根据套管柱许用应力随温度变化规律曲线对待评价火驱稠油井用套管的安全性进行评估。
设套管柱许用应力随温度变化规律曲线与套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线的交点分别为A点和B点，A点对应的温度值为T1，B点对应的温度值为T2。
设A点与稠油火驱井套管柱性能评价特征图中横坐标T1的连线为第一条线段，B点与稠油火驱井套管柱性能评价特征图中横坐标T2的连线为第二条线段；
第一个区域为第一条线段、套管柱许用应力随温度变化规律曲线、稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标及纵坐标围成的区域；
第二个区域为第一条线段、第二条线段、套管柱许用应力随温度变化规律曲线及稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标围成的区域；
第三个区域为第二条线段、管柱许用应力随温度变化规律曲线及稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标围成的区域；
则有：当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第一个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管的安全性较高；
当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第二个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管存在失效的风险；
当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第三个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管的安全性较差。
具体的，根据套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，基于安全系数法绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线。
参考图1，1为套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线，2为套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，3为套管柱许用应力随温度变化规律曲线。

Claims (4)

1.一种火驱稠油井用套管评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将套管柱加工成室内试验用棒/板状拉伸小试样；
2)采用力学测试与模拟试验机测试室内试验用棒/板状拉伸小试样在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃及800℃工况下的屈服强度σs；
3)按照套管柱三维强度校核标准确定安全系数n，并计算各工况下的许用应力[σ]＝σs/n；
4)基于有限元方法确定套管柱在火驱井服役极限工况下的最大等效应力σmax＝σ机械+σT，其中，σ机械为套管柱的机械应力，σT为套管柱的温度应力；
5)根据材料力学强度理论判断套管柱安全服役的临界温度，确立稠油火驱井套管柱性能评价特征图；
6)根据油田现场提供的储层特性及套管柱可能服役的最高温度Tmax，确定套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，并以此绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线，然后根据套管柱许用应力随温度变化规律曲线对待评价火驱稠油井用套管的安全性进行评估。
2.根据权利要求1所述的火驱稠油井用套管评价方法，其特征在于，设套管柱许用应力随温度变化规律曲线与套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线的交点分别为A点和B点，A点对应的温度值为T1，B点对应的温度值为T2。
3.根据权利要求2所述的火驱稠油井用套管评价方法，其特征在于，设A点与稠油火驱井套管柱性能评价特征图中横坐标T1的连线为第一条线段，B点与稠油火驱井套管柱性能评价特征图中横坐标T2的连线为第二条线段；
第一个区域为第一条线段、套管柱许用应力随温度变化规律曲线、稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标及纵坐标围成的区域；
第二个区域为第一条线段、第二条线段、套管柱许用应力随温度变化规律曲线及稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标围成的区域；
第三个区域为第二条线段、管柱许用应力随温度变化规律曲线及稠油火驱井套管柱性能评价特征图中的横坐标围成的区域；
则有：当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第一个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管的安全性较高；
当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第二个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管存在失效的风险；
当待评价火驱稠油井用套管的服役温度位于第三个区域时，则说明待评价火驱稠油井用套管的安全性较差。
4.根据权利要求1所述的火驱稠油井用套管评价方法，其特征在于，根据套管柱最大等效应力随温度变化规律曲线及套管柱屈服强度随温度变化规律曲线，基于安全系数法绘制套管柱许用应力随温度变化规律曲线。
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