王寶軍 喬中山 隋成龍 王翊民 王 太 李 根

（1、中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459 2、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452）

隨著我國海上稠油油田開發(fā)探索，逐漸突破海上熱采設(shè)備瓶頸，初步驗證了多元熱流體增產(chǎn)效果，探索出了適合海上的熱采完井方式。為了擴(kuò)大熱采規(guī)模，海上將對多輪次吞吐開發(fā)油田采用熱采防砂技術(shù)來深化試驗，并提高熱采經(jīng)濟(jì)性。但是在350 度高溫下注熱，井筒隔熱性和防砂多輪耐受性要求較高。如何保證高溫防砂工具密封性、可靠性、以及熱應(yīng)力補(bǔ)償?shù)?，有效增?qiáng)現(xiàn)場作業(yè)的穩(wěn)定性及作業(yè)時效，成為技術(shù)的關(guān)鍵。針對海上非常規(guī)稠油規(guī)?；_發(fā)的不斷深化，推動自主化熱采完井防砂技術(shù)全面研究應(yīng)用勢在必行。

1 熱采防砂管柱設(shè)計

對于稠油熱采防砂項目來說，外層管柱要經(jīng)受300 至350度高溫及至少8 輪次蒸汽吞吐。頂部封隔器的耐高溫密封件是重要部件，還要考慮篩管抗高溫沖蝕的能力，其次是滑套密封件和熱應(yīng)力補(bǔ)償工具。熱采防砂外層管柱設(shè)計（如圖1 所示）有六大技術(shù)特點：（1）防提前坐封屏蔽機(jī)構(gòu)可大排量頂替裸眼段泥漿；（2）各作業(yè)階段對裸眼段保持一定的正壓力，維持井壁穩(wěn)定；（3）一趟管柱可以實現(xiàn)打砂作業(yè)與破膠作業(yè)；（4）服務(wù)工具正打壓脫手，具備防正轉(zhuǎn)脫手功能；（5）機(jī)械定位器確保充填位置準(zhǔn)確；（6）反循環(huán)時座封球被鎖緊機(jī)構(gòu)，充填滑套關(guān)閉。

圖1 熱采防砂外層管柱設(shè)計示意圖

2 高溫防砂頂部封隔器

高溫防砂頂部封隔器的作用是懸掛和定位防砂管柱，有效封隔產(chǎn)層，因此其必須滿足壓力、溫度、抗拉載荷要求。其密封采用橡膠與金屬網(wǎng)結(jié)合，利用多片碟簧組合蓄能加壓。其長度較短、方便下入，在狗腿度大的斜度井優(yōu)勢更明顯；自鎖機(jī)構(gòu)穩(wěn)定可靠，具有防提前坐封設(shè)計；使用配套專用回收工具可輕松回收該封隔器。進(jìn)行了高溫封隔器的整機(jī)模擬測試，解封過提11.3t，封隔器至完全釋放摩阻為2-3t。碟簧組合外觀完整、無裂紋損傷，驗證了其蓄能載荷和安全回收的可靠性。在300 度高溫下，膠筒順利收縮，其表面完整、無發(fā)生擠出損傷，驗證了其抗壓和耐高低溫交變的可靠性；高溫插入密封的泛塞、模塊、V組完整，無損傷，密封有效。壓環(huán)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：增加了聚四氟乙烯材質(zhì)保護(hù)套，防止下井途中損壞，同時大大減小了壓環(huán)與中心管的滑動摩阻。

建立ANSYS 力學(xué)模型進(jìn)行多次計算，通過動畫模擬每一步支反力大小可知，由于熱采頂部封隔器坐封過程需要反復(fù)打高壓并泄壓至零，容易導(dǎo)致液壓脫手剪切銷釘提前疲勞，導(dǎo)致脫手壓力降低, 提前脫手。優(yōu)化后的剪切銷釘液壓脫手壓力在4600-4800psi 之間，壓力平穩(wěn)可靠，滿足封隔器的坐封要求。在實際應(yīng)用中，考慮到注熱溫度可達(dá)350 度，因此采用了防砂后在頂部封隔器上部串聯(lián)350 度的高溫封隔器，以保障耐溫可靠性。

3 耐高溫井下插入密封設(shè)計

回插定位密封創(chuàng)新采用金屬和非金屬雙密封組合，其中金屬密封采用銅環(huán)密封，非金屬密封采用V 組和泛塞密封形式（如圖2 所示）。插入密封的可靠性直接關(guān)系到熱采的隔熱性能，隔熱油管主利用低導(dǎo)熱系數(shù)，減少井筒熱損失和水泥環(huán)免受損壞。隔熱油管與封隔器的連接必須接受多輪次冷熱交替轉(zhuǎn)換考驗，保證密封和隔熱效果。

圖2 雙層槽口立體化設(shè)計

測試系統(tǒng)因不具備保溫試壓條件而降溫導(dǎo)致壓降，高溫驗封時的相對壓差為0.2-0.35MPa，常溫驗封時壓降為0.05-0.13MPa，判斷封隔器和改進(jìn)后插入密封滿足設(shè)計要求（如表1 所示）。

4 其他關(guān)鍵附件

4.1 熱應(yīng)力補(bǔ)償器

為了防止防砂管柱在注熱條件下的熱膨脹和冷縮，設(shè)計增加了熱應(yīng)力補(bǔ)償工具。這種工具可以有效防止篩管伸縮導(dǎo)致的管柱變形和充填礫石的大范圍松動，有助于高溫防砂的長效性。補(bǔ)償器經(jīng)過性能測試，在180℃、近3 小時后鎖定機(jī)構(gòu)釋放，剪切壓力穩(wěn)定為18.2Mpa。測試內(nèi)外筒相對移動壓力＜1Mpa，即移動所需載荷＜0.75 噸，滿足現(xiàn)場需求。做300℃-90℃-300℃，8 輪次交變耐溫試驗后，內(nèi)承壓725ps（i即5Mpa），保證注熱過程中不發(fā)生泄漏、不返砂。

表1 插入密封多輪測試效果

圖3 CMS 過濾體設(shè)計

內(nèi)外筒相對移動壓力＜0.75 噸，由于金屬的熱應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此數(shù)值，所以滿足現(xiàn)場需求。

4.2 裸眼循環(huán)閥性能的優(yōu)化

裸眼循環(huán)閥用于裸眼井中，保證管柱液體只能正循環(huán)，防止液體倒流至防砂管柱內(nèi)。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定；雙模塊式單流閥設(shè)計，具有更好的密封效果；閥頭引鞋設(shè)計，便于管柱下入。熱采完井中，項目完成了全氟醚密封圈替代常規(guī)密封圈以滿足耐溫300℃的要求；完成了Inconel 718 彈簧替代原有60Si2MnA 材料彈簧，以滿足高溫作業(yè)需要。

4.3 耐高溫防砂篩管

項目采用了5-1/2″復(fù)合篩管礫石充填防砂，篩管基管磅級：17 lb/ft，基管鋼級：TP110H，基管螺旋布孔，孔密360 孔/米，最大外徑176mm，篩管內(nèi)徑124.3mm。篩管從內(nèi)向外依次為基管，內(nèi)護(hù)套，支撐網(wǎng)1，過濾網(wǎng)1，支撐網(wǎng)2，過濾網(wǎng)2，繞絲層，外護(hù)套。外層為卷網(wǎng)及卷網(wǎng)后點焊工藝，設(shè)計增加了兩個過濾體：CMS 金屬網(wǎng)布過濾體和繞絲過濾體（如圖3 所示）。基管打孔后對孔眼周圍毛刺進(jìn)行了處理，篩管接箍應(yīng)雙向45°倒角，可以有效增加篩管的耐受性。

5 應(yīng)用

旅大21-1 稠油熱采開發(fā)項目中，8 口井為8-1/2" 裸眼+5-1/2" 優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填防砂，2 口井為9-5/8″套管射孔＋5-1/2″復(fù)合篩管礫石充填防砂，防砂精度120μm。8 口井坐封和充填順利，充填效率及盲管埋高均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，B2H 井充填效率90%，其他井充填效率均為100%。B1H1 井于2020 年11月啟泵投產(chǎn)，高峰時日產(chǎn)液153.12m3，日產(chǎn)油137 噸，含水9.1%。目前開始采用電泵人工舉升生產(chǎn)，產(chǎn)液93m3/d，含水13%。其余井都實現(xiàn)第一輪預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)，取得了較好注熱開采效果。

6 結(jié)論與建議

6.1 旅大21-2 海上規(guī)?；碛蜔岵赏昃郎皩崿F(xiàn)蒸汽吞吐的初步要求，較好的阻擋地層砂的同時保障了蒸汽注入，并有效提高了作業(yè)時效。

6.2 該技術(shù)針對性強(qiáng)，有大量改進(jìn)之處，可以作為海上稠油熱采防砂的新技術(shù)手段，但是耐溫性和可靠性還有待進(jìn)一步驗證和提高，實踐中發(fā)現(xiàn)工具在關(guān)鍵密封件的研究方面還有很大提高空間。

6.3 對于高溫補(bǔ)償器的適用性和所發(fā)揮的作用還需要大量實驗和定量研究，為今后高溫井充填和壓裂是提供更有利的支撐。