海洋石油稠油热采井下管柱应用与设计
海洋石油钻机的管柱悬挂系统设计与优化
海洋石油钻机的管柱悬挂系统设计与优化随着对海洋石油资源的需求不断增长，深水和超深水钻井活动的频率也在不断上升。
海洋石油钻机的管柱悬挂系统是确保钻井平稳进行的重要部分。
在设计和优化该系统时，需要考虑到多种因素，以确保其稳定性和效率。
本文将讨论海洋石油钻机的管柱悬挂系统的设计原则和优化方法。
首先，我们需要了解管柱悬挂系统的组成和功能。
管柱悬挂系统由多个部分组成，包括钻杆、井口钟摆、流体传动系统和控制系统。
其主要功能是通过传递扭矩和压力，将管柱连接到钻井平台并保持其稳定。
在设计管柱悬挂系统时，需要考虑以下几个关键因素。
首先是钻杆的材料和尺寸选择。
钻杆的材料应具有足够的强度和耐腐蚀性，以承受钻井过程中的高压力和腐蚀环境。
其尺寸应根据井孔直径、井深和钻井流程确定。
其次是井口钟摆的设计。
井口钟摆用于支撑钻杆，并在钻井过程中平衡钻杆的重力。
其设计应能够承受预期的载荷，并提供足够的自由度以适应钻井平台的运动。
流体传动系统是保持管柱稳定的关键。
通过在钻杆中注入泥浆或其他钻井液体，可以减小摩擦力并冷却钻头。
传动系统需要能够提供足够的泵送压力，并保持稳定的流速。
最后，控制系统是管理管柱悬挂系统运行的关键。
通过监测钻井参数，如钻进速度和钻压，控制系统可以实时调整传动系统和井口钟摆，以保持稳定的钻井过程。
为了优化海洋石油钻机的管柱悬挂系统，我们可以考虑以下几个方面。
首先是材料选择的优化。
通过选择更强度和耐腐蚀的材料，如高强度钢材或特殊合金，可以提高管柱悬挂系统的可靠性和寿命。
其次是井口钟摆的优化。
通过改变井口钟摆的几何形状和支撑系统的设计，可以提高其载荷承受能力和自由度，从而进一步提高钻井的稳定性。
流体传动系统的优化可以通过增加泵送压力和改进流体循环系统来实现。
通过提供更高的泵送压力，可以减小管柱与井壁之间的摩擦力，从而提高钻井效率。
改进流体循环系统可以提高流体的冷却效果和泵送能力，确保正常的钻井过程。
最后，控制系统的优化可以通过引入自动化技术和实时监测系统来实现。
稠油热采工作中不压井作业工艺管柱研究分析
稠油热采工作中不压井作业工艺管柱研究分析摘要：稠油井在进行热采时，存在油井注汽之后在进行压井时压井所用的液体容易渗入地层, 吸取地层中的热量,从而降低了开采效率的情况。
本文就这一问题对稠油热采不压井作业工艺管柱进行了研究。
现代研制了一种在高温高压的井下开关能随着注汽与工作不断开闭的注汽通道。
这种注汽通道的开关采用的是捅杆控制的模式,其内部使用弹簧和轨道销钉，它们共同在轨道上机械式的滑动造成了开关的启闭,通道的密封方式采用的是耐高温高压的组合式密封,通道的外部设有保护层,让注入的蒸汽在经过保护层的缓冲之后再进入,很好的保护了套管。
稠油的热采井中使用这种加工的管柱,能在注汽转抽时免去井下的压井作业,明显的减少了热采过程对地层造成的伤害,并且将蒸汽热量利用率提高到最大,还保护套管和油层, 一定程度上提高了油藏吞吐蒸汽的效果。
本文详细的叙述了管柱的工作原理及其设计结构，比较了其在热采作业中的优势，以个人的视角，分析了其不足的地方。
关键词：稠油热采；不压井作业；工艺管柱；开关原理现代稠油油藏一般使用的都是蒸汽吞吐采油的方式进行热采集。
稠油井在注汽之后,进行了压井作业，其作用主要是防止转抽作业的时候油水发生上涌、降低地层能量、污染环境等。
在压井作业的过程中,压井使用的液体很容易吸收井筒四周的热量,致使井的周围温度不断降低,使油层发生凝固,转抽之后开井就变得很困难,甚至压死井口；压井液对油层极容易造成污染，使采集的油不纯,而且这一点对稠油油藏来说尤为严重。
除此之外,在注入蒸汽后再进行压井作业就很容易使套管发生损坏。
所以，使用一种特制的管柱对稠油的热采起着十分重要的作用。
1工艺管柱的具体结构和工作原理1.1 结构详述稠油热采不压井作业工艺管柱的结构由上而下依次是: 隔热油管、井下补偿器、插入密封装置、注汽丢手封隔器、高温高压井下开关、防砂管柱……其中，工艺管柱最为关键的部分是高温高压井下开关，整个管柱系统当中，开关的作用是十分重要的。
海上稠油热采防砂工具设计与应用
科学技术创新2021.10海上稠油热采防砂工具设计与应用王宝军1乔中山1隋成龙1王翊民1王太1李根2（1、中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津3004592、中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）随着我国海上稠油油田开发探索，逐渐突破海上热采设备瓶颈，初步验证了多元热流体增产效果，探索出了适合海上的热采完井方式。
为了扩大热采规模，海上将对多轮次吞吐开发油田采用热采防砂技术来深化试验，并提高热采经济性。
但是在350度高温下注热，井筒隔热性和防砂多轮耐受性要求较高。
如何保证高温防砂工具密封性、可靠性、以及热应力补偿等，有效增强现场作业的稳定性及作业时效，成为技术的关键。
针对海上非常规稠油规模化开发的不断深化，推动自主化热采完井防砂技术全面研究应用势在必行。
1热采防砂管柱设计对于稠油热采防砂项目来说，外层管柱要经受300至350度高温及至少8轮次蒸汽吞吐。
顶部封隔器的耐高温密封件是重要部件，还要考虑筛管抗高温冲蚀的能力，其次是滑套密封件和热应力补偿工具。
热采防砂外层管柱设计（如图1所示）有六大技术特点：（1）防提前坐封屏蔽机构可大排量顶替裸眼段泥浆；（2）各作业阶段对裸眼段保持一定的正压力，维持井壁稳定；（3）一趟管柱可以实现打砂作业与破胶作业；（4）服务工具正打压脱手，具备防正转脱手功能；（5）机械定位器确保充填位置准确；（6）反循环时座封球被锁紧机构，充填滑套关闭。
图1热采防砂外层管柱设计示意图2高温防砂顶部封隔器高温防砂顶部封隔器的作用是悬挂和定位防砂管柱，有效封隔产层，因此其必须满足压力、温度、抗拉载荷要求。
其密封采用橡胶与金属网结合，利用多片碟簧组合蓄能加压。
其长度较短、方便下入，在狗腿度大的斜度井优势更明显；自锁机构稳定可靠，具有防提前坐封设计；使用配套专用回收工具可轻松回收该封隔器。
进行了高温封隔器的整机模拟测试，解封过提11.3t ，封隔器至完全释放摩阻为2-3t 。
稠油热采井套管柱应变设计方法
摘要 ： 为解决稠油热采井不 断出现的套管损坏 现象 ， 改变传 统 的管 柱强度 设计方 法 。基 于弹塑性力 学理论 ， 在 满足
套管柱强度设计 的基础上建立套管柱应变计算模 型 ； 通过对 比套管材料应变与结构应变 ， 借助 Ｒ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｙ — Ｏ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ 模 型 得到应变安全系数最小值 ， 提出套管柱应变设 计 的理论 判据 ， 形成 套管柱 应变设 计方法 。结果表 明 ， 该 设计方 法在 西部油 田 ８口稠油热采井 ｌ ７ ７ ． ８ ｍ ｍｘ ８ ． ０ ５ ｍ ｍ Ｔ Ｇ ８ ０ Ｈ特殊螺 纹套 管柱设计 中得到应用 ， 生产 ４轮次后套管柱未 出 现变形 和泄漏现象 ， 经过 １ ４轮次后 ， 套管 服役 性能依然 良好 ， 新 热采井套管 柱应变设计 方法允许套 管在可控 范 围内 变形 ， 可有效延长套管使用寿命 ， 降低套损率 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｃ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｍ ａ ｇ ｅ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍ ｅ ｓ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｒ ｅ ｓ ｅ ｉ ｒ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｍ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｅ ｌ ｌ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ
ｗ ｅ ｌ ｌ Ｉ Ｊ １ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ（ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ） ， ２ ０ １ ７ ， ４ １ （ １ ） ： １ ５ ０ — １ ５ ５ ．
速度管柱工艺在海上气井应用的研究
速度管柱工艺在海上气井应用的研究在海上气井应用中，速度管柱工艺可以具有重要的作用。
首先，它可以用于控制沉积物的堵塞。
海底气井常常会受到海底沉积物的阻碍，导致产能下降。
使用速度管柱工艺，可以将高压液体注入井筒，将沉积物冲刷出井下，恢复井的产能。
其次，速度管柱工艺可以用于控制井下压力。
在海上气井中，地层压力通常较高，需要通过调整注入井中的液体压力来平衡井内和地层的压力差。
通过改变速度管的液位，可以调整注入液体的压力，从而保持井内压力稳定。
此外，速度管柱工艺还可以用于控制井筒温度。
海上气井产生的废热需要得到控制，以避免温度过高影响井筒和管道的稳定性。
通过添加适当的液体并通过速度管柱工艺，可以有效地控制井筒温度，确保井下设备的正常运行。
在海上气井应用中，速度管柱工艺还可以用于进行井下操作。
例如，通过改变速度管柱的液位，可以控制井下阀门的开闭，实现对井内液体和气体的控制。
这对于井口的维护和修护工作非常重要。
在研究速度管柱工艺在海上气井应用方面，主要的挑战是如何在恶劣的海洋环境下实现稳定的操作。
如何抵抗海洋风浪和涡流对速度管柱的影响，以及如何确保注入液体的质量和流量稳定，都是需要解决的问题。
总的来说，速度管柱工艺在海上气井应用中具有重要的意义。
它可以用于控制沉积物堵塞、平衡井内和地层压力、调节井筒温度以及进行井下操作。
在研究中需要解决操作稳定性和海洋环境的挑战。
海洋石油采油常用生产管柱
插入可取式合采管柱
井下安全阀 安全阀控制管线
注入管线 化学注入阀 生产油管 套管 伸缩接头 锚定密封 固定封隔器 座落接头 负压阀 点火头 射孔枪 油层 人工井底
2、分采管柱
直接可取式分采管柱
安全阀控制管线 生产油管 井下安全阀 循环滑套 分层封隔器 （单卡瓦） 套管 油层
油层 座落接头
渤海地区 常用生产管柱结构
目录
一、设计生产管柱的基本原则 二、自喷管柱
1、合采管柱 2、分采管柱
三、机采管柱 四、注水管柱
1、合注管柱 2、分注管柱
一、设计生产管柱的 基本原则
1、符合安全要求； 2、满足正常生产工艺要求； 3、满足生产测试和增产措施要求； 4、结构简单，施工容易；
二、自喷管柱
密封筒
人工井底
油层
油层
定位插入密封 固定封隔器
座落接头 带孔管
NO-GO 导向器
人工井底
三、机采管柱
分采/合采
螺杆泵管柱
抽油杆扶正器 生产油管 抽油杆 套管 扶正器 螺杆泵总成 限位器 尾管
油层
油层
射流泵管柱
动力液 生产油管 套管 混合液 射流泵总成
阀座 封隔器 地层液
电潜泵管柱
动力电缆 生产油管 卸油阀 单流阀 电潜泵总成 套管
NO-GO 导向器 油层
人工井底
插入可取式分采管柱
安全阀控制管线
井下安全阀
生产油管
循环滑套
定位密封接头
防砂封隔器
油
生产滑套
层
生产筛管
分层密封
隔离封隔器
油
套管
层
坐落接头
油
NO-GO
层
导向器
稠油井注采一次管柱及配套工艺技术
稠油井注采一次管柱及配套工艺技术作者：郭玉山来源：《科学与财富》2019年第11期摘要：本文详细阐述了注采一次管柱及配套技术在稠油注蒸汽井中的应用，该技术使用杆式泵配合一次管柱生产，并开创性地使用普通油管代替隔热管，应用氮气隔热注汽，从而实现不动管柱进行注汽、采油、检泵、冲砂等作业。
减少了因频繁注汽造成生产成本的增高，经济效益变差的状况。
该技术的应用节约了作业费用，缩短了作业时间，节省了隔热管费用，有效降低稠油生产成本。
关键词：稠油；一次管柱；应用；杆式泵；隔热；锦州油田1注采一次管柱的研究通过实践，合理选用注采一次管柱用泵，完成配套工具以及工艺系统使注采一次管柱工艺配套技术更趋于完善，使之大面积推广应用，并取得较好的应用效果。
1.1 注采一次管柱基本原理稠油井注采一次管柱的管柱结构（见图1）主要由3寸油管、油管扶正器、杆式泵悬挂器、杆式泵以及井口悬挂器等组成。
热采井直接下入一次管柱，在油管注蒸汽的同时，从套管注入定量的氮气，并采取定时补氮的方法，确保氮气的隔热效果。
注汽结束后再下杆柱生产。
该工艺也可以在油井周期末检泵时下入一次管柱生产，待油井能量不足需要注汽时，上提抽油杆，用悬挂器将杆式泵悬挂在泵上4寸管内（以形成注汽通道）；注汽后，下放抽油杆转抽生产。
图1注采一次管柱基本原理1.2 注采一次泵的选用稠油井注采一次管柱及配套工艺技术主要使用普通油管、注采一次泵和氮气隔热来完成。
稠油井注采一次管柱的管柱结构（见图1）主要由3寸油管、油管扶正器、悬挂器、泵以及井口悬挂器等组成。
该技术应用成功的关键是注采一次泵的选用。
初期，我们先后使用了浮球式注采一次泵；空心环流泵以及杆式泵三种泵进行了实验，这三种泵的对比如下：1.2.1 浮球式注采一次泵将原普通管式泵固定凡尔换成浮球式固定凡尔总成及完成泵的转换，不仅简便易行，而且可以大大降低成本。
浮球式注采一次泵具有以下几个特点：（1）成本低廉，固定凡爾总成1500元/台，配套泄油器1000元/台。
海上稠油油田蒸汽驱高效隔热注热管柱设计
海上稠油油田蒸汽驱高效隔热注热管柱设计张卫行;孙玉豹;林珊珊;姬辉;梅伟【摘要】蒸汽驱是吞吐开发的主要接替技术之一,目前NB35-2油田稠油热采井已完成了第三轮次吞吐,地质油藏物性、地层压力状况、采出程度等已具备转驱条件,亟待转蒸汽驱开发,如何提高注热管柱整体隔热性能并准确预测井筒非稳态传热条件下沿程热损失是蒸汽驱方案设计的关键点.为此,首先分析了海上油田蒸汽驱注汽过程中井筒热损失主要影响因素,为高效隔热管柱设计指明方向;进而以NB35-2油田B36M井为例,结合海上油田注热管柱实践经验及隔热型工具试验进展,设计出\"高真空隔热油管+热流体驱封隔器+隔热型补偿器+隔热型接箍\"的蒸汽驱高效隔热注热管柱;采用专业软件计算了采用该注汽管柱的井筒热损失,井筒干度损失降低至9.8％,较简易式注汽管柱进一步降低17.2％,为NB35-2油田蒸汽驱方案设计奠定坚实基础.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】4页(P26-28,39)【关键词】蒸汽驱;高效隔热;海上油田;非稳态传热【作者】张卫行;孙玉豹;林珊珊;姬辉;梅伟【作者单位】中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450【正文语种】中文【中图分类】TE357.7海上稠油油田自2008年首次开展热采试验以来，稠油热采技术已累计应用30余井次，以多元热流体吞吐为主，多采用“高真空隔热油管+水平段均衡注热管柱”的简易式注热管柱，并采取环空连续注氮气隔热工艺，多元热流体吞吐技术在渤海普通稠油油田和特稠油油田开采中取得了显著增产效果[1-5]。
蒸汽驱是吞吐开发的主要接替技术之一，蒸汽驱在国内外陆地油田已实现规模化应用，是一项成熟技术。
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海洋石油稠油热采井下管柱应用与设计
摘要：热采技术为海洋石油稠油油田的开发提供了新技术并在NB35-2-B 油田取得了显著的成效，随着热采技术在海洋稠油油田应用和推广，井下管柱设计及优化对控制作业风险和作业成本发挥着至关重要的作用。
本文对海洋石油稠油热采技术目前应用的井下管柱进行全面的分析和总结，对未来热采技术所需的井下管柱作出设计。
关键词：热采技术注采两趟管柱注采Y管管柱注采双管管柱同井同时注采管柱
1 引言
随着中国经济的快速发展，石油消耗量与日俱增，而目前国内石油产量已远远不足，稠油油田的深入开发是解决石油产量问题的一个方法。
热采技术在海洋石油的成功应用为海洋石油的稠油开发提供了新技术，取得了良好的效果。
结合海上石油的生产作业的特点，如何控制热采技术的作业风险和作业成本显得尤为突出。
热采管柱的设计与优化充分的解决了这个问题，为以后热采作业的发展提供了很好的参考。
2 热采技术
图1是南堡35-2-B平台稠油热采技术的流程图，该项技术以油管注入多元热流体，油套环空注入氮气，通过对地层稠油进行热降粘，补充地层能量的手段，实现后期自喷和下泵开采，达到最大化开发稠油的目的。
下面注采两趟管柱已在南堡35-2-B平台成功应用，现介绍如下：
3 注采两趟管柱
注采两趟管柱介绍及评价（图2 图3）
作业步骤：1、钻完井作业结束后，下入下部注热管柱，管柱组合（由下至上）：2-7/8”EU油管死堵+2-7/8”EU带孔倒角油管+2-7/8”EU倒角油管+底阀+桥塞；2、下入上部注热管柱，管柱组合（由下至上）：2-78”EU反扣通具+2-78”EU 倒角油管+变扣（4-1/2”B*2-7/8”P）+4-1/2”隔热油管+伸缩管+4-1/2”隔热油管+油管挂；3、安装采油树并进行水密、气密试验；3、按照工艺设计要求进行油管内注热、环空注氮作业；4、注入作业结束后进行焖井、放喷作业；5、放喷作业结束后，拆采油树，起出注入、放喷管柱，下入生产管柱（见图3）生产管柱（由下至上）：2-78”EU反扣通具+2-78”EU倒角油管+机组+3-1/2”EU油管+泄油阀+3-1/2”EU油管+油管挂；6、安装采油树，进行机采生产。
管柱特点：1、可以通过上提下放上部注热管柱实现对底阀的开关，即下放管柱到位后打开底阀，建立通道，实现注热、放喷、机采作业，上提上部注热管柱，关闭底阀，实现储层保护，防涌、防喷作用，便于实施起出上部注热管柱，下入机采管柱作业过程的
井控；2、利于放喷或机采期间沙埋注热下部管柱的处理。
若放喷或机采期间地层出沙，出现注热管柱沙埋的现象，可以先起出注热上部管柱或机采管柱，然后处理注热下部管柱。
3、采用伸缩管，解决注热管柱的受热伸缩问题。
为有效控制作业安全，节约成本，使热采技术更能适应复杂稠油油藏的开发，提出以下管柱设计：
4 注采一趟管柱
注采一趟管柱—Y管注采管柱介绍及评价（图4）
作业步骤：1、钻完井作业结束后，下入注采一趟Y管管柱2、安装采油树，进行水密、气密试验，进行油管内注热，环空注氮气作业；3、注入作业结束后进行焖井、放喷作业；4、据放喷情况，进行机采作业。
管柱特点：1、可以实现注入、放喷、机采共用一趟管柱，减少动管柱作业的次数，从而减少了作业成本；
2、该管柱下入耐高温井下安全阀和过电缆封隔器，为注入作业期间的井口安全提供保障；
3、该管柱需要下入耐高温机组，且要求地面采油树及油管挂的电缆穿越处的密封为耐高温、高压密封。
注采一趟管柱—双管注采管柱介绍及评价（图5）
作业步骤：1、钻完井作业结束后，下入注采一趟双管管柱；2、装采油树，进行水密、气密试验，进行油管内注热，环空注氮气作业；3、注入作业结束后进行焖井、放喷作业；4、据放喷情况，进行机采作业。
管柱特点：1、可以实现注入、放喷、机采共用一趟管柱，减少动管柱作业的次数，从而减少了作业费用；
2、该管柱可以通过钢丝作业实现对不同层位的注入，减少动管柱作业次数，降低成本；
3、该管柱下入耐高温过电缆封隔器和双井下安全阀，可以保障作业期间的安全；
4、该管柱要求地面采油树及油管挂的电缆穿越处的密封为耐高温、高压密封。
6 同井同时注采
7 结论
目前，中国海洋石油已经在NB35-2油田成功应用了注采两趟管柱，此管柱为海上稠油开发发挥了巨大的作用。
随着海上油气的不断勘探，复杂稠油油气藏也将会不断出现，如何对不同稠油油藏的油气进行充分挖掘，如何有效控制不同稠油油藏热采作业的风险和降低作业成本，希望注采一趟Y管管柱，双管注采一趟管柱和同井同时注采管柱能够起到一定的指导意义，将为海上稠油油田的开发发挥作用。
参考文献
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[2] 李颖，王成彪，刘宝林，等.稠油热采井注采一体化配套开关装置[J].石油机械，2009，37（2）：45-49.
[3] 卢小庆，郦江洪，马兆中，等.稠油热采井专用套管TP90H的开发[J].天津冶金，2004，6（124）：7-10.
[4] 黄鹂，黄忠廉.油田稠油热采技术综述[J].国外油田工程，1997，13（1）：。