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较了三种情况套管的受力和强度情况：
（1）套管未提拉预应力或预应力偏小，将产生的轴向应力将造成套管的挠性失稳或局部膨胀变形，严重时导致损坏。
（2）据研究分析套损井口拉力 108 吨偏小，只能满足井底蒸汽为 300℃的生产情况。实际注汽参数下井底蒸汽的温度多数都超过 300℃，一般在 320℃以上。
3.注汽参数不合理
在蒸汽吞吐采油阶段，多周期注汽，尤其在不正常注汽过程中，注注停停，套管柱热涨冷缩，反复承受压缩-拉张-压缩-拉张，反复多次后，产生疲劳损坏，易在接头螺纹套管永久性变形，意味着套管在载荷作用下，应力已超过套管材料的屈服极限值。热采套管在封隔器以下处于 300℃左右热蒸汽中，由于热膨胀效应将使套管产生热膨胀。受热膨胀的套管如果无约束时，套管不会产生热应力，只有伸长变形。如果受热套管受到约束时，自然产生较大热应力。注汽热采井套管在井内，内壁无约束，管外壁全井由水泥与地层固结，套管受热应力作用也就不可避免。
水泥环与地层胶结良好时，主要由套管本身所受热应力来考核其强度。通过热应力场计算分析，当套管 300℃多的温度下服役，从本身所受的热应力看，在注汽加热带焖井过程中，热应力只是在套管内壁点超过材料热弹性屈服极限，由于套管受到水泥环和地层约束，不会发生永久性变形而破坏。
当水泥环固结不均匀或后期失效，套管热应力与热变形较大，套管应力将大面积地超过套管材料的屈服极限，容易使套管变形破坏。例，辽河油田 45-025-212 井第四周期注汽参数为例，分析套管中间段周围掏空情况套管的热应力与热变形。注汽温度 330℃，注汽压力 12.8MPa，发生在套管内壁的最大应力值为 602MPa，最大膨胀变形为 2.078mm。
油井进行蒸汽吞吐作业比蒸汽驱连续注汽套管损坏要严重。主要原因是多周期吞吐作业过程中，套管反复加热、冷却、再加热、再冷却，热应力造成套管受压缩，受拉伸，再压缩，再拉伸反复疲劳损伤。丝扣螺纹断裂强度、滑脱强度和疲劳强度受吞吐作业的周期影响尤其重大，因为较管体来说，丝扣更薄弱。 1.2.4 油层出砂
1.油层出砂造成套管损坏的机理
辽河油田对油井的出砂量进行了统计，作了出砂量与套损的相关性分析，发现随出砂量增大，套损几率上升。处出现疲劳断裂。
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（1）注注停停，会缩小实际工作注汽周期的次数。 （2）严格按最佳注汽参数操作，否则将加速套管损坏。
（3）在同一注汽周期内，由于每天的注汽压力及流量都不同，甚至差别很大，造成井底蒸汽的温度在同一注汽周期内也有很大变化，这也是一个造成应力疲劳的重要原因。在一个注汽周期内各天中的井底蒸汽温度可能相差在 30℃，甚至更高。套管在同一注汽周期内也承受着疲劳载荷，将加速套管损坏。
（4）由于有些井口压力较大，注汽压力偏高和流量偏低，使井底温度偏高，严重危及套管的使用寿命，注汽参数不合理。
2.地层热膨胀径向力影响加速套管变形损坏
水泥环固结良好，同时严格遵守设计的注汽温度，地层的热膨胀对套管挤压应力影响不大，但水泥环在局部形成的空穴将造成套管的膨胀变形，这是发生应力疲劳和应力腐蚀的主要部位。当水泥环局部破坏时，热膨胀造成的不均匀径向载荷将为挠性失稳提供较大的径向力，在轴向热应力的共同作用下，加速管体失稳。
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第二章 稠油热采井大修复产技术
2.1 概述
辽河油田油水井大修工艺技术随着油田开发过程的不断发展完善，其工艺技术已由简单的打捞、堵封窜、冲砂防砂等发展到目前的解卡打捞、整形加固、套管补贴、取换套管、套管内侧钻等十几项修复与报废工艺技术。但由于油水井井下状况的不断复杂化和套损井的数量和类型的不断增多，出现了越来越多的套损井修复如采用现有的修井技术将会产生过多负面影响的情况。
本项目针对辽河油田的特点而研究应用了多项修复复产技术，包括套管补接工艺技术、套管水力整形技术、大通径无接箍套管加固完井技术、电潜泵和电缆打捞磨铣工具的研制、热采侧钻井小井筒内磨铣及打捞工具的研制等。这些工艺技术将弥补中浅层套损井开窗侧钻成本较高的现状，不但能够满足热采井的生产需要，而且与开窗侧钻、取换套管相比，成本相对较低、周期较短，能在不打更新井、侧钻井的情况下完善地下开发井网。其中套管补接工艺技术与套管开窗侧钻工艺相比，每口井投入的修井成本只是套管开窗侧钻井的 1/3~1/2，修井周期也可缩短 5~10 天。按每口侧钻井投入修井成本 55万元计算，采用套管补接技术每口井可节约修井成本 15~25 万元；与取换套管相比，可节约套管套铣时间并节省固井费用，避免了套管回接过程中丢鱼头的困难。
2.2 套管补接工艺技术
2.2.1 套管补接工艺原理
该套补贴工具由地面泵（水泥车或泥浆泵）提供给井下动力密封工具动力，投球打压后，使动力密封工具开始动作，由此带动动力密封加固器两端的上、下胀管器，进行相对运动（下面胀管器先动，上面胀管器后动）。达到一定的额定压力（8~12MPa），运动至一定程度后上、下胀管撑胀开上、下套管密封器，迫使套管密封器锚定贴附在套管壁上。由于套管密封器金属材料的特殊性，使其不仅能牢固地锚定在管内壁上，而且能产生密封作用，使被损坏的套管能重新承受起原来能承受的压力，并形成一个完整的通道。当地面压力达到额定压力后（16~20MPa），动
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力密封工具与密封加固器（补贴管）丢手，从而完成损坏套管的加固密封工艺。其工作原理如图 2.1 所示，整体结构如图 2.2所示。
图2.1 补接工具工作原理示意图
图2.2 补接工具结构示意图
2.2.2 套管补接技术的适用范围
套管补接技术适用于以下几种情况： （1）套管因腐蚀而出现孔洞的套损井； （2）套管出现裂缝、套管丝扣脱扣的套损井； （3）套管因地层蠕变等地质因素而错断的井； （4）需要封堵原射孔井段的井。 2.2.3 套管补接技术的完善与配套工具的研制
针对辽河油田的特点，研究的套管补接工艺技术及配套工具主要有： 1.套管磨铣、修整技术的完善与工具配套
针对长井段的套管弯曲及损坏，靠单一的铣锥进行磨铣往往磨铣后存在着模拟通井规（L=8~10m）通井遇阻的现象，给补贴管及补贴工具的顺利入井带来困难。通过高效套管磨铣、修整技术的完善与工具配套解决了这一难题。
（1）套管磨铣、修整工具的构成：高效复合式铣锥、套管修整器、短节及领眼磨鞋等构成。
（2）钻具组合：领眼铣鞋＋钻铤（20~30m）＋钻杆＋方钻杆高效复合式铣锥（或领眼磨鞋）＋短节＋套管修整器＋短节＋套管修整器＋短节＋套管修整器＋钻杆＋方钻杆。
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