据统计，全球石油资源总量约9～13万亿桶，常规原油只占大约30%，稠油、超稠油和沥青资源则占石油总资源的70%以上，约6～9万亿桶。仅辽河油田稠油年产量就达700万吨，占其总产量的60％以上。在当前能源需求强劲、油价高企、常规原油产量日益下降的背景下，全球各石油生产国及石油公司已将重点转向稠油开发。

稠油开采一般采取蒸汽吞吐，需要注入350℃高温蒸汽，高温造成井下管柱严重损坏。调查显示，套管损坏达到30%以上，严重区块超过60%，造成巨大损失，完井管柱保护成为稠油开发必需解决的问题。

造成热采井套管损坏的四大因素

温度 在稠油热采过程中，井筒温度可达到350℃。在高温条件下，套管的性能将发生一定的变化；同时，套管将产生热应力。试验表明，至少有3个套管性能参数与热采井温度有关，即金属线膨胀系数、钢材弹性模量和套管规定最小屈服强度。这些性能的变化将直接影响到套管的强度。

理论及实践证明：热采井高温及温度剧烈变化是套管损坏的主要原因。

在持续高温和轴向拉应力作用下，套管产生疲劳裂纹和压缩变形，造成套管损坏。松弛现象使套管接箍的密封性能受到影响。此外，随着注汽周期增加，残余应力越来越大，而井况和套管性能越来越差。从调查可知，在前7轮注汽中，套管损坏占81.7%，前三轮注汽过程中套管损坏约占35.4%；当第三周期之后，N80套管残余应力将会达到屈服极限。

油井出砂 热采井出砂是稠油油藏岩石结构和性质的特征所决定的。同时，在蒸汽吞吐过程油井回采水率低，地下大量存水，不仅直接影响吞吐效果，还会造成泥岩膨胀流动和油井大量出砂。油层压力也很低，上覆地层压力增加，会使套管受挤压错位。

圆螺纹接头不适合热采井要求 经多臂井径仪测井证实，套管损坏多发生在螺纹连接部位，多数是圆螺纹连接的J-55套管。圆螺纹接头抗高温、密封极限都低。这种螺纹接头的环向装配应力较大，有可能导致筒体屈服。

水泥封固质量不好 在持续高温下，水泥强度降低或有微环空隙，在油层部位水泥环强度因射孔更低，甚至将套管射裂，加上油井出砂地层亏空等，这些都是套管在外压力作用下失稳造成丝扣泄漏和套管损坏。失稳破坏的临界长度经计算在温度200～250℃时约10m左右。当温度急剧变化时，内压力和轴向力也急剧变化，尤其在上部水泥空段更容易造成套管变形。

稠油完井防砂配套技术

预应力完井技术 所谓预应力完井是在固井注水泥前或注水泥后对井内套管串施加一定的预拉力（称为预应力），减小或抵消注蒸汽受热时热应力造成的套管伸长，防止油井套管损坏。

为此，开发了双级预应力地锚技术，形成了5″，5-1/2″，6-5/8″，7″，9-5/8″套管配套系列工具，其结构如图1所示，采用自行互动双级锚爪，一级锚爪力量不足时，二级自动张开，彻底解决了各种井眼锚固问题。预应力完井成功率达到99％以上。实践证明，预应力完井能够满足稠油注蒸汽热采的要求。

套管地锚工作原理：该地锚接在套管柱的最下端，直接与套管相连。套管下到井底后，开泵循环，钻井液在循环孔返出。正常固井、碰压。胶塞碰压后，坐到地锚上部胶塞座上，然后再缓慢憋压，当压力到15～20MPa时，剪断剪销，地锚胶塞座下移，推动中心管和连杆组，打开双级锚爪，使双级锚爪与井壁锚定，在憋压状态下，井口提拉预应力到设计吨位或长度，套管在预应力的方式下候凝，完成套管预应力施工。

套损热应力补偿技术 在稠油热采过程中，由于套管自重、抗拉强度及受到浮力等因素，上部套管受到预应力大，下部施加预应力小。统计发现套管损坏绝大部分集中在热采封隔器至油层顶部井段，占总数的64.42%。虽然套管损坏原因是多方面的，但最主要的是受轴向变化的热应力所致，因此研制出了一种不影响预应力完井，且能有效缓解局部井段套管柱热应力变化的缓释装置，将热应力缓解至套管能承受的应力范围，以减少套管损坏十分必要。热应力补偿器是解决套管局部井段损坏的有效工具，是预应力完井技术的有益补充。

热应力补偿装置（如图2）是用耐高温高压波纹管作密封件，在波纹管密封原件的上下端分别焊装在上端环和下端环上，波纹管密封原件套装在中心管中部的抗拉力台阶上。热应力补偿装置中之波纹管密封原件在油井中处于原始状态，当来自配合短节方向的力使外管向上产生运移时，波纹管即开始伸长，反之波纹管则被压缩。而产生热应力变化时，生产套管则会产生微量的伸缩，这是使生产套管损坏的主要原因。完井时在油层上部的一定位置加装一个热应力补偿装置，即可对生产套管的这种微量伸缩进行补偿，从而达到减少或保护套管不被损坏的目的。若把热应力补偿装置接到水泥没有返到地面的井口上，亦可起到保护井口的作用。应力补偿器上端母扣和下端公扣与管柱连接在一起，固井时同被水泥封固。

稠油防砂完井配套技术 稠油热采需要蒸汽吞吐，在注气过程中，出砂严重，导致油层掏空，加速了套管损坏，因此热采井完井中必须解决油井出砂与防砂问题。为此，研制了系列防砂筛管及其配套完井工具。

防砂筛管。研制的防砂筛管主要有：割缝筛管（如图3）、绕丝筛管（如图4）、金属纤维筛管（如图5），根据不同防砂需要进行合理选择。

割缝筛管强度高、下井不易损坏、施工简单、成本低，但筛缝容易被冲蚀、腐蚀、容易堵塞、适用于地层砂均匀地层；金属网纤维筛管及绕丝筛管防砂效果好、过流面积大、整体强度高、防砂参数在地面控制后下井不变化、现场施工简单，但其外径较大，柔性较差。

完井配套工具。研制的完井配套工具主要有：悬挂封隔器（如图6）、柔性接头（如图7）等。悬挂封隔器用于悬挂筛管完井，对于稠油热采井，需满足高温、密封等方面的要求。柔性接头主要用于中短半径水平井／侧钻水平井，保证完井管柱顺利下到预定位置。

现场应用及发展前景

自2000年以来，在各类稠油油藏中进行完井技术服务共1973井次（见表1），创产值9718万元，实现利润2500余万元。

稠油完井防砂配套技术有效降低了套管损坏情况，降低了生产成本，对延长稠油热采井寿命及长期生产具有重大意义。随着常规油藏可采储量日趋减少，委内瑞拉、哈萨克斯坦、苏丹等国外油田以及国内吉林、大庆、吐哈等油田大量稠油陆续投入开发，将为该技术带来广阔的应用前景。