水平井均匀流入剖面下的射孔密度分布确定的新方法
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高温井井筒温度分布计算方法井​筒​温​度​分​布​计​算​对​于​测​试​工​艺​设​计​、​测​试​工​作​制​度​优​化​和​动​态​分​析​都​有​着​重​要​的​意​义​,​通​过​对​井​筒​温​度​分​布​的​计​算​,​可​以​提​高​井​筒​压​力​计​算​的​精​度​。​以​传​热​学​原​理​为​基​础​,​依​据​能​量​守​恒​方​程​建​立​了​井​筒​温​度​模​型​,​通​过​将​井​筒​分​段​,​采​用​迭​代​方​法​求​解​,​得​到​了​单​相​液​流​、​单​相​气​流​以​及​气​液​两​相​流​时​的​温​度​分​布​计​算​方​法​。
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充气钻井二维传热模型及井筒温度场分布规律
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同期刊文献稠油热采井注汽过程中井筒-地层温度场分布研究
发表时间： && 作者: 闫相祯 王同涛 杨秀娟&&来源: ANSYS
关键字: &&&&
稠油热采过程中，温度场分布对热采效果及管柱安全具有重要影响。根据稠油热采过程中实际作业工况及约束条件，建立了井筒- 地层温度传递计算模型，为数值模拟计算的载荷和边界施加提供理论依据。利用多物理场耦合软件ANSYS建立了管柱- 水泥环- 地层耦合的热传导计算模型，模拟计算了隔热管视导热系数、注汽温度、井深和隔热管接头等对井筒和地层温度场分布的影响。计算结果表明：隔热管视导热系数越低隔热效果越好，热量散失的就越少，注汽效果越明显，保护套管不发生破坏越有利；地层中的温度与距离套管距离是按照指数分布，与理论模型相一致，说明本文计算模型尺寸是合理可靠的；地层边界温度对套管外壁及其附近区域内地层温度影响比较小，套管外壁附近的温度主要由蒸汽温度和隔热管视导热系数决定；接头区温度要明显高于管体其他部位。
&&& 中国稠油资源较为丰富，陆上稠油资源约占石油总资源量的20%以上，稠油的有效开采对保证油田稳产、增产具有重要意义。稠油热采方法重要包括：蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、热水驱等。其中蒸汽吞吐应用的最为广泛，产油量占到总稠油产量的78%左右，并且呈继续增加的趋势。热采过程中，为了提高热采效果，一般采用临界、超临界压力蒸汽，注汽压力和温度分别达到22MPa和374℃以上，温度的升高降低了套管柱的强度和弹性模量等力学参数，同时会使套管中会产生很大的热应力，可能导致油套管柱发生失效破坏。国内热采井油套损率一直居高不下，成为影响稠油热采的高效实施的主要因素。例如，辽河油田总体达到30％，新疆油田总体达到20％，局部区块更高，甚至有大规模的套损。以百重七区为例，自2000年投入开发至2006年，油层段套管损伤逐年增加，达到348口井。而2001年以前完钻的井中有17％于当年底就发生了套损，2004年为27％，2005年则达到70％。因此，对稠油热采过程中管柱受力分析和安全评价具有重要的工程意义。
&&& 井筒-地层温度场分析是套管热应力分析的基础，也是热采井问题分析的关键所在。在注入蒸汽开采稠油过程中，需要最大限度地减少注入井中地热量损失，保证井底的蒸汽干度，并确保套管的温度和应力保持在一定范围内，确保不发生失效破坏。本文根据稠油热采井实际作业工况及约束情况，建立井筒-地层热量传递模型，推导出相应的计算公式，为数值模拟计算提供载荷和边界条件施加依据，同时对数值模拟计算结果提供验证。利用建立的稠油热采模型，模拟计算不同参数变化对井筒、地层温度场变化的影响，为现场热采作业提供参考和借鉴。
2 油藏热量传导理论模型
2.1 油藏传热模型
&&& 注气过程中各层间的热量传导理论模型可以简化为如图1，假设：①油层内部无垂向温度差；②上下围岩只存在一维热传导；③上下围岩都可以看作半无限大地层；④初始地层温度分布按照地温梯度分布；⑤在蒸汽区中油层与上下围岩的界面处，温度是恒定的。
&&& 由于多孔介质场中温度的非均匀分布，渗流场存在温度梯度，热传导满足傅立叶定律。在径向、均质、各向同性介质中，傅立叶定律的表达式为：
&&& 于是总的传递热量为：
&&& 当流体在管线中流动的时候还存在对流换热现象：即流动的流体将热量从空间的这一区域转移到另一区域。同时，流体在对流过程中，总是和温度不相同的流体或者固体相接触，这就一定伴随着导热过程发生，这两者的联合作用就是对流换热。
&&& 根据NewTon冷却公式：
&&& 式中，ψ：对流换热系数，J/（h?m2?℃）；ΔT：流动的流体与相接触的流体或者固体的温差，℃；A：换热面积，m2；qc：单位时间内所交换的热量，J/h。ψ的大小反映出对流换热的强度，它不但与流体的物理性质、速度、温度和流动空间的大小有关。
&&& 油藏中任意点处的单位热量为：
&&& 流入油藏单位面积热量为：
&&& 式中，q：单位面积上的热流量，kJ/h；Ti：原始地层下的温度，℃；λ：上下围岩导热系数，kJ/m?h?℃；α：热扩散系数，m2/h；s：拉普拉斯算子。
2.2 井筒传热模型
&&& 蒸汽通过隔热油管柱传输过程中，热量沿着管壁向地层中传递。在计算过程中做如下假设：①井口注入蒸汽的速率、压力和干度保持不变；②井口油管、绝热层、套管、水泥环结构，如图2所示；③井底使用封隔器，油套管环形空间不会窜入空气，并假设充以低压空气；④忽略地层导热系数沿井深方向的变化，并视作一个常数；⑤不考虑流动引起的摩擦损失等；⑥流体特性与温度、井深无关。
&&& 为了研究的需要在井筒上划分为单位控制体积dz，建立能量守恒公式：热损失=流入dz单元的热量-流出dz单元的热量，即：
&&& 式中，m：单位长度井筒内流体的质量，kg/m；'m：单位长度井壁的质量，kg/m；E：蒸汽内能，kJ/kg；E'：单位长度井壁的内能，kJ/kg；Q：单位时间井筒热损失，kJ/h；t：时间，h；H：蒸汽的焓，kJ/（h?kg）；V：蒸汽的速度，m/h；W：套管内蒸汽的流量，kg/h；Tf：井筒内温度，℃。
&&& 在关井测压降中，井口关井，W=0，但是井底的续流还有持续一段时间。如果忽略流量随井深的变化，则：
&&& m和m'可以看作井筒内蒸汽和井壁材料的长度密度，用体积密度表示为m=ρsπrti2和m'=ρ'sπrti2。
&&& 根据牛顿冷却定律，井筒内单位长度的热损失量为：
&&& 式中，TA：地层温度，℃。
&&& Hasan和Kabir（2002）认为井壁系统（套管和水泥环）温度的增加与蒸汽的温度增加成正比。则：
&&& 其中CT为热储集系数，CT=m'E'/mE，在压降测试中可以取CT=3，表示井筒释放和储积热量的能力。
&&& 于是：
&&& 根据初始条件：Tf=Tx，t=0，则：
&&& 可知井筒内温度随时间的变化是一个指数形式。
3 注蒸汽井的温度场数值模拟及结果讨论
&&& 根据上述理论推导和边界条件，笔者利用ANSYS建立了稠油热采井注蒸汽过程中的有限元数值模拟计算模型，对注蒸汽过程中井筒和地层的温度场分布进行模拟计算，讨论多种因素对井筒和地层温度场分布规律影响，为现场施工和监测提供理论依据和技术参考。
责任编辑：赵栋
&&&1&&&&&&&&垂直井筒固液两相流理论及其在油田生产中的应用 ...
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