注蒸汽井井筒热传递的定量计算

流体在井筒中流动时，由于流体与地层存在温差，就有热量的传递。注蒸汽热采工艺中蒸汽温度高，井筒热传递的定量计算显得特别重要。井筒热传递可合理地分解成井筒内稳态传热和地层内非稳态导热两部分。本文阐述了每一部分的数学模型及其解法，重点剖析了处理非稳态的各种半解析方法，并根据现场实际条件，对上述方法进行了计算比较。推荐用于计算注蒸汽井井筒热损失的较好关系式。     

水平井注蒸汽非稳态传热与流动分析

水平井注汽采油在稠油开采过程中得到广泛的应用,建立热采注汽过程中水平井井筒-储层耦合的非稳态传热与渗流模型,利用数值方法研究注蒸汽阶段的油、水、汽在井筒和油藏中三相非稳态流动与传热规律,分析井筒内积存原油对蒸汽推进的影响;同时计算分析湿蒸汽参数沿水平井段变化特点。研究结果表明:新建模型揭示了井筒内蒸汽前沿推进机制;在注汽速度8 t/h、注汽干度0.7时,注汽5 d后井筒内积存原油被驱替;受井筒内蒸汽流量变化和井筒与油藏热交换影响,湿蒸汽比焓(或干度)从水平井跟端到趾端下降较快;随着注汽速度和注汽干度的增大水平井吸汽段长度增加。     

氮气辅助注蒸汽热采井筒中的流动与换热规律

为分析注汽井油套环空充氮气和伴注氮气的隔热效果对注蒸汽的影响,根据热量传递原理和流体流动理论,建立了井筒中伴注氮气辅助注蒸汽热采工艺中蒸汽、氮气沿井筒流动与传热的数学模型,计算了蒸汽、氮气沿井筒的温度分布和压力分布,对比了环空充氮气和空气、充氮气和伴注氮气的隔热效果.结果表明:充氮气和充空气隔热方式对隔热效果的影响不大;充低压隔热气体可获得较好的隔热效果;伴注氮气比充氮气隔热效果好,且随着环空伴注氮气流量的增大,油管内蒸汽压力升高,蒸汽的热损失增大,大部分热量被氮气吸收后带入地层,而实际散失到地层的热损失逐渐减小.     

SAGD循环预热注汽参数影响规律数值模拟

为研究不同注汽参数条件下井筒沿程关键参数分布规律,提高蒸汽辅助重力驱油(SAGD)循环预热效果,考虑割缝筛管完井管柱结构特点,建立SAGD循环预热阶段流体在井筒和地层内的流动与传热模型,并通过全隐式离散耦合方法对模型求解。以蒸汽返回水平段跟端干度大于0为目标,分析不同注汽压力、蒸汽干度和注汽速度对井筒内蒸汽参数分布以及地层预热效果的影响,进而优化注汽参数并对预热效果进行评价。研究结果表明:长油管内蒸汽压力和温度降幅比环空内的显著,环空内蒸汽干度降幅比长油管的明显;随着注汽压力增加,井筒压力降幅减小,环空内蒸汽干度降幅增大,水平段均匀预热效果减弱;随着蒸汽干度和注汽速度增加,井筒压力降幅增大,环空内蒸汽干度降幅减弱,水平段均匀预热效果增强;减小注汽压力、增大蒸汽干度和注汽速度有利于水平段地层均匀预热。     

深层稠油混合高温蒸汽吞吐工艺参数优化研究与实践

为了提高深层超稠油油藏注蒸汽吞吐热采中地层蒸汽干度及其加热降黏效果,提出了混合高温气吞吐热采工艺技术,即在常规蒸汽吞吐过程中,混入氮气、二氧化碳或烟道气(主要由氮气和二氧化碳组成)等非凝析气体,以有效控制注蒸汽过程中的热损失;并根据汽/液两相流体动力学和热力学原理,建立了深层稠油井混合高温蒸汽吞吐过程中井筒温度梯度、井筒压力梯度、混合流体干度及物性参数等的定量计算数学模型,以对注汽井的井筒动态进行系统分析与控制.以胜利油田孤东GO51X11井为例,发现注汽参数的理论计算结果与实际监测结果具有较好的一致性.     

蒸汽吞吐割缝筛管水平井井筒入流规律

基于割缝筛管完井水平井实际管柱结构,考虑流体在水平井筒内的变质量流特性,建立蒸汽吞吐水平井注入和产出过程中井筒与储层耦合数学模型,并采用迭代法对其进行求解;将其计算结果与数值模拟软件计算结果进行对比,验证模型的准确性;以此为基础,系统研究蒸汽吞吐注入和生产过程中水平井井筒入流规律。研究结果表明:蒸汽吞吐注入过程中,井筒压力与温度从水平井跟端到趾端逐渐降低,但降低幅度并不显著;蒸汽入流剖面与地层温度沿井筒呈凹型分布,且随着时间的增加,蒸汽入流剖面与地层温度沿井筒的非均质性增加;蒸汽吞吐生产过程中,井筒压力从水平井趾端到跟端依次降低,而井筒温度却先降低后稍微增加;原油与地层水入流剖面沿井筒呈凹型分布。     

稠油水平井平行双管注汽井筒参数计算模型

考虑到传统单管蒸汽注入模型的局限性,利用热传递理论,建立平行双管稠油水平井的井筒参数计算模型以及蒸汽回流模型,并采用节点分析方法进行求解。采用蒸汽回流模型对水平段封隔器的封隔情况进行了模拟,从而对稠油双管注汽水平井的实际验封过程进行分析。结果表明:与传统的单管蒸汽注入方式相比,平行双管注汽具有明显的优势,与单管注蒸汽过程相比,双管注汽可以提高注汽井井底蒸汽干度0.1以上。平行双管注汽的井筒沿程蒸汽参数与双注汽管的注汽方式、注汽参数以及管柱尺寸等有较大关系,井口蒸汽干度与注汽速率对井筒热损失程度影响较大;双管注汽的井筒蒸汽干度主要损失于水平段,主注汽管水平段管柱的尺寸应尽可能的小。     

注过热蒸汽井热力计算

以蒸汽压力和比焓作为求解变量,根据能量守恒和动量守恒建立井筒注过热蒸汽的热力计算模型,对井筒内分别采用普通油管和隔热油管两种工况进行注汽热力计算,并分析井内蒸汽热力参数分布情况。该模型将注过热蒸汽、湿蒸汽和注热水热力计算统一起来,克服了传统计算方法需要根据蒸汽在井中的相态切换求解变量和微分方程的缺点。结果表明,采用普通油管注过热蒸汽时,井内蒸汽一般会凝结变成气液两相流。计算结果与测试结果和文献结果的对比验证了所建计算模型和方法的可行性。     

注蒸汽井井筒两相流流动模型的选择

准确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽的压力，温度和干度等参数的变化，对注蒸汽热力有来说非常重要。根据传热学和两相流原理，建立了井筒注蒸汽两相流动的数学模型，选择了四种方法来计算摩阻压降，并与现场测得的实际数据进行了比较，计算结果表明，采用分离模型的Ｆｒｉｅｄｅｌ方法和流型模型的Ｂ－Ｂ方法均得了比较理想的结果。     

异常温压复合地层注热流体井井筒传热计算

考虑到储层温度、压力对于注热开采井井筒热损失的重要性,利用热量传递基本理论和能量守恒原理,建立了含有异常温压储层的注热流体井井筒热损失计算模型。分析了地温梯度和地层压力系数对岩石热物性参数的影响,计算了不同流体注入速率和不同隔热层参数下的井筒热损失程度,并讨论了地层温度压力对井筒流体稳定时间和稳定温度的影响。结果表明,对于单一的砂质沉积,地层压力系数越高,岩石的导热系数越大,热扩散系数越小;温度异常对井筒热损失影响较为明显,存在高温、低压地层的井筒热损失小,井筒流体到达稳定状态时温度较高。该模型可用于现场同类油藏的井筒沿程温度预测。     

射孔完井水平井筒变质量湍流压降规律研究

运用拟三维原理，提出了用于计算地层刚性渗流、弹性不稳定渗流与水平井筒内变质量湍流耦合的新方法，解决了在井筒变质量流体流动模拟过程中井筒边界条件难以确定、地层线性渗流与井筒内非线性湍流难以耦合的问题。同时，对不同射孔方式和生产制度下流体水动力学进行了分析，研究了射孔入流与水平井筒内流体的相互作用关系及变质量主流体的流动特性。模拟结果表明，与圆管湍流相比，井筒内变质量流具有更大的压降系数，且主流中心速度降低，速度剖面呈现内凹形式，水平井射孔设计应该和利用井筒内流体与渗流的耦合模拟进行优化。     

注蒸汽水平井井筒内参数计算新模型

注入蒸汽在水平井筒内流动时,蒸汽沿着水平段的质量流量越来越小,且加速度压降不等于零,导致蒸汽的物性参数发生变化,而蒸汽物性对井筒内蒸汽的沿程参数分布有较大影响。依据质量守恒和能量守恒,建立了注入蒸汽干度沿水平段的变化方程,利用动量守恒原理,推导了沿水平井筒的蒸汽干度分布和压力分布计算公式,构建了摩擦力做功、湿蒸汽混合物密度、水平段吸汽量和井筒与油层之间的热传递计算模型,模型同时考虑了变质量流与蒸汽PVT参数的变化对计算结果的影响,采用按压力增量迭代的计算方法对模型进行求解。实例的模型计算结果与油藏数值模拟结果对比表明,新模型具有较高的计算精度。     

地下储气库注采井温度压力耦合分析

地下储气库进行循环注气、采气作业,引起注采井筒温度、压力分布的交替变化,准确预测井筒温度、压力分布是优化设计管柱的基础。基于气体质量、动量、能量平衡方程和地层-流体径向非稳态传热模型,考虑气体的焦耳-汤姆逊效应,得到了井筒气体温度、压力、密度和流速的耦合微分方程组,采用四阶龙格-库塔方法数值求解。通过实例分析了注采工况下井筒的温度、压力分布特征及影响因素,并与Well Cat软件计算结果相比较,结果表明注气井口温度、注气压力、注采流量和作业时间影响井筒的温度压力分布。注气中,注入压力对井底压力的影响最大,对井底温度的影响很小;采气中,井口温度随流量的增加而增大,井口压力随流量的增大而减小;作业早期温度、压力随时间变化较大。     

注蒸汽井井筒两相流流动模型的选择

准确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽的压力、温度和干度等参数的变化,对注蒸汽热力采油来说非常重要。根据传热学和两相流原理,建立了井筒注蒸汽两相流动的数学模型。选择了四种方法来计算摩阻压降,并与现场测得的实际数据进行了比较。计算结果表明,采用分离模型的Ｆｒｉｅｄｅｌ方法和流型模型的ＢＢ方法均能得出比较理想的结果。     

利用微差井温测试资料确定原始油藏导热系数

完善了由微差井温测试资料确定原始油藏导热系数的理论，分析了钻井、完井或洗井造成井筒及近井带地层冷却对后期温度恢复过程的影响，提出了由井筒内流体介质温度测试资料反推对应地层温度曲线的方法．分析了热平衡状态下井筒本身的存在造成井筒内测试温度与实际地温的偏差及对地层导热系数计算结果的影响．     

利用微差井温测试资料确定原始油藏导热系数

完善了由微差井温测试资料确定原始油藏导热系数的理论，分析了钻井、完井或洗井造成井筒及近井带地层冷却对后期温度恢复过程的影响，提出了由井筒内流体介质温度测试资料反推对应地层温度曲线的方法。分析了热平衡状态下井筒本身的存在造成井筒内测试温度与实际地温的偏差及对地层导热系数计算结果的影响。     

低渗气藏水平井不同完井方式产能预测研究

根据气藏内气体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型，建立了气藏-水平井筒流体流动的耦合模型，该模型充分考虑了气藏内的各向异性和气体的非达西流动．利用拟压力采用非稳态方法求解气藏水平井的产能模型，预测了裸眼完井、射孔完井和压裂完井的水平井气井产能，分析了影响产能的因素，并将其与直井压裂的产能进行了对比．     

蒸汽辅助重力驱油举升井筒工况模拟计算

注蒸汽热采是稠油开有的一种有效手段,蒸汽辅助重力驱油（ＳＡＧＤ）技术则是水平井及注蒸汽工艺技术在稠油开采中的具体运用。采用数值积分法对井眼轨迹进行了计算,应用我相流体力学和传热学原理,通过对气液两相流体在倾斜井筒中总传热系数方程式,传热导方程式和能量平衡方程式的求解,建立了井筒工况的计算模型,将其编成计算软件并对辽河油田第一口 井筒工况进行了模拟计算。与实测结果对比,表明该理论是正确的,其结果将为     

蒸汽辅助重力驱油举升井筒工况模拟计算

注蒸汽热采是稠油开采的一种有效手段 ,蒸汽辅助重力驱油 (SAGD)技术则是水平井及注蒸汽工艺技术在稠油开采中的具体运用。采用数值积分法对井眼轨迹进行了计算 ,应用多相流体力学和传热学原理 ,通过对气液两相流体在倾斜井筒中总传热系数方程式、热传导方程式和能量平衡方程式的求解 ,建立了井筒工况的计算模型 ,将其编成计算软件并对辽河油田第一口SAGD举升井筒工况进行了模拟计算。与实测结果对比 ,表明该理论是正确的 ,其结果将为辽河油田SAGD举升工艺方案设计提供理论依据。     

稠油油藏注蒸汽井筒配汽数学模型研究

针对注蒸汽热力采油注汽阶段的特点,在借鉴前人研究成果的基础上,考虑流体相变和油层吸汽不均匀等因素,应用井筒多相流原理,建立了井筒配汽数学模型。在此基础上,应用实测资料对建立的配汽模型进行了验证。结果表明,实测值和计算值吻合较好,说明建立的井筒配汽模型能够较准确的解释注汽井的吸汽状况,从而反映井筒－油藏动态耦合规律。对目前注蒸汽热力采油过程的注汽动态具有很好的指导意义。