注蒸汽井井筒热损失和压力降的计算

注蒸汽是国内外开采稠油的有效方法之一。本文用数值解法求解了由动量方程、能量方程、井筒散热方程和地层中非稳态导热方程所组成的联立方程组。计算结果与现场实测值很吻合。由本文得到的计算程序可用来预测稠油注蒸汽时的各项主要参数(注汽速率、注入蒸汽压力、井筒热损失等),具有实用价值。     

双水平井蒸汽辅助重力泄油注汽井筒关键参数预测模型

依据普通水平井注蒸汽井筒内参数预测模型,结合双油管质量流速耦合计算,推导出SAGD循环预热及生产过程中,不同管柱结构组合条件下注汽井筒内蒸汽流动的质量守恒、能量守恒及动量守恒方程,建立了双油管注汽井井筒沿程参数计算模型。利用该模型对某SAGD注汽井循环预热过程中井筒内沿程温度、压力等参数进行了计算,结果与现场监测结果吻合,证明了模型的准确性。利用该模型计算得出现有管柱结构下SAGD循环预热阶段最低注汽速度为60 t/d,注汽井最大水平段长度为564 m;针对现有管柱结构在SAGD生产过程中为两段式配汽,A点存在段通及点窜风险等缺点,对现有水平段内的长、短油管组合进行了优化,优化后的短油管下入水平段A点后150 m、长油管下入水平段B点,数值模拟结果表明,采用优化后管柱结构组合,在SAGD生产阶段可实现三段式配汽,有效降低了A点段通及点窜风险。     

气举井井筒温度场分布研究

以开式热流体反循环温度场分布模型和Beggs-Brill井筒多相管流计算方法为基础,在已知地层参数和井筒参数的条件下,考虑井筒内的传热方式为垂直井筒中的稳态热传导和对流换热,地层中的传热方式为非稳态热传导,井筒中的流动方式为气液两相混合流动,根据能量守恒定律及传热学原理,推导出了气举井生产流体和注入气体沿井筒的温度场分布计算模型。根据模型编写了计算机程序,实现了注气压力、注气量等重要参数的计算,并能够对产油量、注气压力、注气量等参数进行敏感性分析。     

SAGD 重油、油砂开采技术的创新进展及思考

蒸汽辅助重力驱油技术（SAGD）是目前重油、油砂开采中最常用的热采技术之一，相比传统注蒸汽、原位燃烧等技术具有置换稳定、地层接触面积大、驱油效果好、采收率高等优势，同时也存在成本高、蒸汽短循环等问题，为了更好地指导重油、油砂技术创新，开展了基于SAGD 技术的新进展研究。详细阐述了基于SAGD 的技术创新，即单井SAGD、膨胀溶剂SAGD、泡沫溶剂SAGD、燃烧辅助重力驱及氧添加蒸汽辅助重力驱等5 项新技术的原理、创新及优缺点。总结得出，创新一方面是体现在通过井型变化、蒸汽溶剂相结合扩大了蒸汽腔，提高了能量利用率和采收率，另一方面是通过注蒸汽与燃烧法相结合最大限度开采有效能源。基于SAGD 技术的创新发展为重油、油砂开发后续技术储备及创新提供了技术借鉴。     

SAGD水平井启动阶段汽腔加热边界预测模型

蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术分为启动和生产两个阶段。量化计算SAGD启动阶段水平段的汽腔发育边界是判断转入生产阶段最佳时机的重要依据。根据SAGD启动过程分析、蒸汽加热地层的热传导方程,并通过引入井下温度衰减测试方法,建立了水平段各测温点的加热半径计算模型。该模型可以用来计算水平段沿程蒸汽加热边界,判断汽腔发育形态。以新疆油田某SAGD水平井井底测温数据为基础,将该模型计算结果与监测数据进行对比分析,发现模型定量计算结果与监测数据的定性判断结果一致。研究结果为SAGD转生产阶段时机的判断与汽腔发育均匀性监测提供了新方法。     

稠油热采新技术——蒸汽溶剂交替法（SAS）

Zhao L等通过数值模拟研究，提出了一种开采稠油的新方法——蒸汽溶剂交替法（SAS），即交替注入蒸汽和溶剂。该方法综合了蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术和蒸汽萃取（vapex）方法的优点，目的是使得开采单位原油的能量减至最小。SAS方法的基本井身结构与SAGD技术的井身结构相同。     

控压钻井多相流温度场预测

控压钻井钻遇储层产生气侵时,会使井筒内气液两相流在不同井深、温度条件下呈现出不同的流态,从而影响环空的压力分布。为此,基于井筒传热方程和能量方程,建立起了控压钻井井筒多相流温度场计算模型,并利用循环迭代法和数值分析法求解钻柱内和环空流体温度剖面。用实例分析其随循环时间、钻井液密度及钻井液排量增加而减小的规律;计算结果与PWD实测数据误差小于2.87%,能够满足控压钻井数据计算及现场施工需要。     

定性判别电潜泵剪切作用造成产液乳化的数值模拟方法

地层产液乳化是开采过程中常见的储层伤害类型之一。电潜泵剪切作用有可能造成或加剧产液乳化。产液乳化在流入井筒前产生还是在井筒内造成，判断难度较大。利用多相流连续性方程、动量方程、能量方程，建立考虑剪切作用的井筒多相流动态理论模型。将各相分量代入方程，建立油田产液的井筒多相流动态理论模型。再代入实际生产数据，建立适合油田的数学模型，计算了5口井产液量，与实际产液量相近，表明模型合适。预测该油田5口典型井的原油含水率分别为0、20%、40%、60%、80%时，井深与井内流体压力分布关系。结果表明，将产液提升单位高度消耗的能量，泵前小于泵后，电潜泵加剧了产出液的乳化程度。该研究为较准确地判断是否产液乳化造成储层伤害提供了依据。     

特、超稠油井井筒蒸汽参数计算

在分析国内外特、超稠油井注蒸汽过程中温度场计算方法的基础上,利用井筒多相垂直管流理论和能量守恒原理,建立了特、超稠油注蒸汽时井筒中蒸汽的温度、压力和干度分布的计算模型。采用经典的Orkiszewski方法对模型进行了求解,计算了汽液两相垂直管流的压力降;温度场计算假设油管中心到水泥环外缘是一维稳态传热,水泥环外缘到地层之间是二维非稳态导热;蒸汽干度计算中考虑了蒸汽热焓的变化。采用四阶龙格库塔方法编制程序耦合计算了蒸汽的参数。通过实测的蒸汽参数对比,所建模型的计算结果与现场实测结果吻合较好。     

中深层超稠油油藏SAGD开发热效率分析及提升对策

针对目前中深层超稠油油藏SAGD(蒸汽辅助重力泄油)开发中热能消耗大、热利用率低的问题,参考辽河油田杜84块馆陶油层SAGD实际生产数据,对SAGD开发各阶段热损失原因和影响因素进行了分析,计算了开发全过程各阶段的热损失,并提出了热效率提升对策。结果表明:SAGD开发全过程的热损失包含注汽锅炉热损失、汽水分离器热损失、注汽管线热损失、注汽井筒热损失、地层吸热、生产井筒热损失6个部分;热损失主要集中在注汽锅炉、汽水分离器、注汽管线及注汽井筒,热损失比例达到了34.8%,地层吸热比例只有36.0%。针对主要热损失阶段提出了提高热效率的对策,现场实施后综合热效率提高了17.0个百分点。该研究可为改善中深层超稠油油藏SAGD开发效果及经济性提供技术参考。     

弹性油藏中多相渗流的流-固-热耦合数学模型

基于对油藏中三大物理场（流体力场，固体力场及温度场）的系统分析，综合运用渗流力学，岩石力学，热力学理论，建立了一个全新的油藏渗流的流－固热耦合模型，该模型假设岩石骨架是可变形的，油藏内热量按热力学定律自由传递，孔隙流体压力和热应力会导致岩石骨架的变形；反之，岩石骨架的变形又会导致储渗特性和孔隙流体压力的改变，还会导致温度场的改变。建立了安全耦合的流体渗流方程、岩石变形方程和温度场方程，三者之间互含耦合项，互不独立，只能联立求解。给出了模型的数值求解思路。该文所建立的模型实现了油藏中渗流、变形，变温三者间真正意义上的耦合，较之已有的油藏渗流模型更能反映油藏的实际，是对油藏传统渗流理论和流固耦合力学理论的发展，能广泛运用于石油工程许多领域，该模型同时也为编制流－固－耦合应用软件提供了理论依据。     

高气液比气井井底流压计算方法研究

为解决高气液比气井井筒温度分布和压力计算精度低、计算方法可用性差的问题,运用热力学、传热学以及两相流理论,对气井稳定连续生产时的流动特征和传热过程进行分析,采用Beggs和Brill普适化相关式,结合Kelessidis和Dukler流型判别方法及温度分布计算模型,建立高气液比气井井底流压计算模型并针对新疆一口气井进行求解。在高气液比情况下,计算得到的温度分布及井底流压与油田现场测试数据对比,平均相对误差仅为3%,表明了文中的温度模型以及压力计算方法具有较高的精确性。模型计算所需参数容易得到,具有较好的实用性,可大面积推广应用。     

井筒与油藏耦合数值模拟技术现状与发展趋势

从井流量方程、井筒内热多相管流计算、多段井模型和近井区域加密的扩展井模型等4个方面总结了井筒与油藏耦合数值模拟技术的研究进展,指出目前存在的主要问题包括:复杂结构井流量方程中参数取值误差很大,不能提供准确的源汇项;高含水阶段井筒内多相管流非常复杂,常用的计算流体力学模型误差很大;非等温井筒内流固耦合模拟机理认识不清楚,数值计算时间长;模拟多层合采时未考虑纵向非均质性,薄差油层的动用情况与实际不符。提出了基于多相管流计算的多段井模型与油藏耦合的数值模拟技术、扩展井模型与油藏耦合的数值模拟技术、考虑井筒出砂和结蜡等复杂现象的流固耦合数值模拟技术是未来的发展趋势。     

基于实际气体状态方程的多元热流体井筒传热模型

实际气体状态方程是分析实际气体混合过程的重要方程,瞬态导热函数是分析多元热流体井筒传热的关键函数。针对目前多元热流体井筒传热模型将多元热流体中多元组分实际气体混合物简化为理想气体混合物进行运算的问题,基于实际气体状态方程、混合法则与新型瞬态导热函数建立了多元热流体井筒传热模型。利用该模型,对多元热流体井筒内各热力学参数变化进行分析,并把分析结果与理想气体模型的结果进行对比。研究结果表明,在注入相同参数的多元热流体情况下,理想气体模型各热力学参数计算结果与实际气体模型结果存在一定差别,证明了实际气体状态方程对多元热流体井筒传热过程存在一定影响,将多元热流体中多元组分实际气体混合物简化为理想气体混合物会给计算结果带来误差,降低计算结果的准确度。实际气体传热模型为进一步准确分析井筒内多元热流体流动与传热规律提供坚实的理论基础。     

Effect of drainage height and permeability on SAGD performance

Steam assisted gravity drainage (SAGD) is now considered a commercially successful technique for the recovery of heavy oil and bitumen in Canada. However, our theoretical understanding of the process is based on greatly simplified analytical models which do not always provide accurate assessment of the influence of various process variables. Hence there remains a need for improved analytical models. This paper presents a new semi-analytical model to predict the oil production rate in SAGD. This model was used to study the effects of drainage height and reservoir permeability on production performance.In this model heat conduction problem ahead of the interface is solved by heat integration method (HIM) in an arbitrary orthogonal coordinate system under unsteady-state condition. Several dimensionless numbers are introduced and their relationships are investigated for better understanding of the combination of heat conduction and gravity drainage mechanisms.     

顶水水侵对SAGD开采效率的影响及顶水下窜速率预测

针对辽河油田杜84块馆陶组油层SAGD开发存在顶水下窜风险,通过数值模拟与理论研究相结合的方式,研究顶水下窜对SAGD开发效果的影响,揭示了汽腔与顶水层沟通后汽腔发育程度、累计产油量、油汽比和汽腔压力的变化规律。在数值模拟研究的基础上,基于油藏中多相流体渗流和传热原理,建立了预测顶水下窜速率的理论模型。研究结果表明:当汽腔与顶水层沟通后,SAGD的累计产油量和油汽比将大幅下降,且顶水层压力越高,对SAGD生产效果的影响程度越大;在汽腔与顶水层之间维持一定的隔离段厚度是降低顶水对SAGD后期影响的最有效手段,在目前操作条件下,建议汽腔与顶水层之间的最小隔离段厚度为20 m。该研究为制订顶水稠油油藏SAGD操作技术界限提供了理论依据。     

多相混输泵的数值模拟及与实验结果对比

采用数值分析方法对多相混输泵的内部流场及相应的运行特性进行了全面研究,建立了较为完善的计算流体动力学分析模型。计算过程采用非结构化网格,在三维时均N-S方程的基础上,应用标准κ-ε方程对混输泵内部三维湍流流动进行了数值模拟。利用数值模拟的结果分析了气液两相在泵内的流动状况,并对模拟结果和实验结果进行了对比。在设计工况时,数值计算得到的外特性与实验值吻合。远离设计工况时,预测的准确性下降,尤其在小流量工况下差别较大,原因是计算过程中残差出现振荡,很难达到收敛精度要求。