天然气水合物储层微波加热能量补充装置设计

针对天然气水合物降压开采后期储层温度下降、产气速率下降、开采效率逐渐降低的问题,设计了储层微波加热能量补充装置,该装置能够对储层进行能量补充,提供水合物分解所需的温度和热量。通过建立储层微波能量补充仿真模型,研究了不同微波天线的结构参数对储层内平均电场强度的影响,优化了微波天线的结构参数;并针对优化后的结构参数,分析了不同微波参数下微波加热10 h后储层的升温效果。模拟结果表明：微波天线的最优结构参数为槽口形状为椭圆形槽口,槽口周期长度为187 mm,长轴为50 mm,短轴为11 mm,槽口角度为19°;微波频率为1.5 GHz、微波输入功率为3 kW时,微波加热10 h后水合物储层半径1 m范围内的平均温度为10.43℃,升高约5℃。所设计的微波加热能量补充装置能为水合物的分解提供驱动力。研究结果可使微波加热技术应用在水合物开采中,为天然气水合物的高效开发提供了一种新的方案。     

低渗透稠油微波原位加热开采数值模拟研究

针对低渗透稠油油藏开采过程中储层注入能力低、热损失高、水资源消耗大等问题,采用数值模拟对微波加热稠油开采技术进行研究,通过建立电磁-传热-流动多物理场模型,明确了微波加热稠油的降黏作用和传热机理。研究结果表明:稠油油藏微波加热后可分为电磁穿透区、多孔介质传导区和未加热区3个区域;最佳辐射频率为2 450 MHz,增加功率可快速提高地层温度;为了避免井筒附近出现过热现象,应采用降功率的阶梯式加热模式;水力压裂裂缝可有效改善低渗透油藏的渗流通道,可与微波加热协同开采稠油油藏。该研究可为低渗透及高黏度稠油的开发提供借鉴。     

热采井用固井水泥石养护方法及力学性能研究

如何模拟稠油热采井井下环境,对评价稠油井用固井水泥石能否满足热采工况的需求具有重要意义。然而,以往用马弗炉超高温干燥条件养护水泥石的方法,与稠油热采井下的超高温水蒸气环境、水泥石受套管和地层约束等实际情况不符。为此,提出了一套可模拟稠油热采井下超高温水蒸气环境的固井水泥石养护装置及方法,并对比研究了超高温干燥与水蒸气条件下,试样尺寸、加热速率对固井水泥石抗压强度和完整性的影响。研究结果表明,小尺寸水泥石试样、低升温速率和水蒸气环境有利于保证在加热过程中试样受热更均匀,从而有利于缓解因受热不均导致开裂的现象,进而维持水泥石更高的抗压强度及完整性。因此,通过该研究结果,建议室内实验模拟方法应充分考虑实验条件对模拟结果的影响;同时,基于此研究结果,建议在实际生产过程中,可适当优化注蒸汽的工艺过程及参数,以降低注蒸汽过程对固井水泥石的加热速率、减少对水泥石的不利影响。     

热采井用固井水泥石养护方法及力学性能研究

如何模拟稠油热采井井下环境,对评价稠油井用固井水泥石能否满足热采工况的需求具有重要意义。然而,以往用马弗炉超高温干燥条件养护水泥石的方法,与稠油热采井下的超高温水蒸气环境、水泥石受套管和地层约束等实际情况不符。为此,提出了一套可模拟稠油热采井下超高温水蒸气环境的固井水泥石养护装置及方法,并对比研究了超高温干燥与水蒸气条件下,试样尺寸、加热速率对固井水泥石抗压强度和完整性的影响。研究结果表明,小尺寸水泥石试样、低升温速率和水蒸气环境有利于保证在加热过程中试样受热更均匀,从而有利于缓解因受热不均导致开裂的现象,进而维持水泥石更高的抗压强度及完整性。因此,通过该研究结果,建议室内实验模拟方法应充分考虑实验条件对模拟结果的影响;同时,基于此研究结果,建议在实际生产过程中,可适当优化注蒸汽的工艺过程及参数,以降低注蒸汽过程对固井水泥石的加热速率、减少对水泥石的不利影响。      

微波法合成低聚合度多聚甲醛

采用微波法制备低聚合度多聚甲醛(PF),考察了助剂种类、微波功率、微波辐射时间等对PF中甲醛含量、PF收率和PF平均聚合度的影响。实验结果表明,微波法可大大加快聚合反应和脱水反应的速率、缩短反应时间。在微波功率300W、物料表面温度52℃、反应时间25min、二甲胺质量分数为0.04%的条件下,PF中的甲醛质量分数达到95.71%,PF收率为74.67%,PF平均聚合度小于20。同时,采用二次回归模型描述了微波功率和反应时间等因素与PF中甲醛含量和PF收率的关系,模型计算值与实验值拟合良好,PF中甲醛含量的平均相对误差为1.38%,PF收率的平均相对误差为4.01%。     

Huate Mer A海上稠油油田电缆加热降黏技术研究

稠油黏度大,流动性差,对温度敏感性强,给石油开采带来了一定的难度。中海油在刚果(布)的海上稠油油田Huate Mer A水深1 050m,该油田在海底泥线处的海水平均温度为6℃,根据试验测定的黏温曲线得知,该处稠油黏度达到了16 650mPa·s,流动性很差。根据该油田探井完井试油的要求,建立了从储层到水面的井筒温度分布模型;分析了油井产量、保温油管型号、电加热功率以及保温油管和电加热复合使用时对稠油温度的影响,并确定了最佳加热深度。结果表明:不同的油井产量对稠油沿井筒温度的分布几乎没有影响,单一的使用保温油管或者电加热对稠油的升温降黏作用有限,采用保温油管-电缆加热的复合降黏技术对稠油的升温降黏有着显著的作用。本油田是我国首次开发的国外深水稠油油田,为深水稠油油田的降黏工艺的设计提供了参考。     

微波对稠油作用机理的数学模型研究

利用微波加热稠油达到降粘的目的是稠油降粘方法的一种新思路。本文利用电磁学和传热学方面的相关知识，从拟合稠油中胶团介质损耗和换热系数随温度的变化规律出发，建立并求解了微波加热稠油的微观电磁模型和热学模型。求解的结果表明，微波加热稠油过程中，存在着“热效应”与“非热效应”的2方面作用，“非热效应”造成稠油内部局部高温，使稠油在未达到热裂解温度时内部即发生了分子链的断裂，从而达到降粘的目的。     

高频电磁加热稠油储层温度分布及其影响因素分析

为了准确分析高频电磁加热过程中影响稠油储层温度分布的因素,以电磁场和传热理论为基础,考虑稠油储层电导率、相对介电常数随频率变化,导热系数、比热容随温度变化的实际情况,建立了描述储层性质动态变化的数学模型,并采用多物理场模拟软件COMSOL求解数学模型,采用对比法分析了不同因素对温度分布的影响规律。计算分析发现:电磁波功率的提高有助于增大储层加热深度;较大的电磁波频率可引起波源附近储层温度升高,但温度随深度增大急剧下降;考虑储层性质动态变化时计算出的温度分布,与假设储层性质恒定时的计算结果存在差异;在一定变化范围内,储层温度值随相对介电常数和电导率增大而增大。研究结果表明,储层性质、电磁波功率和频率对储层的温度分布有明显影响,建立的考虑储层性质动态变化的数学模型为高频电磁加热稠油技术的现场应用提供了理论依据。      

油田沉降罐乳化层微波辐射脱水研究

针对长庆油田沉降罐的乳化层试样进行了微波脱水实验研究.考察微波功率、辐射时间、温升速率等对脱水效果的影响,得出最佳条件微波辐射功率为200 W,微波辐射时间为2 min,升温速率为13.5℃/min.在最佳实验条件下,水的质量分数为45.1%的乳化油经微波辐射、离心脱水后,原油中水的质量分数为2.10%,油的产率41.15%,油的回收率为74.95%.     

全液压稠油热力开采过程井下流体的传热

针对稠油黏度高、密度大、驱替效率低,常规方法开采困难等问题,开展了稠油开采装置研究。介绍了全液压稠油开采装置在原油开采过程中的加热功能,分析了采油装置系统井下流体流动及传热过程。结合理论研究方法和热力学计算,建立了井下流体热交换的物理和数学模型,并对模型进行了分析、矫正和求解。以实际油井参数和液压油的流量、温度为输入参数,通过计算机仿真模拟了井下热交换参数之间的关系,从而改进了已获得的热交换理论方程和模型,并得出了原油的产量与液压油的输入量之间的关系,以及保温提采原油所需要的最小液压油输入量。该模型的建立为进一步研究不同井况和不同输入状态下的流体传热提供了理论依据。     

电加热稠油热采井筒温度场数值计算方法

电加热稠油热采井筒温度场是热采作业参数设计的核心依据,基于传热学理论和气液两相流井筒温压场计算方法,考虑温度对稠油热物性影响,建立了连续电加热和电磁短节加热工艺井筒温度场的数值计算方法,并以大港油田X井为例,计算了不同加热功率下连续电加热和电磁短节加热工艺的井筒温度场。计算结果表明:井口温度的模型计算结果与实测值相对误差仅为3.10%,满足工程设计精度要求,也验证了计算方法的有效性和准确性;连续电加热工艺的井筒温度剖面平滑连续,而电磁短节加热工艺的井筒温度剖面呈锯齿形,且温度波动更大;连续电加热工艺的井口温度高于电磁短节加热,而连续电加热工艺的平均温度则低于电磁短节加热工艺。该研究结果可为电加热稠油热采工艺选择、作业参数设计提供指导和借鉴。      

集肤效应电伴热系统的建模与控制策略

鉴于海底输油管道集肤效应电伴热系统在加热降凝时的重要性,以集肤效应电伴热系统的机理为基础,分析集肤效应伴热系统的磁场分布,进而获得集肤效应电伴热系统的等效电路模型,并引入加热功率作为中间变量,从而建立电源频率与集肤效应伴热温度之间的关系。针对集肤效应电伴热系统,从整体上提出一种基于Hammestein模型的非线性 预测控制方法,首先采用辅助模型运用标准粒子群算法对Hammerstein模型的参数进行辨识及优化,然后对线性环节设计广义预测控制器,利用所需伴热温度求解出中间变量加热功率,再对非线性环节求逆反解出所需的电源频率,从而达到高效伴热的目的,并通过仿真研究验证了该控制策略的可行性和有效性。     

油田井口称重计量微波加热技术研究

为了降低低产油井间歇产液对含水原油称重计量造成的误差,设计了一套带有微波加热源的含水原油称重计量装置,该装置可实现对井口来液进行高效、即时加热,减少油井间歇产液造成的原油挂壁、结蜡现象。通过室内实验发现,当控制单次称重的含水原油体积为20 L时,采用3个螺旋布置于称重装置底部总功率为3 kW的微波加热源,可以对不同含水率的原油进行高效加热。加热温升40℃的平均用时在10 min以内,同时能明显减少原油挂壁、结蜡的现象,使称重计量具有良好的准确度。与常规加热相比,微波加热即时、高效,对低产油井计量具有良好的适应性,同时还能有效地降低加热部分的投资费用,具有良好的经济效益。     

超稠油油藏水平井蒸汽循环加热热力计算与应用

讨论了超稠油油藏水平井蒸汽循环预热开采的热力计算问题,分析计算了3种循环管柱结构对油层加热效果的影响,同时对蒸汽的循环流量进行了筛选,计算了预热时油层温度场随预热时间的变化,最后推荐了水平井蒸汽锅环开采超稠原油的循环管柱、循环流量和循环预热时间。     

电加热集油能耗分析及理论计算方法的修正

电加热集油工艺的应用简化了地面建设模式,有效地降低了地面建设投资。该工艺在大庆油田得到成功应用,但通过调查发现现场实际耗电量与理论计算值有较大偏差,通过分析得出电加热集油能耗理论计算值高于实际能耗的原因是:夏季运行时由于环境温度的升高,使井口电加热器部分停运或降低加热温度,导致井口加热耗电量降低;当环境温度升高时,管线上散热量降低,同时电热管也可局部停运,导致管线保温耗电量降低;由于电热管运行一段时间后,会形成一个稳定的温度场,管道周围的环境温度比理论计算值高,从而导致管道散热量降低。本文结合实际对理论计算方法进行修正,拟合出新的能耗计算方法,即电加热总耗电量=井口电加热器耗电量×0.75+电热管保温耗电量×0.7。修正后的电加热能耗计算数据更接近于实际。     

油藏电加热技术的设备原理及特性

油藏电加热设备适用于某些不宜用注蒸汽开采的稠油油藏的开发 ,主要由电力调节设备、电力输送系统、电极部分、接地系统、记录及监测系统等组成。在分析电加热设备的加热原理的基础上 ,利用CMG公司的STARS数值模拟软件对油藏电加热时形成的油层电阻、油层内部产生的热能及其分布、电加热形成的温度场等工艺参数及特性进行了计算分析。结果表明 ,电阻电加热的加热半径较短 ,有效加热范围 3～ 5m ,加热温度随距离的增大呈指数关系递减。     

电加热井的井筒温度场数学模型

运用传热学理论，通过对稠油从井底流出井筒的温度变化、井筒原油与地层之间热交换过程的传热机理研究，建立数学模型，可以模拟不同产量、不同含水的井筒温度剖面，以及电加热所需功率，从而为稠油井电加热生产方案的制定提供科学依据。     

浸没燃烧天然气加热装置水浴传热数值模拟

针对浸没燃烧天然气加热装置换热器换热设计计算时,由于水浴流动及传热的复杂性给设计工作带来的问题,结合国内首例装置实际运行情况,对装置的水浴传热过程进行仿真分析,并计算验证了根据加热装置运行的实测数据,使用经典传热公式反算出的管外水浴最大流速。模拟结果直观反映了水箱内部水浴流动及烟气与水浴间的换热过程。结果表明:①装置换热区域结构布置合理,气泡破碎效果较好,增大了高温烟气与水浴的接触面积,进而强化了气液间传热;②在换热过程中,气液两相流是以一个相对恒定的温度冲刷换热器的,换热稳定;③在换热器管壁处,烟气几乎不参与换热;④模拟计算的水浴流速最大相对误差为8.33%,为后续浸没燃烧天然气加热装置的研发和设计提供了一种可参考的计算水浴流速的数值模拟思路。 