空心杆注蒸汽开采稠油的参数优化设计

空心抽油杆注蒸汽伴热是一种适用于开采高凝固点、高黏度原油的实用技术。为了减少该工艺的能量消耗,提高生产能力和经济效益,对注蒸汽参数进行设计,同时引入优化算法节省优化时间。以能耗最低为目标,以井筒温度不低于拐点温度为约束,建立了空心抽油杆注蒸汽伴热工艺的优化目标函数。考虑到该伴热工艺的井筒温度分布数学模型是具有半隐式边界条件的常微分非线性方程组,采用数值方法求解的时间较长,从而导致注汽参数优化设计的时间更长,因此,引入带约束的遗传算法对循环热流体的参数进行了优化设计。实例验证表明,进行参数优化设计后,能耗降低明显,经济效益增加显著;并且由于遗传算法的引入,使得计算时间大大减少。     

环空注蒸汽伴热工艺的数学模型及注汽参数优化

环空注蒸汽伴热降黏适用于开采高凝固点、高黏度原油,它对各种类型的稠油能够保证降黏效果,具有较广的使用范围。根据能量守恒原理建立了环空注蒸汽伴热工艺的井筒温度分布数学模型,该模型是具有半隐式边界条件的常微分非线性方程组。在用迭代法求取蒸汽干度为0的深度的基础上,推导出该温度模型的解析解。该解析解形式简单,使用方便,计算快捷准确。另外,以加热能耗最小为目标,以井筒温度不低于拐点温度为约束条件,用带约束的遗传算法对蒸汽注入参数进行了优化设计。以胜利油田滨南采油厂一口环空注蒸汽伴热井为例进行实例验证,结果表明,该温度模型的计算结果与实际符合较好,参数优化设计方法新颖、快速。该模型为准确求解环空注蒸汽温度场分布及快速优化注汽参数提供了新的方法。     

空心抽油杆注蒸汽数学模型的解析解及其参数优化

空心抽油杆注蒸汽是一种适用于开采高凝固点、高粘度原油的实用技术。它的井筒温度分布数学模型是具有半隐式边界条件的常微分非线性方程组。通常采用差分方法求取模型的数值解,但数值求解是在很多假设的基础上进行的,尤其是蒸汽干度为零的深度不易确定,使得计算结果不准确。另外,由于数值计算耗时长,导致蒸汽参数优化设计的时间更长。在用迭代法求取方程系数和蒸汽干度为零的深度的基础上,推导了该模型的解析解。该解析解形式简单,使用方便,计算快捷。文中以加热能耗最小为目标,以井筒温度不低于拐点温度为约束,建立了空心抽油杆注蒸汽的优化设计目标函数,并以解析解为基础,用遗传算法对注入蒸汽的参数进行了优化设计。结果证明在解析解的基础上进行注入蒸汽参数的优化设计,运算效率大大提高。     

稠油热采闭式热流体循环井筒温度场分析

针对"两高"油田原油流动性差的特点以及闭式热流体循环降粘工艺的复杂性,建立了3种闭式热流体循环井筒传热模型及其边界条件,并采用Matlab编写了相应的模型求解程序。通过对现场具体井眼进行模拟计算,对比分析了3种闭式热流体循环效果,给出了最优热流体循环方案。计算了循环流量、循环介质和管柱材料物性参数等对井筒加热效果的影响。计算结果表明,两侧加热方案最好,随着循环流量的增加井筒温度不断升高,导热油作为循环热载体较好,导热性能差的管柱材料能够提高循环加热段产液流动的平均温度。     

闭式热流体循环井筒温度分布规律研究

为了合理配备闭式热流体循环降黏设备、设定循环参数,利用传热学相关理论,建立了闭式热流体循环井加热段和非加热段的井筒温度场模型,结合模型的定解条件,对井筒压力和温度进行耦合求得数值解。利用建立的模型对采用闭式热流体循环降黏4口井产出液和上返液的井口温度进行了预测,并探讨了生产参数和循环参数对井筒加热效果的影响,结果表明:预测的产出液和上返液的井口温度与实测结果相比平均相对误差分别为3.08%和1.38%,符合工程要求;产出液量每增加1 t/d,产出液温度降低0.134 5 ℃;含水率每升高10%,产出液温度降低0.161 ℃;随注入循环量的增大和注入温度的升高,产出液温度升高,但注入温度对产出液温度影响较大。利用闭式热流体循环井筒温度场模型分析井筒温度场,可以为闭式热流体循环降黏设计提供依据。      

组合式空冷器热负荷分配的优化分析

分析了组合式空冷器干空冷段与蒸发空冷段热负荷分配与热流体交界温度等参数的关系,建立了热负荷分配的优化模型,并将热负荷分配优化问题转化为以空气质量流量最小为优化目标的约束极值问题。分析表明,热流体交界温度在合理范围内取最大值时,空气质量流量最小,运行能耗最低,热负荷分配最优。     

稠油高凝油抽油机井拌热工况优化

针对稠油、高凝油抽油机井拌热生产工艺,采用经典的Mukherjee—Brill压力梯度模型,根据A．R．Hasan的井筒温度场模型,建立开式热流体反循环抽油机井的油管和油套环空温降模型;利用实际物性参数,采用迭代法求拌热条件下的压力一温度分布;在保证拌热抽油井能够正常生产的条件下,分别以能耗最低和能耗费用最低为目标,建立优化目标函数,对抽油机井的拌热工况进行了优化。结果表明：按照2种优化目标所得的拌热X-况优化图大体一致,但因相同能耗所对应的电费较天然气费用高,故能耗费用最低的最佳拌热_T-况与能耗最低的最佳拌热工况相比,其拌热温度及拌热量均有所增加。     

稠油热采井注汽混合离散变量优化设计

为解决稠油油田开发初期注汽工艺设计问题，在满足油层注汽效果条件下，以注汽投资费用最低为目标函数，建立了稠油热采中井筒注汽优化模型，并用混合离散变量优化设计方法（MDOD算法）进行了求解。对蒸汽吞吐和蒸汽驱两种井筒注汽工艺进行了实例计算；结果表明：运用MDOD方法进行优化设计，可以节省大量的初始投资并降低运行成本，有利于节约能源，提高经济效益。     

稠油开采中井筒温度影响因素分析

要使稠油热采过程中井筒加热参数适当，必须全面掌握地层岩石及流体热物理性质与井筒温度的关系。建立了井筒温度场的二维数学模型，对影响井筒温度的14种参数进行敏感性分析，结果表明：套管循环热流体的入口温度及注入排量、油井的产液量和地层岩石的比热对井筒和井口采出液体的温度影响较大，在循环热流体加热过程中，加热流体的注入参数存在最优值。图3表1参11     

稠油热采井注汽混合离散变量优化设计

为解决稠油油田开发初期注汽工艺设计问题,在满足油层注汽效果条件下,以注汽投资费用最低为目标函数,建立了稠油热采中井筒注汽优化模型,并用混合离散变量优化设计方法(MDOD算法)进行了求解。对蒸汽吞吐和蒸汽驱两种井筒注汽工艺进行了实例计算;结果表明:运用MDOD方法进行优化设计,可以节省大量的初始投资并降低运行成本,有利于节约能源,提高经济效益。     

热水循环采油工艺的影响参数研究

为了解决稠油高黏度和结蜡问题,采用空心抽油杆热水循环采油工艺,对稠油进行加热降黏、防蜡。运用传热学与流体力学理论,构建多物理场耦合计算模型,对井筒温度场进行数值计算。研究影响循环水注入流量和注入温度与空心杆沿程温度和油管沿程温度的关系曲线。结果显示,循环水注入流量与循环水注入温度对井筒温度场的影响较大,增加循环水注入流量对井筒温度提升显著; 提高循环水注入温度,井筒沿程温度得到相同幅度提升。     

蒸汽吞吐水平井产液过程井筒传热与传质研究

国内水平井蒸汽吞吐注汽过程井筒的数学模型已经较完善,但对稠油产出过程的井筒温度分布研究涉及不多。应用离散化井筒模型,建立了水平井单轮次蒸汽吞吐单井模型。利用质量守恒、动量定理和能量守恒原理建立了水平井稠油开采过程中井筒压力、温度变化分布以及水平井产液量预测模型,用数值方法对模型进行了求解,编制了相应的计算程序并应用胜利油田现场井例数据验证了该模型的可靠性。该模型为水平井蒸汽吞吐产能预测、生产系统优化设计提供理论依据。     

多因素影响下水平井射孔参数优化设计

水平井射孔参数的优化对于水平井高效、稳定的生产有着重要的作用.射孔参数主要包括射孔密度、孔眼直径、孔眼深度和射孔相位角.以水平井射孔完井产能预测模型和射孔后套管强度损失计算模型为理论基础,通过数值计算对水平井相关射孔参数进行了敏感性分析,利用正交试验方法在保证套管强度损失在安全生产允许范围内,对现场生产井常规射孔参数进...     

深层高压气藏井筒不稳态传热压力温度耦合计算方法

深层高压气藏井筒流动是不稳态热流问题。综合考虑井筒中压力、温度之间的相互影响,建立了井筒压力、温度分布耦合计算模型,包括温度计算模型和压力计算模型,采用解析解和数值解相结合的方法给出耦合算法。在温度计算模型中,考虑井筒中传热以及井壁向地层传热均是不稳态过程;在压力计算模型中,考虑摩擦阻力和动能变化的影响。用该模型计算塔里木油田YH23-1-14井的压力、温度,与实测压力、温度数据进行比较分析的结果表明,计算模型的精度很高。图3参10     

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。     

超深井井筒温度数值模型与解析模型计算精度对比研究

准确预测钻井过程中的井筒温度是科学评价井筒中流体流动安全与压力控制的关键。为此,基于井筒–地层各区域能量守恒原理,建立了井筒–地层传热数值模型和井筒–地层传热解析模型,分别用全隐式有限差分法和解析法对数学模型进行了求解;并结合顺北油田某超深井井身结构与钻井参数,从传热机理上分析了2种模型的井筒温度计算精度及其影响因素。分析认为:钻进时,下部井段环空流体温度低于原始地温,而上部井段流体高于原始地温;解析模型应用简化的无因次时间函数表示从远处地层传至近井壁的拟稳态热交换方式,并用综合传热系数表征地层–环空、环空–钻柱内总的热交换量,减少了井筒与地层间的热交换量,导致其计算出的环空和钻柱内流体温度低于数值模型。研究结果表明,数值模型计算结果与实测值吻合程度高,数值模型和解析模型的计算误差分别为1.46%和6.94%,两者计算结果差值为13.15 ℃。研究结果为深入认识钻进中井筒-地层传热机理和准确评价温度场提供了理论依据。      

压裂过程中瞬态井简-地层耦合温度场半解析模型

压裂过程中,井筒温度的变化会影响压裂液到达井底时的流变性以及在地层中的滤失性,准确预测井筒及地层温度分布可以指导施工方案的设计.关于压裂过程井筒温度场的研究主要集中在数值模型方面,目前还没有合适的解析模型.文中在Hasan采气井筒瞬态传热解析模型的基础上建立了压裂过程井筒瞬态传热方程,通过Laplace变换进行求解,消除了Hasan采用稳态假设求解温度梯度所引起的高排量时的误差,使之能够准确地模拟压裂过程的瞬态井筒温度.通过与Hasan模型和数值模型的对比,验证了该方程的准确性.结果显示,在相同精度下Hasan模型计算效率远高于数值模型.之后,通过将井筒瞬态解析解与地层二维瞬态传热数值解结合,建立了压裂过程瞬态井筒-地层耦合温度场半解析模型,并应用该模型分析了排量及注入温度对压裂井筒-地层温度场的影响.     

超深水平井钻井水力参数优选

基于传热学理论和井筒流动特性,通过建立超深水平井的井筒物理模型和温度场模型,考虑螺杆钻具的工作特性,以钻头和螺杆钻具组合的最大水力能量作为优选目标,建立了水力参数优选模型,分析了温度、压力对最小携岩排量的影响,并计算了最优排量和其他水力参数。结果表明:与不考虑温度、压力影响时相比,考虑温度、压力影响时的最小携岩排量增加了1倍;最小携岩排量随着钻井液密度和塑性黏度的降低而增大,塑性黏度是其主要影响因素;不同时刻的最小携岩排量存在一临界点,在临界点上、下井段确定最小携岩排量时,应采用不同时刻对应的最小携岩排量。因此,在超深水平井复合钻井时,应充分考虑温度、压力对水力参数优选的影响,以保证井眼清洁,提高钻井效率。