氣舉井井筒溫度場(chǎng)分布研究

王洪松龔秋紅 馮學(xué)謙宋曉俊張賢波李坤

（1.塔里木油田公司；2.江漢石油勘察設(shè)計(jì)研究院）

氣舉井井筒溫度場(chǎng)分布研究

王洪松1龔秋紅2馮學(xué)謙1宋曉俊1張賢波1李坤1

（1.塔里木油田公司；2.江漢石油勘察設(shè)計(jì)研究院）

以“開式熱流體反循環(huán)溫度場(chǎng)分布”模型和Beggs-Brill井筒多相管流計(jì)算方法為基礎(chǔ)，在已知地層參數(shù)和井筒參數(shù)的條件下，考慮井筒內(nèi)的傳熱方式為垂直井筒中的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和對(duì)流換熱，地層中的傳熱方式為非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)，井筒中的流動(dòng)方式為氣液兩相混合流動(dòng)，根據(jù)能量守恒定律及傳熱學(xué)原理，推導(dǎo)出了氣舉井生產(chǎn)流體和注入氣體沿井筒的溫度場(chǎng)分布計(jì)算模型。根據(jù)模型編寫了計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)了注氣壓力、注氣量等重要參數(shù)的計(jì)算，并能夠?qū)Ξa(chǎn)油量、注氣壓力、注氣量等參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。

氣舉井 傳熱系數(shù) 溫度場(chǎng) 程序 敏感性分析

氣舉采油技術(shù)一般應(yīng)用在深井、超深井中，其流程長(zhǎng)，流型豐富，且溫度變化范圍大，井筒和環(huán)空中流體溫度的變化對(duì)氣液兩相流的流型和流壓有著非常顯著的影響。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)采油管柱的溫度場(chǎng)分布做了很多研究工作，但大都集中在自噴井和熱采井上，對(duì)連續(xù)氣舉條件下井筒流體溫度場(chǎng)分布所做的研究工作甚少。鑒于溫度場(chǎng)分布對(duì)氣舉設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要作用以及目前的研究狀況，很有必要對(duì)此做深入全面的研究，對(duì)氣舉采油進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使氣舉系統(tǒng)處于最優(yōu)工作狀態(tài)，達(dá)到高產(chǎn)、高效、節(jié)能的效果[1-5]。

1 模型建立

模型建立的條件是：油井為垂直井；井筒中混合物為氣液兩相；氣舉閥前后的壓差處于最優(yōu)狀況，即壓差等于閥阻壓力。該模型同時(shí)考慮了注氣溫度、注氣量、氣舉閥前后溫度的降低等因素對(duì)井筒溫度場(chǎng)的影響，通過對(duì)溫度、壓力的循環(huán)迭代，對(duì)氣舉井井筒溫度場(chǎng)進(jìn)行求解[2]。

確定傳熱系數(shù)，包括氣舉閥下部從油管流體到地層的傳熱系數(shù)，油管流體到環(huán)空井液的傳熱系數(shù)，氣舉閥上部油管內(nèi)外流體間的傳熱系數(shù)，環(huán)形空間流體與地層間的傳熱系數(shù)[3]。

模型計(jì)算框圖[4-5]見圖1。

2 軟件研制

綜合一整套氣舉井井筒溫度場(chǎng)分布計(jì)算模型和方法，采用Visual Basic語言編制了氣舉井井筒溫度場(chǎng)分布計(jì)算程序。整個(gè)軟件采用人機(jī)對(duì)話方式，界面友好，操作方便[5]。

該軟件主要分為數(shù)據(jù)錄入模塊、數(shù)值計(jì)算模塊、數(shù)值結(jié)果輸出模塊及曲線輸出模塊四大部分。

1）數(shù)據(jù)錄入模塊：載入已存在的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或手工輸入計(jì)算所需的數(shù)據(jù)。

2）數(shù)值計(jì)算模塊：這是整個(gè)程序的核心，該模塊按照錄入的數(shù)據(jù)完成溫度場(chǎng)分布計(jì)算，并可以對(duì)注氣壓力、注氣量等參數(shù)進(jìn)行敏感性分析。

3）數(shù)值結(jié)果輸出模塊：完成錄入數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果的屏幕輸出或文件輸出。

4）曲線輸出模塊：繪制文件輸出結(jié)果曲線。

該軟件主要包括軟件載入窗體、最優(yōu)狀況下數(shù)據(jù)計(jì)算窗體、產(chǎn)油量敏感性分析窗體、注氣溫度敏感性分析窗體、注氣量敏感性分析窗體、注氣壓力敏感性窗體、注氣時(shí)間敏感性分析窗體，每個(gè)窗體又附帶有曲線輸出窗體，見圖2～圖5。

3 功能介紹

通過研制開發(fā)的計(jì)算軟件可以對(duì)氣舉井井筒溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，研究其隨產(chǎn)油量、注氣量及注氣壓力等參數(shù)的變化趨勢(shì)，進(jìn)而求得最優(yōu)注氣量、注氣壓力及氣舉閥直徑。

3.1 最優(yōu)狀況下的井筒溫度場(chǎng)分布

氣舉閥上部，井筒溫度大于環(huán)空溫度；氣舉閥下部，井筒溫度與環(huán)空溫度相一致。氣舉閥上下，井筒溫度、環(huán)空溫度都有一定的溫度突變，井筒中變化較小，環(huán)空變化較大。井筒中溫度場(chǎng)曲線具有一定的直線性。

3.2 最優(yōu)狀況下的井筒壓力場(chǎng)分布

氣舉閥上部，壓力梯度較小，曲線近乎于呈直線變化；氣舉閥下部，壓力梯度較大，曲線也近乎于呈直線變化。

3.3 井筒溫度場(chǎng)隨產(chǎn)油量的變化

在一定產(chǎn)量范圍內(nèi)，隨著產(chǎn)油量的增加，井筒溫度逐漸增加，在圖上顯示為曲線逐漸向上偏移。井筒深度越小，增加幅度越大，但是同一深度下的增加幅度逐漸減小。到一定產(chǎn)量，沿氣舉閥向上，會(huì)出現(xiàn)曲線先向下偏移，后向上偏移的現(xiàn)象。這是由于：產(chǎn)量較低時(shí)，隨著產(chǎn)量的增加，注氣量近乎于線性增長(zhǎng)，注氣溫度對(duì)井筒溫度影響幾乎保持一致，而產(chǎn)油量越高，經(jīng)過一定井筒長(zhǎng)度，溫度降低幅度越?。划a(chǎn)量較高時(shí)，注氣量開始呈指數(shù)增長(zhǎng)，注入氣體溫度對(duì)井筒溫度影響越來越大，導(dǎo)致沿氣舉閥向上的一段距離內(nèi)，井筒溫度曲線向下偏移；由于產(chǎn)油量越高，經(jīng)過一定井筒長(zhǎng)度所產(chǎn)生的溫降越小，使得井筒溫度曲線又向上偏移。

3.4 井筒溫度場(chǎng)隨注氣量的變化

隨著注氣量的增加，氣舉閥上部井段，溫度逐漸下降。在氣舉閥處下降幅度最大，隨著井筒深度的減小，下降幅度逐漸減小，直到下降幅度趨于0。這是由于注入氣體溫度較低，注氣量越大，使得井筒溫度降低幅度越大。井筒溫度越低，油管向環(huán)空中散熱量越少，使得越靠近井口的井段井筒溫度下降幅度越小。

3.5 井筒溫度場(chǎng)隨注氣壓力的變化

隨著注氣壓力的增加，氣舉閥上部井段井筒溫度逐漸降低，溫度曲線向下偏移。氣舉閥處降低幅度最大；隨著井筒深度不斷的減小，降低幅度逐漸減小，直至趨近于0。這是由于注氣壓力越大，氣舉閥前后壓差越大，致使氣體通過氣舉閥溫降越大，井筒中溫度越低。井筒中溫度越低，向環(huán)空中散熱越少，隨著井筒深度的減小，井筒溫度降低幅度也逐漸減小。

3.6 井筒溫度場(chǎng)隨注氣溫度的變化

注氣溫度對(duì)氣舉井井筒溫度場(chǎng)分布影響不大，主要集中在靠近井口井段，注氣溫度越高，該井段井筒溫度越高。

3.7 井筒溫度場(chǎng)隨注氣時(shí)間的變化

隨著注氣時(shí)間的增加，氣舉井井筒溫度逐漸增加，這是因?yàn)榈貙訜嶙枋茏鈺r(shí)間影響，注氣時(shí)間越長(zhǎng)，地層熱阻越大，環(huán)空向地層散熱量越少，井筒溫度越高，但增加幅度逐漸減小。

4 結(jié)論

1）注氣點(diǎn)以上和注氣點(diǎn)以下氣舉管柱傳熱系數(shù)相差很大，所以在實(shí)際工程計(jì)算時(shí)必須分別予以考慮，并且可以忽略油管和套管傳熱的影響。

2）氣舉閥上下兩井段，溫度梯度和壓力梯度相差較大。氣舉閥上部，溫度梯度較大，壓力梯度較??；氣舉閥下部，溫度梯度較小，壓力梯度較大。

3）通過對(duì)產(chǎn)油量的敏感性分析，可以發(fā)現(xiàn)：在一定的產(chǎn)油量區(qū)間內(nèi)，隨著產(chǎn)油量的增加，注氣量成線性增加。這段區(qū)間內(nèi)，井筒溫度隨著產(chǎn)油量呈線性增加，這段區(qū)間可以認(rèn)為是產(chǎn)油量最合理區(qū)間。

4）隨著注氣量增加，井筒溫度不斷下降，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，所以建議采用較小的井口壓力，以此來滿足較小的注氣量。

5）通過對(duì)注氣壓力的敏感性分析，可以看出，在最優(yōu)注氣壓力的基礎(chǔ)上，隨著注氣壓力的增加，氣舉閥前后溫降呈直線增加，導(dǎo)致井筒溫度不斷下降，所以建議采用大孔徑的氣舉閥，以此來滿足最優(yōu)注氣壓力。

6）注氣溫度對(duì)井筒溫度場(chǎng)的影響主要集中在井口附近，影響較小，在實(shí)際生產(chǎn)中可以忽略不計(jì)。

7）地層傳熱為非穩(wěn)態(tài)傳熱，隨著注氣時(shí)間的增加，地層熱阻逐漸增大，使得井筒溫度逐漸增大。

8）井筒溫度場(chǎng)分布模型是在井筒中為油氣兩相混合流動(dòng)的情況下建立的，如果在油、氣、水三相流動(dòng)的前提下建立模型，將會(huì)有更高的適應(yīng)性。

9）井筒溫度場(chǎng)分布模型是針對(duì)于垂直井筒的特殊模型，對(duì)于水平井、斜井尚未分析，具有一定的局限性。

[1]李安.連續(xù)氣舉條件下舉液管柱傳熱系數(shù)的確定[J]．石油機(jī)械，2005，33(2)：8-10．

[2]高學(xué)仕，張立新，潘迪超,等．熱采井筒瞬態(tài)溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬分析[J].石油大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001，25(2)：67-69．

[3]郭春秋，李穎川.氣井壓力溫度預(yù)測(cè)綜合數(shù)值模擬[J]．石油學(xué)報(bào)，2001，22(3)：100-104．

[4]董長(zhǎng)銀，張琪，李志芬,等.油管摻液稠油泵井筒流體溫度分布計(jì)算[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，26(2)：38-40．

[5]陳德春，張琪，張松亭,等.油套環(huán)空和空心抽油桿摻化學(xué)劑抽油井舉升工藝計(jì)算模型[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001，25(2)：22-25．

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.002

王洪松，2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東），工程師，主要研究方向?yàn)橛蜌馓锏孛婀こ坦に嚰捌渥詣?dòng)化，E-mail：wanghongsong-tlm@petrochina.com.cn，地址：新疆庫爾勒塔里木油田開發(fā)事業(yè)部塔中作業(yè)區(qū)，841000。

2011-06-04)