稠油掺稀开采井筒内温度分布规律.pdf

doi103969/ jissn 1006 -6896 2010 09006 稠油掺稀开采井筒内温度分布规律* 傅礼兵 北京中油锐思技术开发有限责任公司 姚约东 曹立营 中国石油大学 北京 石油工程教育部重点实验室 王涛 中海油田服务股份有限公司 摘要稠油在井筒中的流动阻力很大,造成稠油生产困难,而采用套管掺稀油工艺, 可以使 井筒中的混合液保持较低黏度, 减小井筒流动阻力。根据传热学和能量守恒原理,采用节点系统 分析的思想, 考虑油管、套管、水泥环及地层之间的传热, 建立稠油掺稀井筒和套管内流体温度 分布数学模型。运用高斯列主元对模型进行求解, 并对油管中的温度分布规律进行了分析,总结 出影响掺稀效果的主要影响因素,为掺稀开采稠油油藏的参数设计提供了依据。 关键词 稠油掺稀;井筒降黏; 温度分布;影响因素 基金论文 国家自然科学基金项目 40974055 1 前言 稠油进入井筒后向地面流动的过程中,由于散 热降温导致原油黏度大幅度上升,造成极大的流通 阻力, 逐渐失去流动性,使油井无法维持生产。从 油套环空中掺入稀油与稠油在井底混合, 经抽油泵 搅拌使之掺和均匀,可改善高黏度原油的流动性。 室内实验结果表明,通过掺入稀油, 稠油黏度有明 显的降低[ 1]。实践证明, 这是稠油生产中切实可行 的一项降黏措施[ 2- 4]。 掺稀降黏采油工艺是通过油管或油套环空向油 井底部注入稀油, 使稀油和地层产出的稠油充分混 合,从而降低稠油黏度、稠油液柱压力及稠油流动 阻力, 增大井底生产压差, 使油井恢复自喷或实现 机械采油的条件。准确地计算井筒温度分布是油套 环空掺液采油工作条件、工作参数设置及优化生产 系统的重要基础。曲占庆[ 5]等对稠油掺稀井筒温度 分布做了研究,但只是以油管为研究对象,没有考 虑油管与套管等之间的热传递。本文根据传热学原 理以及质量和能量守恒,采用系统节点思想, 考虑 油管、套管、水泥环以及地层之间的传热,建立环 空掺液、油管产油情况下的井筒温度分布计算模 型,并对影响参数进行讨论,以指导实际生产中工 作参数设置及生产系统优化。 2 温度分布模型建立及求解 1 物理模型。为了便于建立数学模型, 做如 下假设 平面上油管、套管、水泥环以及地层之 间的热传导为一维径向,不考虑井深方向的传热; 流体为稳定流动状态,井筒中的传热是稳态传 热; 地层传热为不稳定传热,且服从无因次时间 函数;井筒中流体比热容的变化不大,视为常 数, 并且不考虑油管、套管和水泥的热容量。 2 稠油掺稀数学模型建立及求解。根据以上 物理模型,利用节点系统思想,将生产系统分成 N 段, 共有N 1 个节点, 同时将整个生产系统分成 几个部分考虑, 根据传热学原理可以得到系统中 dZ 长度的热力关系式。 油管热量传递为 W1Ti i 1 - TiidZ1 油管第 i 段损失的热量通过油管壁传递给套管 中, 即有 1 2 K1Ti i 1 Ti i -Tco i 1 TcoidZ 2 套管热量传递为 W2Tco i 1 - Tcoi dZ3 水泥环热量传递为 1 2 K2Th i 1 Th i -Tco i 1 Tco idZ 4 地层热量传递为 eTe i 1 Te i -Th i 1 Th i f t dZ 5 其中 f t 是反映地层热阻的无因次时间函数。 此外,在油管产出液中一部分油来自套管注入液, 一部分来自地层。根据能量守恒, 则有地层原油损 失的热量等于套管中流入到油管中的油所吸收的热 量, 即 14 油气田地面工程第 29 卷第 9 期 2010 9