超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油藏開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力 場(chǎng)分布的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，隨著油氣田的深入開發(fā)，輕、中質(zhì)原油和淺層稠油區(qū)塊的產(chǎn)量呈逐年下降的 趨勢(shì)，因此今后深層、超深層稠油油藏將逐漸成為主力開發(fā)油藏，但由于其埋深超過(guò)2000m， 油層壓力大于30MPa，通常使用的21MPa亞臨界壓力蒸汽發(fā)生器無(wú)法開采這類稠油。根據(jù)稠 油熱采的注汽參數(shù)，熱采注汽的蒸汽熱力學(xué)狀態(tài)主要分為飽和蒸汽狀態(tài)（包括亞臨界注汽 鍋爐和普通注汽鍋爐注汽）以及超臨界狀態(tài)（超臨界壓力鍋爐注汽）。注入油層的熱焓影 響油層的加熱效果，注入熱焓越多，油層加熱效果越好，油井產(chǎn)量越高。在鍋爐發(fā)熱量相同 的情況下，超臨界狀態(tài)比飽和蒸汽狀態(tài)注入油層的熱焓多。如果使用超臨界蒸汽發(fā)生器產(chǎn) 生的高壓介質(zhì)，將注入壓力提高到22. 14MPa以上，溫度提高到374°C以上時(shí)，保證蒸汽到達(dá) 油層以后仍會(huì)保持汽相狀態(tài)，由于超臨界蒸汽具有更高的熱焓值和穿透性，對(duì)油層的加熱 作用和滲透作用更好，因此能有效解決深層稠油熱采的難題。
[0003] 水通常有三相（固、液、汽）、五態(tài)（未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽和 過(guò)熱蒸汽），在一般情況下水由液相變?yōu)闅庀喽际且?jīng)過(guò)一個(gè)汽化過(guò)程，即水經(jīng)過(guò)吸熱首先 變?yōu)轱柡纤?，再?jīng)過(guò)吸熱部分水變?yōu)檎羝?，繼續(xù)吸熱后水全部變?yōu)檎羝纬娠柡险羝麄€(gè) 汽化要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的兩相共存過(guò)程，并且在濕飽和蒸汽和干飽合蒸汽狀態(tài)時(shí)，增大壓力 可使水蒸汽重新變?yōu)橐簯B(tài)。但是當(dāng)壓力大于22. 14MPa時(shí)，水由液相向汽相的轉(zhuǎn)化沒有液、 汽兩相共存過(guò)程，而是在溫度升到374°C時(shí)，水由液相全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠?，并且超過(guò)此溫度后 不管再加多大的壓力也不能將它變?yōu)橐合唷４藭r(shí)的壓力22. 14MPa稱為臨界壓力，此時(shí)的溫 度374°C稱為臨界溫度。凡超過(guò)此壓力、溫度的狀態(tài)，稱為超臨界狀態(tài)。這種狀態(tài)的水即稱 為超臨界水（也稱為超臨界蒸汽）。臨界流體的物性兼具液體與氣體性質(zhì)，其密度比一般氣 體要大很多，粘度比液體小，但擴(kuò)散速度比液體快，因而有較好的流動(dòng)性和傳遞性能。
[0004] 當(dāng)前，在超臨界注汽條件下，蒸汽的熱力學(xué)性質(zhì)與濕飽和蒸汽差別很大，原有的注 汽參數(shù)計(jì)算模型無(wú)法對(duì)超臨界下井筒的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)進(jìn)行正確計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法， 以精確計(jì)算超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，包括：
[0008] 獲取井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)；
[0009] 獲取預(yù)先設(shè)置的節(jié)點(diǎn)步長(zhǎng)，將井筒從井口開始劃分為多個(gè)節(jié)點(diǎn)；
[0010] 根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始計(jì)算點(diǎn)，依次計(jì)算各節(jié) 點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力；
[0011] 根據(jù)所述各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力分別確定所述井筒的溫 度場(chǎng)分布及壓力場(chǎng)分布。
[0012] 具體的，所述井筒相關(guān)參數(shù)包括水泥導(dǎo)熱系數(shù)K_;井眼半徑rh;隔熱管深度h;隔 熱管導(dǎo)熱系數(shù)Kins;油管導(dǎo)熱系數(shù)Ktub;套管導(dǎo)熱系數(shù)K 環(huán)空流體的導(dǎo)熱系數(shù)Kha;隔熱管 內(nèi)管內(nèi)半徑rti;隔熱管內(nèi)管外半徑rt。;隔熱管外管內(nèi)半徑ri;隔熱管外管外半徑r。;套管 內(nèi)半徑套管外半徑r。。;地溫梯度al;地表溫度bm地層導(dǎo)熱系數(shù)K
[0013] 具體的，所述井口注入?yún)?shù)包括井口注汽壓力匕;井口蒸汽溫度IV注汽速率qs。； 注汽時(shí)間ts。。
[0014] 具體的，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依 次計(jì)算各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，包括：
[0015] 計(jì)算蒸汽與隔熱管內(nèi)管內(nèi)壁之間的熱對(duì)流熱阻R1:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特征在于，包括： 獲取井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)； 獲取預(yù)先設(shè)置的節(jié)點(diǎn)步長(zhǎng)，將井筒從井口開始劃分為多個(gè)節(jié)點(diǎn)； 根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始計(jì)算點(diǎn)，依次計(jì)算各節(jié)點(diǎn)下 端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力； 根據(jù)所述各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力分別確定所述井筒的溫度場(chǎng) 分布及壓力場(chǎng)分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述井筒相關(guān)參數(shù)包括水泥導(dǎo)熱系數(shù)K_;井眼半徑r h;隔熱管深度h ;隔熱管導(dǎo)熱 系數(shù)Kins;油管導(dǎo)熱系數(shù)K tub;套管導(dǎo)熱系數(shù)K MS;環(huán)空流體的導(dǎo)熱系數(shù)1^;隔熱管內(nèi)管內(nèi)半 徑rti;隔熱管內(nèi)管外半徑r t。;隔熱管外管內(nèi)半徑ri;隔熱管外管外半徑r。;套管內(nèi)半徑ry 套管外半徑r。。;地溫梯度al ;地表溫度b ^地層導(dǎo)熱系數(shù)K
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述井口注入?yún)?shù)包括井口注汽壓力匕;井口蒸汽溫度Tm注汽速率q s。;注汽時(shí)間 tsc。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算各 節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，包括： 計(jì)筧蒸汽與隔熱管內(nèi)管內(nèi)壁之間的熱對(duì)流熱阻札：
計(jì)算隔熱管內(nèi)管內(nèi)外壁之間的熱傳導(dǎo)熱阻R2:
計(jì)算隔熱層的熱傳導(dǎo)熱阻r3:
計(jì)算隔熱管外管壁的熱傳導(dǎo)熱阻r4:
計(jì)算環(huán)空熱對(duì)流熱阻r5:
計(jì)算套管壁的熱傳導(dǎo)熱阻r6:
計(jì)算水泥環(huán)的熱傳導(dǎo)熱阻r7:
計(jì)算地層的熱傳導(dǎo)熱阻r8:
其中，hf為水膜傳熱系數(shù)；he為環(huán)空自然然對(duì)流傳熱系數(shù)；hr為環(huán)空輻射傳熱系數(shù)； f(t)是隨時(shí)間變化的導(dǎo)熱傳熱函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算各 節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)步長(zhǎng)、井口蒸汽溫度I；、地表溫度k、所述&、R2、R3、R 4、R6、R7、R8計(jì)算井 口處熱損失速度Qm:
其中，dl為所述節(jié)點(diǎn)步長(zhǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算各 節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 根據(jù)所述匕和所述dl計(jì)算各節(jié)點(diǎn)下端的初始超臨界蒸汽壓力P/i1:
其中，Pi為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)上端的超臨界蒸汽壓力，其中，i彡〇。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算各 節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 根據(jù)所述tv al、h確定地層溫度Te: Te= (b 〇+al*h/100) 〇
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算各 節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 獲取各節(jié)點(diǎn)上端的熱損失速度％，并根據(jù)所述Qi、Te、&、R2、R 3、R4、R6、R7、R8、dl依次計(jì) 算各節(jié)點(diǎn)下端的超臨界蒸汽溫度Ti+1: Ti+1 = T e+ (R1+R2+R3+R4+R6+R 7+R8) *Qj/dl 〇
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其特 征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算各 節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 根據(jù)所述札、R2、R3、R4、R 5、R6、R7、R8計(jì)算一總熱阻R : R = R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R 8 根據(jù)所述Ti+1校正各節(jié)點(diǎn)下端的熱損失速度Q i+1:
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其 特征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算 各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 計(jì)算各節(jié)點(diǎn)段的平均溫度:T:
計(jì)算各節(jié)點(diǎn)段的平均壓力T:
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其 特征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算 各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 獲取井筒的超臨界蒸汽相對(duì)密度yg; 計(jì)算井筒的擬臨界溫度！；。： Tpc= 92. 2+176. 6 y g 計(jì)算井筒的擬對(duì)比溫度V:
計(jì)算井筒的超臨界蒸汽粘度yg:
計(jì)算井筒的超臨界蒸汽的體積系數(shù)Bg:
計(jì)算井筒內(nèi)的超臨界蒸汽流速v :
計(jì)算井筒內(nèi)的超臨界蒸汽p :
其中，t為井筒內(nèi)的超臨界蒸汽在平均溫度:T、平均壓力P下的偏差系數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其 特征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算 各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 計(jì)算井筒內(nèi)的超臨界蒸汽在平均溫度:〒、平均壓力中下的摩阻系數(shù)f:
其中，e為絕對(duì)粗糙度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其 特征在于，所述根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始極端點(diǎn)，依次計(jì)算 各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力，還包括： 計(jì)算各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽壓力最終值Pi+1:
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，其 特征在于，所述計(jì)算各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽壓力最終值P i+1，包括： 判斷圯+1 _Pi%l的值是否小于〇. 1 ; 若丨P,+1 - P/丨：lI酌值小于〇. 1，則確定所述Pi+1準(zhǔn)確； 若I巧+1 _ P/ii 11的值大于等于〇. 1，則將#+1設(shè)置為Pi+1，并重新確定所述戸。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)分布的計(jì)算方法，涉及油藏開采技術(shù)領(lǐng)域。方法包括：獲取井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)；獲取預(yù)先設(shè)置的節(jié)點(diǎn)步長(zhǎng)，將井筒從井口開始劃分為多個(gè)節(jié)點(diǎn)；根據(jù)所述井筒相關(guān)參數(shù)以及井口注入?yún)?shù)，以井口為初始計(jì)算點(diǎn)，依次計(jì)算各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力；根據(jù)所述各節(jié)點(diǎn)下端超臨界蒸汽溫度和超臨界蒸汽壓力分別確定所述井筒的溫度場(chǎng)分布及壓力場(chǎng)分布。本能夠精確計(jì)算超臨界注汽井的井筒溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)。
【IPC分類】E21B47-06, E21B47-07, E21B43-24
【公開號(hào)】CN104806230
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510084615
【發(fā)明人】張成博, 馬振, 孫振宇, 曲紹剛, 劉錦, 于曉聰, 崔加利, 呂孝明, 姜佳悅, 李 杰, 王文剛, 盧麗絲, 李輝, 唐麗, 劉佩衡, 哈長(zhǎng)鳴, 康宸博
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣股份有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日