注入的蒸汽、氮气混合物的温度、压力、干度的计算方法技术

本发明专利技术提供了一种注入的蒸汽、氮气混合物的温度、压力、干度的计算方法，方法包括：计算蒸汽和氮气混合后的混合物初始温度、混合物初始气相干度和蒸汽干度；以蒸汽锅炉出口处为初始计算点，任意设定步长，计算地面管线井口处的井口温度、井口压力和井口干度分布；以井口为初始计算点，任意设定步长，计算井筒处的井筒温度、井筒压力和井筒干度分布；基于所述井筒温度、所述井筒压力和所述井筒干度分布指导油田现场进行相应工艺的实施。本发明专利技术具有良好的计算稳定性和较高的计算精度，为蒸汽+氮气混合体系在井筒注入参数的优化设计提供可靠的计算手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及稠油热采注汽开发领域，尤其涉及稠油热采中计算注入的蒸汽、氮气 混合物在地面管线和井筒中相关参数，具体来说就是一种注入的蒸汽、氮气混合物的温度、 压力、干度的计算方法。
技术介绍
注蒸汽是开采稠油有效而经济的方法，但是，注蒸汽技术本身还存在一些不足：单 纯的注蒸汽成本高；井筒热损失大，蒸汽重力超覆；蒸汽黏性指进及非均质油藏中蒸汽沿 高渗透层窜流，从而导致注入蒸汽的大量损失和体积波及系数降低。为此，提出使用氮气辅 助注蒸汽的热力采油工艺。该工艺能减小蒸汽热损失，改善注汽效果，降低成本，提高原油 采收率。 氮气与水蒸气混合物在井筒中称为二元两相流动。液相为饱和水，气相中既有氮 气，又有饱和蒸汽。在流动过程中，随着混合物热量不断向地层散热，气相中的饱和蒸汽不 断凝结，须重新达到气液相平衡，饱和蒸汽的分压力不断降低，干度不断下降。在这种情况 下，由于氮气与水蒸气混合物的热力学性质与湿饱和蒸汽差别很大，现有的注汽参数计算 模型无法对氮气和蒸汽混合物下井筒的温度场、压力场、干度场进行正确计算。
技术实现思路
本专利技术提供一种，在蒸汽 锅炉出口处蒸汽温度、蒸汽压力和蒸汽干度已知的条件下，推导出了蒸汽+氮气二元两相 混合物在地面管线和井筒中温度、压力、干度分布的计算公式和计算过程，解决了现有的注 汽参数计算模型无法对氮气和蒸汽混合物下井筒的温度场、压力场、干度场进行正确计算 的问题。 本专利技术以地面管线、井筒传热和流动理论为基础，建立了氮气+蒸汽混合物沿地 面管线和井筒流动与传热的数学模型，计算混合物沿地面管线和井筒的温度分布、压力分 布干度分布。蒸汽+氮气二元两相混合物流动规律与传热模型的研宄对稠油热采中利用蒸 汽+氮气混合物注采工艺的进一步研宄具有重要的指导意义和学术价值，对实际蒸汽+氮 气混合体系在地面管线和井筒注入参数的优化设计具有重要的参考价值。 本专利技术的一种，包括：利用 迭代法计算蒸汽和氮气混合后的混合物初始温度、混合物初始气相干度和蒸汽干度；基于 混合物初始温度、混合物初始气相干度和蒸汽干度，以蒸汽锅炉出口处为初始计算点，任意 设定步长，计算地面管线井口处的井口温度、井口压力和井口干度分布；基于地面管线井口 处的所述井口温度、所述井口压力和所述井口干度分布，以井口为初始计算点，任意设定步 长，计算井筒处的井筒温度、井筒压力和井筒干度分布；基于所述井筒温度、所述井筒压力 和所述井筒干度分布指导油田现场进行相应工艺的实施。 本专利技术提供一种，在蒸汽 锅炉出口处蒸汽温度、蒸汽压力和蒸汽干度已知的条件下，推导出了蒸汽+氮气二元两相 混合物在地面管线和井筒中温度、压力、干度分布的计算公式和计算过程，通过该方法易于 计算蒸汽+氮气二元两相混合物在地面管线和井筒中的热损失以及二元两相混合物的流 动流体压力分布、温度分布、干度分布，具有良好的计算稳定性和较高的计算精度，计算结 果更加精确，为蒸汽+氮气混合体系在井筒注入参数的优化设计提供可靠的计算手段。 应了解的是，上述一般描述及以下【具体实施方式】仅为示例性及阐释性的，其并不 能限制本专利技术所欲主张的范围。【附图说明】 下面的所附附图是本专利技术的说明书的一部分，其绘示了本专利技术的示例实施例，所 附附图与说明书的描述一起用来说明本专利技术的原理。 图1为本专利技术实施例提供的地面管线单元的示意图。 图2为本专利技术实施例提供的井筒单元示意图。 图3为本专利技术实施例提供的一种注入的蒸汽、氮气混合物的温度、压力、干度的计 算方法实施例一的流程图。【具体实施方式】 为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细 叙述清楚说明本专利技术所揭示内容的精神，任何所属
技术人员在了解本
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的 实施例后，当可由本
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所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本
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的精 神与范围。 本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。 另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部 分。 关于本文中所使用的"第一"、"第二"、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也 非用以限定本专利技术，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。 关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方 向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。 关于本文中所使用的"包含"、"包括"、"具有"、"含有"等等，均为开放性的用语，即 意指包含但不限于。 关于本文中所使用的"及/或"，包括所述事物的任一或全部组合。 关于本文中所使用的用语"大致"、"约"等，用以修饰任何可以微变化的数量或误 差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的 范围在部分实施例中可为20%，在部分实施例中可为10%，在部分实施例中可为5%或是 其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为 限。 关于本文中所使用的用词（terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此 领域中、在此申请的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本申请的用词将于下 或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。 本专利技术针对稠油热采开发领域中，使用氮气辅助注蒸汽的热力采油工艺，该工艺 能衡量注汽质量的关键指标是到达井底的蒸汽干度和气相干度，因此需要精确计算地面管 线和井筒的温度场、压力场、干度场分布情况，以保证到达井底时，井筒热损失减小，井底蒸 汽干度和气相干度增大。而氮气+水蒸气混合物的热力学性质与单一的湿饱和蒸汽差别很 大，原有的注汽参数计算模型无法对氮气和蒸汽混合物下地面管线和井筒的温度场、压力 场、干度场进行正确计算。为此，本专利技术建立了能描述混合物在井筒中压力、温度、干度变化 的两相流动数学模型，为蒸汽+氮气混合体系在井筒注入参数的优化设计提供可靠的计算 手段。从而有利于指导油田现场进行相应工艺的实施。 图1为本专利技术实施例提供的地面管线单元的示意图。图2为本专利技术实施例提供的 井筒单元示意图。参见图1与图2,在实现本专利技术的【具体实施方式】之前，需要进行数据准备， 具体数据包括： ①井身结构及有关热物理性质：液膜层对流换热系数hf;地面管线钢管内半径ri; 污垢层对流换热系数hp;管壁导热系数Xp;地面管线钢管外半径r。;隔热层导热系数Xins;地面管线外半grins;强迫对流换热系数h。;水泥环导热换热系数X 井眼半径rh;隔热 管深度H;隔热管导热系数Ains;油管导热系数Xtub;套管导热系数X环空流体的导热 系数Kha;隔热管内管内半径；r隔热管内管外半径；r2;隔热管外管内半径；r3;隔热管外管外 半径r4;套管内半径r^套管外半径r。。;地面管线表面温度Ta。 ②井口注入参数：井口注汽压力PQ;井口蒸汽温度T井口氮气温度TN2 (即未混合 之前氮气温度TN2);注汽速率Ms;注氮气体积流速V3;注汽时间ts。 ③地层热物性：地温梯度a;地表温度Tins;地层导热系数入6。 图3为本专利技术实施例提供的一种注入的蒸汽、氮气混合物的温度、压力、干度的计 算方法实施例一的流程图，如图3所示，所述注入的蒸汽、氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注入的蒸汽、氮气混合物的温度、压力、干度的计算方法，其特征在于，所述注入的蒸汽、氮气混合物的温度、压力、干度的计算方法包括：利用迭代法计算蒸汽和氮气混合后的混合物初始温度、混合物初始气相干度和蒸汽干度；基于混合物初始温度、混合物初始气相干度和蒸汽干度，以蒸汽锅炉出口处为初始计算点，任意设定步长，计算地面管线井口处的井口温度、井口压力和井口干度分布；基于地面管线井口处的所述井口温度、所述井口压力和所述井口干度分布，以井口为初始计算点，任意设定步长，计算井筒处的井筒温度、井筒压力和井筒干度分布；以及基于所述井筒温度、所述井筒压力和所述井筒干度分布指导油田现场进行相应工艺的实施。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张成博，马振，孙振宇，曲绍刚，刘锦，于晓聪，王欣叶，吕孝明，姜佳悦，卢丽丝，李辉，唐丽，刘佩衡，李杰，康宸博，王文刚，哈长鸣，王河，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11