一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法技术

本发明专利技术提供了一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，该方法包括以下步骤：S

A calculation method for a multi furnace dendritic steam injection pipeline decomposition

The invention provides a calculation method for a multi furnace dendritic steam injection pipeline decomposition, the method comprises the following steps: S

【技术实现步骤摘要】
一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法
本专利技术属于石油测井
，具体涉及一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法。
技术介绍
稠油热采区块普遍采用蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD等开发方式，根据原油的黏度随温度的升高而降低的特性，利用注入蒸汽所携带的热量加热稠油和地层，进而降低原油黏度增加其流动性，达到稠油开采的目的，目前注汽方式主要有一炉一注、多炉一注和一炉多注等，对应的注汽管网有单一注汽管线、星状管网、树枝状管网等，在计算地面管线热损失的过程中，目前只有一炉一注单一管线的计算方法，即从注汽锅炉到井口只有一条管线，管线不存在分支及汇入情况，但大多数注汽是采用星状或树枝状的管网结构，即多个注汽锅炉向主管线注汽，然后在分支注向单井，因此单一注汽管线热损失计算方法已不再适用。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法。为达到上述目的，本专利技术提供了一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，该方法包括以下步骤：S1：将树枝状注汽管网分解为若干单元沿着树枝状注汽管网的注气方向，以分支管线与主管线的汇合点作为分解点，将树枝状注汽管网分解成若干子单元；所述若干单元依次为第一子单元、第二子单元、……以及末端子单元；在所述若干单元中，末端子单元为一段主管线，其余的子单元均包括一段主管线以及与该段主管线末端相连的分支管线；S2：分别计算各子单元的干度和热损失分别对所述若干子单元的干度和热损失进行计算，其中，前一个子单元汇合点处的温度、压力、干度和流量为后一个子单元主管线段的起始参数；S3：根据步骤S2的结果获得整个管网的干度、热损失分布以及管网终点处的参数。本专利技术提供一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法能将复杂的树枝状注汽管网结构分解成简单的分段计算模型，然后逐段计算，最终计算出整个管网的热损失及干度分布数据，以满足生产过程中井口干度的初判、管线保温效果评价的需求，及时采取措施，保证注汽效果。在上述一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法中，末端子单元为一段主管线，属于一炉一注的简单计算模型，目前有已知的计算方法；包括一段主管线以及与该段主管线末端相连的分支管线的子单元属于爪状模型，目前尚未有针对该模型的计算方法。在上述一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法中，优选地，在所述步骤S2中，对所述包括一段主管线以及与该段主管线末端相连的分支管线的子单元的干度和热损失进行计算的步骤包括：分别计算该段主管线和分支管线的干度和热损失；计算该段主管线和分支管线汇合点处的混合干度和压力值；输出汇合点处的温度、压力、干度和注汽量。在上述一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法中，优选地，在所述计算该段主管线和分支管线汇合点处的混合干度和压力值的步骤中，计算的基本假设条件为：根据质量守恒原理，汇合点处的总注汽量等于汇合点处相连接各管线注汽量的总和，各个锅炉注入的蒸汽经过各段管线的压降后，在汇合点处的蒸汽的气相质量之和应等于主管线在此位置的气相质量。在上述一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法中，优选地，在所述计算该段主管线和分支管线汇合点处的混合干度和压力值的步骤中，还包括计算汇合点处的局部阻力损失的步骤；在综合汇合点处的局部阻力损失后，再输出汇合点处的温度、压力、干度和注汽量。在上述一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法中，优选地，对于由多段管道连接形成的主管线段或分支管线，采用逐步计算法计算主管线段或分支管线的干度和热损失，所述逐步计算法包括以下步骤：以实际注汽管网中的管道连接处为作为节点对管线进行分段；获取管线的入口参数和管线的基础参数；以管线的入口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段管道出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管道，最终获得管线出口处的温度、压力、干度以及热损失。在上述一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法中，优选地，当管线的入口处为锅炉时，管线的入口参数为锅炉出口参数；所述锅炉出口参数包括：每个锅炉的出口温度Tb、每个锅炉的出口压力Pb、每个锅炉的出口蒸汽干度Fb和每个锅炉的注汽量G；当管线的入口处为上一个子单元的汇合点处时，管线的入口参数为上一个子单元输出的温度、压力、干度和注汽量；所述管线的基础参数包括：每根管道类型、每根管道是否有保温层、每根管道处的空气温度Ta(i)、每根管道处的风速νa(i)、每根管道/阀门的导热系数λp(i)、每根管道/阀门内径ri(i)、每根管道/阀门外径ro(i)、每根管道/阀门长度z(i)、每根管壁/阀门外黑度ε(i)、每根管道内壁表面粗糙度Ra(i)、每根管道倾角θ(i)、每根管道修正系数、每根管道热阻修正系数、每根管道/阀门保温层导热系数λil(i)和每根管道保温层厚度Pipe(i,20)。在上述一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法中，优选地，所述以管线的入口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段管道出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管道，最终获得管线出口处的温度、压力、干度以及热损失的步骤包括：步骤一：以管线的入口为计算起点，计算第i段管道的相关参数；其中，入口处的管道编号为1，依次类推，管道编号i＝1-n，管线的入口参数即为第1段管道的入口参数，按照管道的连接顺序依次计算，i＝1时开始计算；步骤二：迭代计算第i段管道压力损失，同时计算第i段管道局部阻力损失；迭代计算第i段管道外表面温度和热损失；迭代计算第i段管道末端的蒸汽干度；输出第i段末端的相关参数，所述相关参数包括温度、压力、蒸汽干度、热损失；步骤三：按照计算第i段管道的蒸汽干度的方法计算后续管道的相关参数，直到最后一根管道，最后一根管道末端的温度、压力、蒸汽干度、热损失即为管线出口处的相关参数。本专利技术提供了多炉一注树枝状管网的分解方法及爪状计算模型的计算方法，利用该方法可以将复杂的管网结构简化成若干简单计算模型，然后采用节点计算的方法分别对各计算模型进行计算，最终得到整个管网的干度、热损失分布情况，根据计算结果可以直观的了解整个注汽管线的热损失状况，进而采取相应的保温措施、调整注汽参数、调整注汽方案，有效降低注汽运行成本。附图说明图1为实施例1中多炉一注树枝状管网结构示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。实施例1本实施例提供了一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，该方法的具体方案是：S1：将树枝状注汽管网分解为四个单元多炉一注树枝状管网如图1所示，沿着树枝状注汽管网的注气方向，整个管线分成主管线和分支管线两部分组成，本着模型统一、简单、可计算的原则，可以将整个管网划分成第一子单元、第二子单元、第三子单元和末端子单元，其中，第一子单元、第二子单元、第三子单元为爪状模型，末端子单元为一炉一注的简单计算模型。S2：分别计算各子单元的干度和热损失分别对四个子单元的干度和热损失进行计算，其中，前一个子单元汇合点处的温度、压力、干度和流量为后一个子单元主管线段的起始参数；具体地，将第一子单元作为计算起点，输入两个起点的温度、压力、干度和注汽量，首先计算出第一子单元的干度及热损失分布，并输出交汇点1处的温度、压力、干度和流量；输入起点2本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提供了一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，该方法包括以下步骤：S

【技术特征摘要】
1.本发明提供了一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，该方法包括以下步骤：S1：将树枝状注汽管网分解为若干单元沿着树枝状注汽管网的注气方向，以分支管线与主管线的汇合点处作为分解点，将树枝状注汽管网分解成若干子单元；所述若干单元依次为第一子单元、第二子单元、直至末端子单元；在所述若干单元中，末端子单元为一段主管线，其余的子单元均包括一段主管线以及与该段主管线末端相连的分支管线；S2：分别计算各子单元的干度和热损失分别对所述若干子单元的干度和热损失进行计算，其中，前一个子单元汇合点处的温度、压力、干度和流量为后一个子单元主管线段的起始参数；S3：根据步骤S2的结果获得整个管网的干度、热损失分布以及管网终点处的参数。2.根据权利要求1所述的一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述包括一段主管线以及与该段主管线末端相连的分支管线的子单元的干度和热损失进行计算的步骤包括：分别计算该段主管线和分支管线的干度和热损失；计算该段主管线和分支管线汇合点处的混合干度和压力值；输出汇合点处的温度、压力、干度和注汽量。3.根据权利要求2所述的一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，其特征在于，在所述计算该段主管线和分支管线汇合点处的混合干度和压力值的步骤中，计算的基本假设条件为：根据质量守恒原理，汇合点处的总注汽量等于汇合点处相连接各管线注汽量的总和，各个锅炉注入的蒸汽经过各段管线的压降后，在汇合点处的蒸汽的气相质量之和应等于主管线在此位置的气相质量。4.根据权利要求2或3所述的一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，其特征在于，在所述计算该段主管线和分支管线汇合点处的混合干度和压力值的步骤中，还包括计算汇合点处的局部阻力损失的步骤；在综合汇合点处的局部阻力损失后，再输出汇合点处的温度、压力、干度和注汽量。5.根据权利要求2或3所述的一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，其特征在于，对于由多段管道连接形成的主管线段或分支管线，采用逐步计算法计算主管线段或分支管线的干度和热损失，所述逐步计算法包括以下步骤：以实际注汽管线中的管道连接处为作为节点对管线进行分段；获取管线的入口参数和管线的基础参数；以管线的入口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段管道出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管道，最终获得管线出口处的温度、压力、干度以及热损失。6.根据权利要求5所述的一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，其特征在于，当管线的入口处为锅炉时，管线的入口参数为锅炉出口参数；所述锅炉出口参数包括：每个锅炉的出口温度Tb、每个锅炉的出口压力Pb、每个锅炉的出口蒸汽干度Fb和每个锅炉的注汽量G；当管线的入口处为上一个子单元的汇合点处时，管线的入口参数为上一个子单元输出的温度、压力、干度和注汽量；所述管线的基础参数包括：每根管道类型、每根管道是否有保温层、每根管道处的空气温度Ta(i)、每根管道处的风速νa(i)、每根管道/阀门的导热系数λp(i)、每根管道/阀门内径ri(i)、每根管道/阀门外径ro(i)、每根管道/阀门长度z(i)、每根管壁/阀门外黑度ε(i)、每根管道内壁表面粗糙度Ra(i)、每根管道倾角θ(i)、每根管道修正系数、每根管道热阻修正系数、每根管道/阀门保温层导热系数λil(i)和每根管道保温层厚度Pipe(i,20)。7.根据权利要求5所述的一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，其特征在于，所述以管线的入口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段管道出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管道，最终获得管线出口处的温度、压力、干度以及热损失的步骤包括：步骤一：以管线的入口为计算起点，计算第i段管道的相关参数；其中，入口处的管道编号为1，依次类推，管道编号i＝1-n，管线的入口参数即为第1段管道的入口参数，按照管道的连接顺序依次计算，i＝1时开始计算；步骤二：迭代计算第i段管道压力损失，同时计算第i段管道局部阻力损失；迭代计算第i段管道外表面温度和热损失；迭代计算第i段管道末端的蒸汽干度；输出第i段末端的相关参数，所述相关参数包括温度、压力、蒸汽干度、热损失；步骤三：按照计算第i段管道的蒸汽干度的方法计算后续管道的相关参数，直到最后一根管道，最后一根管道末端的温度、压力、蒸汽干度、热损失即为管线出口处的相关参数。8.根据权利要求7所述的一种多炉一注树枝状注汽管网分解计算方法，其特征在于，所述步骤二的具体计算过程包括：(1)假定干度降△xi，压力降△pi；(2)计算第i段管道的出口处压力pi、出口处温度Ti和出口处蒸汽干度xi：pi＝pi-1-△pi，Ti＝195.94pi0.225-17.8，xi＝xi-1-△xi，上述公式中，pi为第i段管道的出口处压力；Ti为第i段管道的出口处温度；xi为第i段管道的出口处蒸汽干度；pi-1为第i-1段管道的出口处压力；Ti-1为第i-1段管道的出口处温度；xi-1为第i-1段管道的出口处蒸汽干度；(3)计算第i段管道的平均压力pavi、平均温度Tavi和平均蒸汽干度xavi：pavi＝(pi-1+pi)/2，Tavi＝(Ti-1+Ti)/2，xavi＝(xi-1+xi)/2；(4)计算第i段管道的蒸汽液相密度ρl、蒸汽汽相密度ρg以及蒸汽液相粘度μl和蒸汽汽相粘度μg：ρl＝(0.9967-4.615×10-5Tavi-3.063×10-6Tavi2)×103，Zg＝1.012-4.461×10-4Tavi+2.98×10-6Tavi2-1.663×10-8Tavi3，μg＝(0.36Tavi+88.37)×10-4，上述公式中，ρl为第i段管道的蒸汽液相密度，kg/m3；ρg为第i段管道的蒸汽汽相密度，kg/m3；μl为第i段管道的蒸汽液相密度，mPa.s；μg为第i段管道的蒸汽汽相密度，mPa.s；(5)计算第i段管道的体积含气率Hg：(6)计算第i段管道的平均密度ρm和平均粘度μm：ρm＝Hgρg+(1-Hg)ρl，μm＝Hgμg+(1-Hg)μl；(7)计算第i段管道的平均流速νm：上述公式中，νm为第i段管道的平均流速，m/s；其中，第i段管道的内截面积A的计算公式为：A＝πri2，上述公式中，A为管道的内截面积，m2；(8)计算第i段管道的雷诺数Re：上述公式中，Re为第i段管道的雷诺数；(9)计算第i段管道的摩擦系数fm：fm的具体取值根据表1的标准选取；表1第i段管道的摩擦系数选取标准表1中，Ra为管壁粗糙度；(10)计算第i段管道pi和Ti下的蒸汽汽相密度ρgi、蒸汽液相密度ρli、体积含气率Hgi、平均密度ρmi以及流速νi：①ρgi和ρli的计算公式为：ρli＝(0.9967-4.615×10-5Ti-3.063×10-6Ti2)×103，Zgi＝1.012-4.461×10-4Ti+2.98×10-6Ti2-1.663×10-8Ti3，上述公式中，ρli为第i段管道的蒸汽液相密度，kg/m3；ρgi为第i段管道的蒸汽汽相密度，kg/m3；②Hgi、ρmi以及νi的计算公式为：ρmi＝Hgiρgi+(1-Hgi)ρli，上述公式中，Hgi为第i段管道的体积含气率；ρmi为第i段管道的平均密度；νi为第i段管道的流速；(11)计算第i段管道的局部阻力△pj：上述公式中，△pj为第i段管道局部压力降，MPa；△pw为液体单向流的局部压强损失，Pa；X为马蒂内利参数；ζ为局部阻力系数；当管径扩大时，B1和ζ的计算公式为：B1＝1.0，当管径缩小时，B1和ζ的计算公式为：B1＝1.0，当存在90°弯头时，B1和ζ的计算公式为：ζ＝0.12；当存在阀门时，B1和ζ的计算公式为：闸阀：B1＝1.5，ζ＝0.2，球阀：B1＝2.3，ζ＝10.0，控制阀：B1＝1.0，ζ＝5.0s，在上述涉及B1和ζ的计算公式中，l为管子弯头部分的长度；A2为下游小管道的截面积；A1为上游大管道的截面积；(12)计算第i段管道的压降△pi'：△pi'＝pi-1-pi；其中，νi-1通过以下计算过程获得：①计算第i-1段管道pi-1和Ti-1下的蒸汽汽相密度ρgi-1和蒸汽液相密度ρli-1：ρli-1＝(0.9967-4.615×10-5Ti-1-3.063×10-6Ti-12)×103，Zgi-1＝1.012-4.461×10-4Ti-1+2.98×10-6Ti-12-1.663×10-8Ti-13，上述公式中，ρli-1为第i-1段管道的蒸汽液相密度，kg/m3；ρgi-1为第i-1段管道的蒸汽汽相密度，kg/m3；②计算第i-1段管道pi-1和Ti-1下的体积含气率Hgi-1、平均密度ρmi-1以及流速νi-1：ρmi-1＝Hgi-1ρgi-1+(1-Hgi-1)ρli-1，上述公式中，Hgi-1为第i-1段管道的体积含气率；ρmi-1为第i-1段管道的平均密度；νi-1为第i-1段管道的流速；(13)判断计算得到的△pi'与假定值△pi，如果在误差范围内则进行下步计算，否则取△pi＝△pi'返回步骤(2)重新计算；(14)设定第i段管道的外表面温度为假定值Tw；(15)计算第i段管道△z上的单位长度、单位时间的热损失q：①管道有保温层时，采用以下公式计算第i段管道△z上的单位长度、单位时间的热损失：在上述公式中，q为第i段管道管道△z上的单位长度、单位时间的热损失，kcal/(h·m)；其中，R3+R4+R5＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金宝，张福兴，朱静，杨清玲，张宇，邹杨，冯紫微，周轶青，霍艳皎，邵恒玉，
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