【技术实现步骤摘要】
一种空心抽油杆注热水循环井筒温度场的确定方法及装置
本专利技术属于稠油举升领域，涉及一种空心抽油杆注热水循环井筒温度场的确定方法及装置。
技术介绍
随着稠油区块的持续开发，大规模应用电加热井筒降粘技术导致的高能耗问题日益突出，给采油单位生产运行和成本控制带来较大压力。空心杆热水循环降粘技术在近年逐步改进发展，如图1所示，该技术的工作原理是：从井口向空心杆内持续不断的注入热水，热水沿空心杆内流向油管底部，在油管底部油和水混合，通过抽油泵在空心杆与油管的环空中被一起举升到地面。空心杆热水循环降粘工艺技术的关键之一是如何优化井口的热水掺入排量和温度。以一口井为例，井深2100m，日产液10m3/d，每天从空心杆注入热水的最大排量是25m3/d，在油管底部混合，通过与油管环空返上来。空心杆内径40mm，外径48mm，接箍外径55mm。油管内径分别是62mm，外径是76mm。根据粘度曲线得出的结论是：整套系统的油水混合物不低于48°时才能顺利将油举升到地面。那么井口注入热水温度是多少的情况下，才能使得整个循环中，整套系统的油水混合物不低于48°。因此，要确定合理的井口掺入热...
【技术保护点】
1.一种空心抽油杆注热水循环井筒温度分布的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将井筒在轴向上划分为多个井筒单元，每个井筒单元的长度为dl；令l＝k＝1，其中，l表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数；步骤二，从井口开始，计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失和总热损失；热损失包括地层的热传导热阻、水泥环的热传导热阻、套管壁的热传导热阻、原油与套管之间的热对流液体热阻、油管环空中的空气与油管内壁之间的热对流热阻、油管内外壁之间的热传导热阻、原油与油管内壁之间的热对流热阻、空心杆内外壁之间的热对流热阻和热原油与空心杆内壁之间的热对流热阻；所述总热损失为各热阻的总...
【技术特征摘要】
1.一种空心抽油杆注热水循环井筒温度分布的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将井筒在轴向上划分为多个井筒单元，每个井筒单元的长度为dl；令l＝k＝1，其中，l表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数；步骤二，从井口开始，计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失和总热损失；热损失包括地层的热传导热阻、水泥环的热传导热阻、套管壁的热传导热阻、原油与套管之间的热对流液体热阻、油管环空中的空气与油管内壁之间的热对流热阻、油管内外壁之间的热传导热阻、原油与油管内壁之间的热对流热阻、空心杆内外壁之间的热对流热阻和热原油与空心杆内壁之间的热对流热阻；所述总热损失为各热阻的总和；步骤三，根据注热水的初始温度和所述总热损失，从井口开始，计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的油管内的空心抽油杆注热水的温度场；所述温度场包括空心杆内壁的温度、空心杆外壁的温度、油管内壁的温度、油管内壁与空心杆之间环空的温度和原油温度；步骤四，令l＝l+dl，k＝k+1，根据地层温度变化和内管井筒单元下端空心抽油杆注热水的温度变化，重复执行上述步骤二至步骤三，进行迭代计算，直到l≥L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的空心抽油杆注热水的温度分布曲线，其中，L表示油管的总长度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(1)和(2)计算所述地层的热阻：式中，R1表示地层的传热导热阻，单位为m·K/W；Ke表示地层导热系数，单位为W/(m·K)；a表示地层平均散热系数，单位为m2/d；t表示油井生产时间；rh表示井筒半径，单位为m。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(3)计算水泥环的热传导热阻：式中，R2为水泥环的热传导热阻，单位为m·K/W；Kcem为水泥环导热系数，单位为W/(m·K)；rh为井筒半径，单位为m；rco为套管外壁半径，单位为m。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(4)计算套管壁的热传导热阻：式中，R3为套管壁的热传导热阻，单位为m·K/W；Kcas为套管导热系数，单位为W/(m·K)；rco为套管外壁半径，单位为m；rci为套管内壁半径，单位为m。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(5)-(7)计算原油与套管之间的热对流液体热阻：λo＝0.1172(1-0.00054Tto)/γo(6)λw＝3.51153-0.04436(Tto+273.15)+2.41233×10-4×(Tto+273.15)2-6.051×10-7×(Tto+273.15)3+7.22766×10-10×(Tto+273.15)4-3.3716×10-13×(Tto+273.15)5(7)式中，fw为原油含水率，小数；R4为原油与套管之间的热对流液体热阻，单位为m·K/W；Tto为油管外壁温度，单位为℃；λo为原油导热系数，单位为W/(m·K)；λw为水的导热系数，单位为W/(m·K)；γo为原油相对密度，无因次；rto为油管外壁半径，单位为m；rci为套管内壁半径，单位为m。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(8)-(17)计算油管环空中的空气与油管内壁之间的热对流热阻：式中，R5为油管环空中的空气与油管内壁之间的热对流热阻，单位为m·K/W；hc为环空中空气的热传热系数，单位为W/(m2·K)；hr为环空中气体的热辐射传热系数，单位为W/(m2·K)；rci为套管内壁半径，单位为m；To为空心杆外壁的温度，单位为℃；Tto为油管外壁温度，单位为℃；Tci为套管内壁温度，℃；rto为油管外壁半径，单位为m；δ为Stefan-Boltzmann常数，2.189×10-8W/(m2·K)；Ftci为油管或绝热管外壁表面向套管内壁表面辐射有效系数；εo为绝热管外壁黑度；εci为套管内壁黑度；Gr为Grashof数；Pr为Prandtl数；Kha为环空流体的导热系数，单位为W/(m·K)；g为重力加速度，单位为m/s2；β为体积膨胀系数；Tan为环空流体的平均温度，单位为℃；ρan为环空流体在平均温度Tan下的密度，单位为kg/m3；Uan为环空流体在平均温度Tan下的粘度，单位为mPa·s；Can为环空流体在平均温度Tan下的热容，单位为J(m3·K)。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(18)计算油管内外壁之间的热传导热阻：式中，R6为油管内外壁之间的热传导热阻，单位为m·K/W；Ktub为油管导热系数，单位为W/(m·K)；rti为油管内壁半径，单位为m；rto为油管外壁半径，单位为m。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(19)-(21)计算原油与油管内壁之间的热对流热阻：λo＝0.1172(1-0.00054Tto)/γo(20)λw＝3.51153-0.04436(Tto+273.15)+2.41233×10-4×(Tto+273.15)2-6.051×10-7×(Tto+273.15)3+7.22766×10-10×(Tto+273.15)4-3.3716×10-13×(Tto+273.15)5(21)式中，R7为原油与油管内壁之间的热对流热阻，单位为m·K/W；ro为空心杆外壁半径，单位为m；rti为油管内壁半径，单位为m；fw为液体含水率，小数；Tto为油管外壁温度，单位为℃；λo为原油导热系数，单位为W/(m·K)；λw为水的导热系数，单位为W/(m·K)；γo为原油相对密度，无因次。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(22)计算空心杆内外壁之间的热对流热阻：式中：R8为空心杆内外壁之间的热对流热阻，单位为m·K/W；ri为空心杆内壁半径，单位为m；ro为空心杆外壁半径，单位为m；KRod为空心杆导热系数，单位为W/(m·K)。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(23)和(24)计...
【专利技术属性】
技术研发人员：马振，龙华，曲绍刚，杨宝春，王磊，刘洪芹，张成博，宋阳，徐大光，郝亮，张宇，
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
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