计算气井井筒温度分布的新方法X
深水油气井温度压力计算
深水油气井温度压力计算刘通;李颖川;钟海全【摘要】井筒温度分布是深水油气井开发和生产动态分析的必需参数.由于深水油气井裸露在海水中的井段较长,其传热规律不同于地层段,海水温度又随其深度呈非线性分布并随季节呈周期性变化,使得其温度计算较陆上和浅海油田更复杂.根据传热学基本理论和海水、地层段井筒传热特点,建立了深水油气井井筒温压耦合数学模型,采用龙格库塔法求解.该模型考虑了变化的环境温度梯度、井身结构、管斜角、不同环空传热介质等.实例计算结果表明,所建立的模型与实例数据吻合较好,可满足开发工程需要.【期刊名称】《新疆石油地质》【年(卷),期】2010(031)002【总页数】3页(P181-183)【关键词】深水油气井;深海环境;温度分布;压力分布;总传热系数【作者】刘通;李颖川;钟海全【作者单位】西南石油大学研究生部,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都,610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE331.1深水油气井井筒在海水段的传热规律不同于地层段，且海温随其深度呈混合层、温跃层、深部近恒温层分布[1]，并随季节呈周期性变化。
因此，需要针对以上深海特点，建立新的传热模型来预测井筒的温度、压力。
1 传热模型的建立假设深水油气井（井身结构见图1）：①多相流体在井筒中作一维稳定流动；②在海水中的井筒和周围环境的热传递是径向的，不考虑沿井深方向的传热；③井筒周围环境温度呈对称分布；④流体在地层中作等温渗流。
将整个井筒分成若干小段d z，井底z0=0，每小段内认为流体物性参数、热物理参数、管斜角、压力梯度和温度梯度均不变。
由能量守恒和热力学基本定律知[2]：图1 海上油气井井身结构示意1.1 地层段井筒传热模型地层段套管先接触水泥环再接触地层。
井筒至水泥环的传热视为稳定传热，水泥环至地层的传热视为非稳定传热，因此地层段的热流梯度表示如（2）式。
油井井筒传热模型及温度计算
第四节 油井井筒传热模型及温度计算 正确计算油井井筒温度是进行油井动态分析，特别是油井结蜡预测和井筒热力分析的基础性工作之一。
本节根据能量守恒原理导出井筒传热基本方程，重点介绍Shiu & Beggs 井筒温度计算方法。
一、油井井筒传热模型将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问题，建立如图1-21所示的坐标系。
对管流dz 微元段，建立下式能量守恒方程（SI 单位制）。
sin =--dh dq vdvg dz dz dzθ (1-107)式中 h ——流体比焓；q ——流体径向热流量。
由热力学基本方程可导出流体比焓梯度。
=-f p p J dT dh dpc c dz dz dzα(1-108)式中c p ——流体的定压比热；T f ——油管内流体流动温度；αJ ——焦耳－汤姆孙系数； 以上其它符号的意义同前。
考虑油套管同心，其井筒径向结构如图1-26所示。
若忽略油管内壁水膜及金属的热阻，根据复合多层圆筒壁热阻串联原理，考虑环空流体和水泥环热阻的井筒总传热系数为图1-26 井筒径向温度分布()1ln 1to wb co to r ccem r r r U h h K -⎡⎤=+⎢⎥+⎣⎦（1-109）T e式中 r wb 、r to 、r co ——井眼半径、油、套管外半径（图1-26）；K cem ——水泥环导热系数；h r 、h c ——环空流体辐射系数、对流换热系数。
在单位井段上，产出流体从油管至井壁的热流量梯度为()2=--to to f h mr U dqT T dz W π(1-110)式中 T h ——井壁温度（图1-26）；W m ——产出流体质量流量。
应用Ramey 推荐的无因次时间函数f(t D )，上式可表示为()()2=--e h e m D K dqT T dz W f t π (1-111)式中 K e 、T e ——地层传热系数、地层初始温度；用Hasan-Kabir(1991)公式(1-112)计算f(t D )。
高温井井筒温度分布计算方法
重庆 科技 学 院学报 （ 自然 科学版 ）
２１ ０ ０年 ２月
高温 井井筒温度分布计算方法
刘 杰 段 永 刚 何 玮 李 建秋 曾 珠
（ ． 南石 油大学 油气藏 地质及 开发 工程 国家重点 实验 室 ， １西 成都 ６ ０ ０ ；． 中油 气矿 ， 宁 ６ ９ ０ ） １５０２ 川 遂 ２ ０ ０
联 立 式 （） （）得 到 ： １和 ５ ，
元体 ， 同时从 单 元体 内流 出到地层 热 量为 Ｑ， 在 处
有 （ ｉｌ热 量流 人单 元体 。并 将 势能 和 动能 加入 到 ｗ ｌ）
流 体 的热 能 中来 ， 以得 到能量 平衡 方程 …： 可
ｄ（ ， ～ ＋ （ ｚＴ ） ｚＬ －Ｒ 等 唾 Ｌ－ ７ ）
刘 杰 ， 永 刚， 玮 ， 段 何 李建秋 ， 曾珠 ： 温井 井筒温度 分布计 算方 法 高
其 中 ： 为井 筒 长 度 ， ｇ 为 地 温梯 度 ， ／ ＾ ｍ；ｃ Ｋ ｍ； 为 井底流 温 ， Ｋ。 结合 式 （ ） 将 式 （ ） 成 ８， ７写
：
对 高压 气井来 说 ，气体 的密度跟 液体 密度几 乎 相等 ， 可近似 采用 式 （５ 计算 。 １）
假设原 始地 层温度 与井 深成 线性 变化 ， 以根据 可 井 的长 度 Ｌ求 的表达式 ：
（） １
ｗ 础 （ ｄ）ｇｉＯ Ｈ１ ＋ｚ ｚ ｓ ｒ ＋ ｗ ｎ＋
， ｌ
二
＋ ｄ Ｑｚ
＝ Ｈ： ｗ ｓ Ｏ ｗ ＋ ｇｉ ｒ ｚ ｎ＋
收 稿 日期 ： ０ ９ ｏ — Ｏ ２ ｏ 一 ６ ２
得到 了单相 和两相流动时 的温度分布计算方法 。
油井井筒传热模型及温度计算
第四节 油井井筒传热模型及温度计算 正确计算油井井筒温度是进行油井动态分析，特别是油井结蜡预测和井筒热力分析的基础性工作之一。
本节根据能量守恒原理导出井筒传热基本方程，重点介绍Shiu & Beggs 井筒温度计算方法。
一、油井井筒传热模型将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问题，建立如图1-21所示的坐标系。
对管流dz 微元段，建立下式能量守恒方程（SI 单位制）。
sin =--dh dq vdvg dz dz dzθ (1-107)式中 h ——流体比焓；q ——流体径向热流量。
由热力学基本方程可导出流体比焓梯度。
=-f p p J dT dh dpc c dz dz dzα(1-108)式中c p ——流体的定压比热；T f ——油管内流体流动温度；αJ ——焦耳－汤姆孙系数； 以上其它符号的意义同前。
考虑油套管同心，其井筒径向结构如图1-26所示。
若忽略油管内壁水膜及金属的热阻，根据复合多层圆筒壁热阻串联原理，考虑环空流体和水泥环热阻的井筒总传热系数为图1-26 井筒径向温度分布()1ln 1to wb co to r ccem r r r U h h K -⎡⎤=+⎢⎥+⎣⎦（1-109）T e式中 r wb 、r to 、r co ——井眼半径、油、套管外半径（图1-26）；K cem ——水泥环导热系数；h r 、h c ——环空流体辐射系数、对流换热系数。
在单位井段上，产出流体从油管至井壁的热流量梯度为()2=--to to f h mr U dqT T dz W π(1-110)式中 T h ——井壁温度（图1-26）；W m ——产出流体质量流量。
应用Ramey 推荐的无因次时间函数f(t D )，上式可表示为()()2=--e h e m D K dqT T dz W f t π (1-111)式中 K e 、T e ——地层传热系数、地层初始温度；用Hasan-Kabir(1991)公式(1-112)计算f(t D )。
气井地层温度和压力的计算方法
气井地层温度和压力的计算方法X薛 军,陈 广,谷 建(中国石化中原油田普光分公司,四川达州 636156) 摘 要:在气田开发过程中,为掌握气层流体的性能及规律,需要得到准确的气层的温度和压力数值,在同一地区,气层温度与气层的埋藏深度有关,埋藏愈深,温度愈高。
地层压力越高,地层能量也越大,在气藏含气面积、储集空间一定的情况下,地层压力越高,储量越大。
这里分别介绍了一种气层温度和压力的计算方法。
关键词:气层温度;气层压力 中图分类号:T E 37 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)09—0044—01 气层的温度和压力是气井开采、开发及生产管理中重要的参数,也是制定合理的工作制度的主要依据。
在气田开发过程中,为掌握气层流体的性能及规律,就需要得到准确的气层的温度和压力数值,这里就介绍一种气层温度和压力的计算方法。
1 气层的温度气层温度是气井非常重要的一个物理量,是气层中部流体的温度。
在同一地区,气层温度与气层的埋藏深度有关,埋藏愈深,温度愈高。
气层温度的计算公式为:t l =t 0+L-L 0M ≈t 0+LM T L =t 0+L-L 0M +273.15≈t 0+LM+273.15式中:L ——从地面到气层中部气井深度,m;L 0——从地面到地层恒温层的深度,m ;M ——地温级率(地温增温率)m/℃;t L 、T ——从地面到井内L 处的温度,℃和绝对温度(热力学温度)K ;t 0——恒温层的温度,(该井井口常年平均温度)℃。
恒温层的深度L 0:距离地面某一深度开始,不受大气温度的影响,这一深度称为恒温层的深度。
一般L 0仅为几米,当井深L 远远大于L 0时,L 0可忽略不计。
地温级率M :地层温度每增加1℃要向下加深的距离(m)即:M=L-L 0t -t 0≈L t -t 0式中符号同前。
由于地球热力场的不均,因而地温级率M 在不同的地区是不相同的,对于某一地区而言,M 是-个常数。
酸性气井井筒压力温度分布预测模型研究进展
积量 。
关 键 词 ：酸性 气 井 ； 力 学 和 动 力 学 ； 力 温度 分布 ； 学 模 型 ； 沉积 热 压 数 硫
随 着井筒 压力 和 温度下 降 到一定 程 度后 则 析 出元 素 硫 。若气 流 速度 小 于 临 界 悬 浮 速度 ， 量 单 质硫 附 大 井 关井 后 ， 由于不 同组 分密 度 的差 异 ， 致 重组 分 如 导 Ｈ ＳＣ ： 、 Ｏ 以及沉 积 的单 质 硫 在 重 力 、 力 、 浮 阻力 、 化
第３ ２卷 第 ５期
２１ ０ ０年
１ ０月
西 南石 油大 学学报 （自然 科 学版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ Ｓ ｕ ｈ ｓ Ｐ ｔｏｅ ｍ ｉｅ ｓｔ ｆ ｃｅ ｅ ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｉ ｏ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｔｗｅ ｔ ｅ ｒ ｌｕ Ｕｎｖ ｒｉ Ｓ ｉｎ ｅ ｙ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｅｄ ｔ ｎ） ｉ
寨 、 光 、 岗 、 口河 、 山坡 、 门 、 峰 场 、 普 龙 渡 铁 龙 高 中坝 以及 卧龙 河气 田等 ， 目前 经典 的 井 筒稳 态 多 相 流 而 动特 征和 流动 过程 ， 导致 井筒 压力 一温度 预测 不 准 ，
济损失 和社会 影 响严重 。以上特 征导 致 酸性 气藏 实 理论 和模 型不 能准 确地描 述 酸性气 井 井筒 复 杂 的流 验、 理论 研究 和开 发实 践存在 非 常大 的难 度 。 酸性 气井 井筒 流动 为一复 杂 的气 一 或 者气 一 液 数变 化描 述复 杂 、 间存 在传热 和 传质 及 化学 反应 、 相 相 间存在 热力 学 和水 力 学 不 平 衡 、 述 物 理 过 程 的 描
井筒压力分布计算的实用方法石油工程与环境工程学院
井筒压力分布计算的实用方法石油工程与环境工程学院
1.根据井深信息，将井筒分成多个等高段，并确定每个等高段的深度范围。
2.根据井筒里管柱和井壁的物性参数（例如渗透率、孔隙度、粘度等）、流体参数（例如流体密度、粘度等）和生产参数（例如注入流量、产能等），计算每个等高段的径向渗透率和产能指数。
3.根据压力初始化条件，例如表层压力或者已知深度处的压力值，计算各个等高段的初值。
4.从井底开始，利用数值计算方法（例如有限差分法、有限元法等）逐个等高段计算各个深度处的压力。
5.根据井筒内的流体流动方程，设置边界条件，例如井底为产气井或注水井，确定产气或注水量。
6.通过迭代求解，直到各个深度处的压力趋于稳定。
上述是计算井筒压力分布的一般步骤，但实际计算中还需要考虑一些特殊情况，例如考虑井筒内的多相流体、非稳态流动以及储层非均质性等因素。
在实际应用中，通常使用计算机软件进行井筒压力分布的计算。
常用的软件包括PROSPER、ECLIPSE等。
这些软件可以根据输入的井筒和流体参数进行自动计算，并输出各个深度处的压力分布情况。
总结起来，井筒压力分布计算是石油工程中的重要计算工作，通过使用稳态径向流模型和计算机软件，可以得到井筒内不同深度处的压力分布情况，为石油开采及井筒设计提供依据。
高含水气井井筒压力计算新方法探讨
天 然 气 勘 探 与 开 发
２０ ０ ７年 ３ 出版 月
高 含水 气 井 井筒 压 力计 算 新 方 法探 讨
田 卓 苟宏刚 张建华 卢蜀秀 王军霞 ，
（．西安石油大学 １ ２ ．中油长庆油 田分公 司）
摘
要 从气体稳定流动能量方程出发 ，运用两相流知识 ，详 细讨论 了模 型推导 中涉 及的气一 水井流 密度、
中提 出的修正 Ｃｌ ｎｅ 和 Ｓ ｉ 模 型进 行了气井井底流压和井筒流压分布计算 ，其结果 良好 。 ｕｅｄｒ ｍｔ ｌ ｈ
关键词 气井 气水 比 流动压力 数学模 型
０ 引言
计算气井 井底压 力 的方法 很多¨ 。其 中，
不计 。这样 ，气体稳定流动能量方程式可简化为 ：
＋ｇ Ｈ ＋ 棚 ＿０ ｄ （） １
建模思路新颖之点，在 于运用气一液两相流
知识建立这一模型 。对 此作 了假设 ：①微小的凝
析水滴 悬浮于气 流 中，管 内气 流是水滴的载体， 气体是连续相 ，水滴是 分散相气一液两相无相对
比 气井井筒压力计算的又一新模型。
运动 ；②从 流态讲 ，管 内两相流态属雾状流 ，摩
１ 建立高气水 比井筒压力计 算模型
方法计算井筒压力的精度。 气井井筒气流 中有气水两相存在时 ，实际上 已属于两相流体 力学研究范围 ，应用现有的各种 两相流计算方法可以解决含水气井井筒压力计算 的问题 ， 然而计算十分繁琐 ，且计算精度较低。
Ｏ ｅ 提出过一个新思路… ，通过对 Ｃ ｌｎｅ ｄｎ ｕ ｅｄｒ ｌ
￣． １ｓ Ｈ ３８棚 Ｏ ４ｙ ０ 【 － －ｓ 卜 ． １１ｑ ３ ０： × ８￣ ｔ
ｇ 可得 ： …
注蒸汽井井筒温度分布简化模型研究
注井井筒温度分布简化模型研究应用科技赵志成(长江大学石油工程学院，湖北荆州434023；油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北荆州434023)!’’【}i 薯要】基于能量守恒原理，导出了描述稠油热采井井筒温度分布的数学模型，根据此模型可得到井筒温度分布的解析解。
显示井筒温度分布服从指数函数变化规律。
计算结果表明井筒温度分布曲线的形状取决于热流体注入量，反映了井筒内流动和传热特征。
应用本模型可得到不同粕气注入童条件下的井筒温度分布曲线，计算方法简便快捷，方便工程应用。
法篷词】注粕气井；井筒温度分布；数学模型对于热采井而言，特别是注蒸汽过程中，井筒往往需要承受几百度的高温。
井筒温度分布是热采井建井和开采工程的重要参数，不但是采油工程设计和动态分析必不可少的内容，同时也是固井工程中套管附加载荷计算的重要依据，因此研究井筒内的温度分布十分必要。
井筒温度分布可以通过直接测量或者计算两种方法得到，实践证明，对于目前一些深井、高温井，难以通过温度探测器来进行直接测量，可采用数学分析方法对井筒温度分布进行预测。
文献以传热学和两相流理论为基础，考虑到液相对热物性参数的影响，建立了高气液比气井井筒温度分布的计算模型，可以在没有井口资料的情况下计算出气井并筒内的温度分布，同时分析了气产量、液产量、不同液体以及管径等对井口温度的影响：H as an 和K a bi r 提出了气举井温度分布的半解析解。
上述文献中温度预测模型往往存在可用性问题，由于高度非线性的方程组及其复杂的数值求解方式，限制了其应用。
为了方便工程应用，本文基于能量守恒原理，通过合理的假设和必要的简化，导出了描述注蒸汽井井筒温度分布的常微分方程，模型综合考虑了井身结构、油管拄结陶、不同环空传热介质及地层温度沿井深的变化，可用解析方法求得温度分布，能够直观地反映了注蒸汽井内流体流动规律和传热特征，可为热采井固井工程设计和生产动态分析提供可靠的理论依据和科学的计算方法。
海上凝析气井井筒温度压力分析
’ 弭
根据热力学第一定律 ， 我们可 以写出如下的能蛩守恒方程式
＋
生 ＋ ｄ＋ 篮 ｚ
Ｐ． ｇ ２ ｄ ｇ ｇ
＋ ＝ ０
（） ５
。
＿１ Ｊ ，Ｉ １
Ｉ Ｗ，
： ＩＨ ｓ ２ ｌ
∞ ８ Ｉ 坤 托 椭 Ｍ８
乩 【 Ｗ３ Ｉ哪 ●
忽略流体 做的机械功 ，方程可 以变形为 ：
１ 油气水三相相平衡热力学模型
在预测 沿整个井筒的压 力分布时 ，将整个井筒分成若干段 ，每一 段长度为 △Ｈ。在每一段内将顶 认 为考虑成井 口，段底考虑成井底 ， 将短长度考虑成井筒深度 ，采用式 （ ） ６ 算出每个段的段底压力 ， 再
将算得段底压力 ，考虑成下一个段 段 口压力 ．即可计算出井简压 力的 分布。 海上气井井筒结构如图所示 ． 取井底为坐标原点 ， 垂直 向上为正 ， 在油管上取 徽元控制体 ．根据能量 守恒原理 ．可以得到式 （ ），即 ７ 为井 筒的温度 分布模型 。
４ 结 语
泽为ｙ ｌ ｗ ｎ ｔ ａｅ ， “ 着黄衣 服 ” 泽为ｗ ａ ｎ ｅ ｏ ｅｏ ｉ ａ ｕ ｌ 、ｓ ｌ ｇ ｕ ｍｎ ｅ 穿 ｅ ｒ ｇｙｌ ｗ． ｉ ｌ “ 黄卡 ”泽为ｙｌｗｃｒ， “ ｅｏ ｄ ｌ ａ 黄雀” 泽为ｙｌ ｗ ｉ 有 时颜 色ｊ直泽 ｅｏ ｂ ｄ ｌ ｒ 亩 Ｊ 后意思还 不是很清楚 ．如 “ 黄屋”泽为ｔ ｃ ｎ ｅ ｐ ｒｒ ｃｒａ ｅ ｈ ａ ｉ ｔｍ ｅｏ ｓ ａ ｉ ， ｅｎ ｅ ＇ ｒｇ “ 黄屋 ”是古代封建帝王锎Ｉ 川之车 ，如果 西方人 不理解 “ 黄屋”的中 国文化内涵 ，直泽为ｙ ｌ ｗ ｈ ｕｅ（ ｅ ｏ ｓ 黄色 的房子 ） ｌ ｏ 那就错 了 。此时可 采用意 泽。 （ ）意泽法 （ ｉ ｒ ａｓ ｔｎ 黄色在 Ｌ英文化中联想冲突 ２ Ｌｂ ａｔ ｎｌｉ ） ｅ ｌｒ ａｏ Ｉ ｜ 时用意 泽。意 泽是指从意义出发 ．当原文的思想 内容与 译文的表达形 式有矛盾 ，译文就 要打破 原文的句子结构 ，用 译者 自己的 话准确的传 达 出原文的 意思 。如 “ 黄泉 ”在Ｌ 国 文化 中表 示人死 后所埋 葬的地 ｆ ｜ 方 ．因此 泽 为ｙｌ ｗ ｗ ｔｒ ｙ ｌ ｗ ｓｒ ｇ 是 不对 的 ，而 是 译为ｔｅ ｅｌ ａｅ或 ｅｌ ｐｉ 都 ｏ ｏ ｎ ｈ ｐ ｃ ｈｒ ｔ ａ ｅ ｒ ｄ “ ｌ ｅ ｅ ｅ ｅｄｗ ｒ ｂ ｉ 黄色书 刊”在 中国文化 中表 示 内 ａ ｗ ｅｈ ｄ ｅｕｅ 容 不 健康 的书 籍 ，泽 为ｏ ｓ ｎ ｏ ｋ ，而 不是 ｙｌ ｗ ｂ ｏ 。Ｙ ｌ ｗ ｂｃ ｅ ｏ ｓ ｅ ｂ ｅ ｏ ｏ ｋ ｅ ｏ ｌ ｌ ｂ ｏ 在西方文化中是指以黄纸为封的政府报告书 ，称 “ ｏｋ 黄皮书 ”，而 不 是 “ 色 书籍 ” 。此 外 “ 黄 炎黄 子 孙 ” 泽为 ｔ ｅｃｎ ａｔ ｏ ｅ ｈ ｄ ｓ ｄ ｎ ｆｈ ｅ ｅ ｓ ｔ ｙｌ ｗ Ｅ ｅｏ； “ ｅｌ ｍｐｒｒ ｏ 黄粱 美梦 ”泽为ａｆｎ ｒａ ｄｄｅｍ “ ｏ 黄花 闺女 ”泽为 ｖ ｇ 。 “ 毛 丫头 ” 泽 为 ａｓｌ ｌｔ ｉ ， “ 历 ／ 历 ” 泽 为 ｉ ｉ 黄 ｒｎ ｌ ｔ ｇ ｌ ｉｙ ｉ ｅ ｒ 黄 ｌ 皇 ａ ａａ ． “ ｌ ｎｃ ｍ 黄金时代”泽为ｔｅ ｏｄｎ ｉ ｅ。 ｈ ｌ ｍ ｓ ｇ ｅｔ （） ３ 色彩词转换法 ｆ ｏｏ Ｗｏｄ ａｓ ｒ ａｏ ）。汉 语中的黄 ｌ ｒｓｒｎ ｏｍ ｔｎ Ｃ ｒ ｔ ｆ ｉ
气举井井筒温度场分布研究
随着 注 气 时 问的增 加 ，气 举 井 井筒 温度 逐 渐 增 加 ，这 是 因为 地层 热 阻受 注 气 时间 影 响 ，注气 时间 越 长 ，地层 热 阻越 大 ，环 空 向地 层 散 热量 越少 ，井 筒 温度 越 高 ，但增 加 幅度 逐渐 减小 。
６ ）注气温 度对井 筒温 度场 的影 响主要集 中在井
ｌ 环 空 中散 热 量 越少 ，使 得 越靠 近 井 口的井段 井 筒 温 Ｖ 附近 ，影 响较 小 ，在 实际 生产 中可 以忽 略不 计 。 度 下 降 幅度越 小 。
３ ５ 井 筒 温 度 场 随 注 气 压 力 的 变 化 ．
（）： ７ ６ ． ２ ６～ ９
［］ 郭 春 秋 ， 颖 川 ． 井 压 力 温 度 预 测 综 合 数 值 模 拟 ［］ ３ 李 气 Ｊ． 石 油 学 报 ，０ １ ２ ３ ：０— Ｏ ． ２ ０ ，２（） １ ０ １４ ［］ 董 长 银 ， 琪 ， 志 芬 ． ． 管 掺 液 稠 油 泵 井 筒 流 体 温 ４ 张 李 等 油 度 分 布 计 算 ［］ 石 油 大 学 学 报 （ Ｊ． 自然 科 学 版 ） ２０ ，６ ，０ ２ ２
３ ７ 井 筒 温 度 场 随 注 气 时 间 的 变 化 ．
石 油 机 械 ，０ ５ ３ （） ８ １． ２０ ，３ ２ ：～ ０ ［］ 高 学 仕 ， 立 新 ， 迪 超 ． ． 热 采井 筒 瞬 态 温 度 场 的 数 ２ 张 潘 等 值 模 拟 分 析 ［］ 石 油 大 学 报 （ 然 科 学 版 ） ２ ０ ， ５ Ｊ． 自 ， ０ １ ２
７ ）地层传 热为 非稳态 传热 ，随着 注气 时 间的增
加 ，地层 热 阻逐 渐增 大 ，使得 井 筒温 度逐 渐增 大 。 ８ ）井 筒 温 度 场 分 布 模 型 是 在 井 筒 中为 油 气 两
气井井筒流动计算
流动特征：气 体的流动状态、 流速、流量等 特征对计算方
法的影响
气井井筒流动计算参数
04
流体参数
温度：气体的温 度是影响其流动 特性的重要因素。
压力：气体的压 力对井筒流动计 算具有重要影响。
密度：气体的密 度决定了其在井 筒中的流动特性 。
粘度：气体的粘 度对井筒流动计 算具有重要影响 。
实时监测系统的应用：实时监测系统的应用能够实现气井井筒流动参数的实时监测和反馈，提高 生产效率。
人工智能技术的应用：人工智能技术可以用于分析大量的数据，提高参数预测的精度和效率，为 气井井筒流动计算提供新的解决方案。
计算软件的创新和升级
气井井筒流动计算软件不断更新换代，提高计算精度和效率。 引入人工智能和大数据技术，实现自动化和智能化的计算和分析。 开发多物理场耦合的计算软件，综合考虑多种因素，提高计算结果的准确性和可靠性。 针对不同类型的气井和流动条件，开发定制化的计算软件，满足个性化需求。
工业应用的前景和展望
高效能计算技术的引入，提高了气井井筒流动计算的精度和效率。
智能化算法的应用，使得气井井筒流动计算更加自动化和智能化。
工业物联网的普及，使得气井井筒流动计算能够更好地与实际生产相结合，提高生产效 率和安全性。 未来，气井井筒流动计算将会更加注重与实际应用的结合，不断优化算法和模型，提高 计算精度和效率，为工业应用提供更加可靠和高效的技术支持。
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汇报时间：20XX/01/01
注意事项：在应用非稳态流动计算方法时，需要 注意初始条件和边界条件的设定，以及流体的物 理特性和管道的几何特性等因素的影响。
计算方法的选择依据
充气钻井二维传热模型及井筒温度场分布规律
［ 收稿日期］２ ０ ｔ ３ —０ ５—２ １ ［ 基金项目］国家科技重大专项 （ ２ ｏ ｌ １ ０ ８ Ｚ Ｘ０ ５ ０ ２ １ — ０ ０ ６ ） 。 ［ 作者简介］陈勋 （ １ ９ ８ ４一 ） ，男 ，２ ０ ０ ７年 东 北 石 油 大 学 毕 业 ，博 士 生 ，现 主 要 从 事 油 气井 工 程 研 究 。
充气 液两 相 流动 特性 与典 型 的井身 结构 的特 点 ，基 于稳态 传热 规律 ，通过 钻井 过程 中各 传热 环节 ，包 括
导 热 、对 流及 辐射 等 过程 的理 论分 析 ，建立 充气 钻井 井筒 温度 场分 析计算 模 型 ，并 进行 了实 例计算 。
１ 充 气 液 基 本 热 物 性 参 数 的 确 定
・
８ ６ ・
石 油 天 然 气 工 程
２ ０ １ ３ 年１ ｉ 月
段 塞 流ｈ 一 １ ２ ５ （ ） 。 （ ） （ Ｒ ｅ （ Ｐ ｒ ） ｛ （ ） “ Ｄ
（ ３ ）
环 状 流ｈ ｅ 一 。 ． ｓ ６ （ ） 。 （ ） ｃ ｓ Ｉ ） （ Ｐ ） ÷ （ 等 ） ¨ Ｄ
石油天然气 学报 （ 江 汉 石 油 学 院 学 报 ）２ ０ １ ３ 年１ １ 月 第３ ５ 卷 第１ １ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｊ ． Ｊ Ｐ Ｉ ）Ｎ ｏ ｖ ． ２ ０ １ ３ Ｖ ｏ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． １ １
式中： 、 、 分别 为充 气液 及充 气液 中液相 和气 相 的导热 系数 ， ｗ／ （ ｍ・ ℃） ； Ｈ 为 持液率 ， １ 。
１ ． ２ 充气 液对 流传 热 系数 充气液在井筒 中流动时 ，由于管道尺 寸、管截面形状 、管道 角度 、所处 的重力场 、介质 的表面 张力及 相
井筒温度计算方法
常规井井筒温度场井筒内温度分布会影响钻井液性能、钻具应力、井壁稳定等，是钻井过程中需要考虑到重要因素。
常规井井筒中的微元能量平衡方程式为K i[T-(t o-m·l)]dl+(G f+G g)·g·dl-q·dl=-WdT式中,,K i为从油管中的流体至地层间单位管长的传热系数，W/（m·℃），当k为每平方米油管表面积的传热系数时，K i=kπd，W/（m·℃）；T为油管中油气混合物的温度,℃，t o为井底原始地层温度,℃，m为地温梯度,℃/m，通常m=0.03~0.035℃/m；l为从井底至井中某一深度的垂直距离；q为通过油管的石油析蜡时放出的熔解热,分摊于全井筒,作为内热源,对于含蜡很高的原油,内热源作用不应忽略,W/m，G f、G g分别为产出石油和伴生气通过油管的质量流率,kg/s；(G f+G g)g·dl为油气混合物的举升功,实际上可忽略不计；W=G f G f+G g G g为水当量，W/℃；G f、G g相应为石油和伴生气的比热,J/(kg·℃)。
1.2开式热流体正循环井筒温度场循环的热流体从油管进人井筒流向油井深处与产出原油混合,经油套环形空间返回地面。
开式热流体正循环的能量平衡方程组如下K11，k13分别为油管内外流体间、环形空间流体与地层间的传热系数,W/（m·℃）；W2为循环流体的水当量,W/℃；W为从油管引出流体的水当量,W/℃；T为循环热流体的温度,℃,θ为从油管产出的油气混合物其中包含了循环热流体的温度,℃。
1.3电加热井筒温度场的计算空心杆恒功率电加热的能量平衡方程组为Ki，kl1和kl3分别为产液与地层间、产液与油管管壁间和套管管壁与地层间的传热系数,W/（m·℃）。
2.传热模型求解2.1油管中流体至水泥环外壁的传热由传热系数和热阻定义，井筒内到水泥环外壁的总传热系数为3.计算实例4 现状目前油井的温度监测大部分依然采用红外测温仪、红外热成像仪等单点式温度传感测量仪，具体方法是在暂停油井生产的条件下将温度测量仪下入到油套环空的某一特定深度位置用来检测其温度。
克拉205井井口压力恢复异常的处理方法研究
方 面 受 限 于 无 法 直 接 下 压 力 计 到 井 底 ， 能 在 井 口 只
（ —— 关 井 前 稳 定 生 产 时 井 筒 中 ｈ处 的 流 动 温 ）
度 ， Ａ …一 关 井 恢 复 时 间 ， ； — — 关 井 前 稳 定 生 Ｋ； ｔ ｓｔ ｐ
为 了 提 高 计 算 的 准 确 性 ， 井 深 ｈ 分 为 多 个 节 将
筒 温度分 布 。１ ９ ９ ５年 ， 新权 等 研究 了高产 气 井 井 冉 口压 力动 态异常机 理 ， 同年 ， 冉新权 又研 究 了气井井 口压 力异 常的处理 方 法 ］ ９ ９年 ， 。１ ９ 毛伟 等 研究 了 计算气 井井筒 温度 分布 的新方 法 。本文 以上 述理 ］
准 确 的井底 压 力数 据 进行 试 井 解 释 ， 整个 气 藏 的 对
压力 动态监 测具 有实践 意义 。
１ 气 井关 井 井简 温 度 降 落剖 面 预 测
１５ ９ ９年 ， ｒｐ ｔｉ 利 用 温 度 梯 度 图 版 预 测 井 Ｋｉ ａｅ就 ｋ
２ 由关 井恢 复 井 口压 力计 算 井底压 力
克 拉 ２ ５井 井 口压 力 恢 复 异 常 的 处 理 方 法 研 究 ０
李 雪 莉 胥 ， 豪。
化胜 利 石 油 管理 局 钻 井 工 艺 研 究 院 ）
（ ． 国石 化 胜 利 油 田分 公 司 石 油 开发 巾 心 ， 东 东 营 ２ ７ ０ ； ． １中 山 ５ ０ ０ ２ 中
关 井 后 井 筒 中某 一 点 的 温 度 由下 式 解 析 确 定
（ ｔ ＝ 万， ）＝ ＝ＴＲ（ ｈ）一
油井井筒传热模型及温度计算
第四节 油井井筒传热模型及温度计算 正确计算油井井筒温度是进行油井动态分析，特别是油井结蜡预测和井筒热力分析的基础性工作之一。
本节根据能量守恒原理导出井筒传热基本方程，重点介绍Shiu & Beggs 井筒温度计算方法。
一、油井井筒传热模型将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问题，建立如图1-21所示的坐标系。
对管流dz 微元段，建立下式能量守恒方程（SI 单位制）。
sin =--dh dq vdvg dz dz dzθ (1-107)式中 h ——流体比焓；q ——流体径向热流量。
由热力学基本方程可导出流体比焓梯度。
=-f p p J dT dh dp c c dz dz dzα(1-108)式中c p ——流体的定压比热；T f ——油管内流体流动温度；αJ ——焦耳－汤姆孙系数； 以上其它符号的意义同前。
考虑油套管同心，其井筒径向结构如图1-26所示。
若忽略油管内壁水膜及金属的热阻，根据复合多层圆筒壁热阻串联原理，考虑环空流体和水泥环热阻的井筒总传热系数为图1-26 井筒径向温度分布()1ln 1to wb co to r ccem r r r U h h K -⎡⎤=+⎢⎥+⎣⎦（1-109）T e式中 r wb 、r to 、r co ——井眼半径、油、套管外半径（图1-26）；K cem ——水泥环导热系数；h r 、h c ——环空流体辐射系数、对流换热系数。
在单位井段上，产出流体从油管至井壁的热流量梯度为()2=--to to f h mr U dqT T dz W π(1-110)式中 T h ——井壁温度（图1-26）；W m ——产出流体质量流量。
应用Ramey 推荐的无因次时间函数f(t D )，上式可表示为()()2=--e h e m D K dqT T dz W f t π (1-111)式中 K e 、T e ——地层传热系数、地层初始温度；用Hasan-Kabir(1991)公式(1-112)计算f(t D )。
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西南石油学院学报 1999 年
( 2) 从上面的分析过程不难看出 , 往复运动形
成收敛性液膜的几何细节是很重要的 。 ( 3) 往复式强制润滑的润滑机理可描述为 : 在 压裂泵的排出行程 , 润滑油由于油压和柱塞向前运 动的联合作用下 ,被带入密封界面内 ,密封背部端口 设计成具有半径为 r 的圆角 ( 一般地说这一圆角半 径在受压下还要变大) 或者因变形形成一个圆角 , 这 样自然构成了一收敛油楔 , 同时因润滑油具有一定 的粘度 μ, 在柱塞运动速度 u 的作用下时 , 就能产生 流体动压 。 收敛楔出口端 ( z = 0 处) 的油膜厚度为 , 这样就可以认为沿密封宽度上能保持一厚度为的平 行油膜润滑密封 。在吸入行程时 , 密封背部不产生 流体压力 ,但原有的润滑油仍能保持在界面上 ( 因为
计算气井井筒温度分布的新方法
毛 伟 梁 政
( 西南石油学院油度分布计算对于气井设计及其动态分析具有重要意义 , 通过对井筒温度分布的预测 , 可以提高 井筒压力预测的精度 。在假设井筒中的传热为稳态传热 , 井筒周围地层中的传热为非稳态传热的条件下 , 根据能量 守恒定律建立了计算气井井筒温度分布的数学模型用取自文献中的数据对所建模型进行验证 ,结果表明所建模型与 实际情况吻合较好 ,能够满足工程的需要 。 主题词 气井 ; 井筒 ; 井温 ; 地层温度 ; 温度分布 ; 计算方法 中图分类号 TE375 文章编号 1000 - 2643 ( 1999) 01 - 00 - 00 文献标识码 A
在每一段入口处的边界条件为 z = z i n 时 , T f = T f i n , T e = T ei n 在井底处 ,可以认为流体温度和地层温度相等 , 则其边界条件为 z = 0 时 , T f = T ebh , T e = T ebh 将边界条件代入 ( 11) 式得 θ T f i n - T ei n - g T sin / A
( 12)
(12) 式即为计算整个井筒温度分布的数学模
型。 对于海上气井 ,在隔水管段内 ,因井筒直接暴露 在海水中 ,气体向井筒周围海水径向传递的热量为 ( 13) Q r1 ( z ) = 2πr to U to ( T f - T e ) dz 此时 T e 为井筒周围海水的温度 。 将 ( 13) 式代入 ( 4 ) 式 , 采用上述推导过程 , 最后得到形式上与 ( 13) 式完全相同的计算井筒温度分布的数学模型 , 区别
( 5) 通过导热把热量从套管外壁经水泥环传给
将 C 值代入 ( 11) 式得到每一小段出口处的温度 为
T f out = T eout + exp [ A ( z i n - z out ) ] ( T f i n -
θ θ T ei n - g T sin / A ) + g T sin / A
令 A =
2π
w t C pm
r to U tok e ・( k e + f ( t ) r to U to)
则 ( 8) 式变为 5 T f / 5 z + A T f - A Te = 0
( 9)
假设离井筒中心无穷远处的地层温度是井深的 线性函数 , 设地温梯度为 g T , 井底处地层温度为 T ebh ,则任意深度处的地层温度为
U to = [
1
( hc + h r )
+
r toln ( r h / rco) - 1 ] k cem
( 17)
计算 hc 和 h r 的方法请参见文献 [ 5 ] 。
3 算例与分析
为了验证所建模型的可靠性 ,用文献 [ 2 ] 中某海 上垂直井的数据对所提出的气井井筒温度分布模型 进行了验证 。计算时所用的数据如表 1 和表 2 所 示 。需指出的是 ,文献 [ 2 ] 未给出计算总传热系数所 必须的基本数据 , 而是直接给出了海底以上和海底 以下的总传热系数 , 为了同文献 [ 2 ] 进行对比 , 本文 采用了文献 [ 2 ] 提供的总传热系数值 。
0 . 4063 + 0 . 5ln t D ( 1 + 0 . 6/ t D) t D > 1 . 5
θ + T e + g T sin / A
( 15) 2 13 总传热系数 U to 在 ( 12) 式中 , 总传热系数 U to 的计算是关键 , Ramey [ 1 ] 、 Willhite [ 5 ] 和 Hasan & Kabir [ 4 ] 对总传热
( 8)
2 热物性参数的确定
在进行井筒温度分布计算时 , 要用到许多热物 性参数 ,其计算过程较为繁琐 ,这里列出 3 个最主要 的热物性参数的计算公式 。 2 11 定压比热 Cpm 计算定压比热的公式为 [ 3 ] C pm = 1243 + 3 114 T f + 7 . 931 ×10 - 4 T 2 f 6 . 881 ×10 - 7 T 3 f 2 12 瞬态传热函数 f ( t ) ( 14)
2π ke ( T h - T e)
f ( t)
dz
( 6)
中的传热为非稳态传热 ;
Ξ 1998 — 06 — 24 收稿
显然 ,从井筒传到第二接触面的热量等于从第
中国石油天然气总公司 “九五” 项目 ( 部 151) 部分内容 毛伟 ,男 ,1971 年生 ,博士生 ,现从事深井测试基础理论研究
第 1 期 毛伟等 : 计算气井井筒温度分布的新方法
( 2) 井筒及地层中的热损失是径向的 , 不考虑
沿井深方向的传热 ; ( 3) 井筒中任一截面上各点的温度均相等 。 取井底为坐标原点 , 垂直向上为正 。在油管上 取长为 dz 的微元体 , 根据能量守恒定律 : 气体流经 微元体时 ,以对流方式流入微元体的热量等于流出 微元体的热量加上微元体向第二接触面传递的热量 ( 图 1) 。流入微元体的热量为 ( 1) Q t ( z ) = w t C pm T f ( z ) 流出微元体的热量为
表1 生产条件 油管内径 井眼半径 海水深度 海底以下垂直井深 质量流量 井底压力 井底温度 海底温度 海水表面温度
0. 044 5 m 0. 215 9 m 609. 6 m 2 133. 6 m 4. 536 kg/ s 20. 68 MPa 82. 22 ℃ 4. 44 ℃ 15. 56 ℃
图2 井筒温度分布曲线
图 3 为整个井筒的定压比热分布曲线 。
图3 井筒定压比热分布曲线
4 结 论
3 11 本文根据能量守恒定律 ,建立了计算生产气井
表2 热物性参数 总传热系数 ( 海底以上) 总传热系数 ( 海底以下) 地层热扩散系数 地层导热系数
) 11. 356 (J / m2 ・ s・ ℃ ) 5. 678 (J / m2 ・ s・ ℃ 7. 5 × 10 - 7 ( m2 / s) ) 1. 7307 (J / m・ s・ ℃
井筒温度分布的数学模型 , 并求出了该数学模型的 解析解 。
3 12 算例表明 , 本文推出的模型与文献 [ 2 ] 中的实
图 2 为本文所建模型计算结果 、 文献 [ 2 ] 中 ( 18 ) 式和 ( 33) 式的计算结果以及按常数定压比热所绘制 的对比曲线 ,可以看出本模型的计算结果与文献 [ 2 ] 中的方法吻合较好并优于文献 [ 2 ] 所介绍的其他方 法。
T e = T ebh - g T z
( 10)
在对 ( 9 ) 式进行求解时 , 可根据地质分层 、 井身 结构及井筒内流体性质与管柱结构的综合变化情 况 ,将整个井筒分成若干段 。而在每一段内可以认 为 C pm 、 U to 和 A 保持不变 。 如此 , ( 9) 式所对应的齐 次方程的通解为 Ce ( 9) 式的解为
-1 U to = [ 1/ ( hc + h r ) + r to/ ( r h h o) ]
( 7)
将 ( 7) 式代入 ( 5) 式得 w t C pm 5 T f / 5 z = 2πr to U tok e ( T e - T f ) / ( ke +
f ( t ) r to U to)
而对海平面以上管段 , 其井筒直接暴露在空气 中 ,此时的计算公式仍同 ( 13 ) 式 , 仅需将式中的 ho 表为空气的对流换热系数即可 。
第 21 卷 第 1 期 Vol. 21 No. 1 西 南 石 油 学 院 学 报 1999 年 2 月 Journal of Sout hwest Petroleum Institute Feb 1999
57
( 6) 式 二接触面传给周围地层的热量 。于是由 ( 3 ) 、 得 ( 7) 式
Th = ( Tf f ( t) + ke ke T ) / [ f ( t) + ] r to U to e r to U to
在于计算 A 和 U to 的公式 。 A = 2πr to U to/ w t C pm
Q t ( z ) = Q t ( z + dz ) + Q r1 ( z )
( 4) ( 5)
得
w t C pm 5 T f / 5 z = 2πr to U to ( T h - T f )
图1 井筒能量守恒微元体分析图
同理 ,从第二接触面向周围地层的径向传热量 为
Q r2 ( z ) =
( 1) 井筒中的传热为稳态传热 , 井筒周围地层
例数据吻合较好 ,从而证实了本模型是有效的 。 3 13 本模型计算方法简单 , 使用十分方便 , 且具有 较高的精度 ,可用于生产井及测试井井筒温度分布 的分析与计算 。
符号说明
); Cpm —井筒流体定压比热 ,J / ( kg ・℃
f ( t ) —瞬态传热函数 , 无因次 ; ( 下转第 66 页)