井筒流体温度分布计算方法
朝阳沟油田地层温度影响因素探讨
朝阳沟油田地层温度影响因素探讨作者：于建玮来源：《中国新技术新产品》2013年第10期摘要：在油气田开发中，通常用同位素测井和环空找水测井来了解油田开发中的注入剖面和产出剖面。
但对于那些地层和流体性质特殊的疑难井来说具有一定的局限性，尤其对地层温度进行的分析，在许多情况下都要遇到地下热力学问题。
储层温度的确定是制订油气田开发方案的一个重要参数，如何预测储层温度尤为重要。
通过分析地层的热传导特点，区域地质构造，结合传热学的基本原理，对地层温度变化的因素做了重点分析。
关键词：地表温度；地层热传导；断裂中图分类号：TE32 文献标识码：A随油田开发的深入和生产测井技术的发展，发现对朝阳沟油田地热研究程度较低，在以往的地质勘探过程中，地温只作为常规的测试项目提供测试成果，有必要对该井田地温的变化规律及其影响因素进行分析研究。
结合前人研究成果，通过对朝阳沟油田地温状况的研究，找出本区地温分布规律，分析产生高低温的地质因素，为下一步油田安全生产过程中采取合理的措施提供依据。
根据热力学理论，我们知道温度的传递方式主要有热传导、热对流和热辐射，在我们正常的油田生产过程中，主要会遇到热传导和热对流，其中井筒中主要是热对流方式（如图1a），地层内主要是热传导方式传递热量（如图1b）。
井筒中的流体通过对流传递热量，然后通过热传导进入地层。
1 地面温度的影响通常我们测试的同位素测井和环空找水测井时需要测试温度曲线，所测温度曲线上反映的是井筒内温度。
朝阳沟油田所有井井深都小于2485m，均为青山口组地层，平均地层地温方程T=4.06H+2.15，地温梯度为4.06℃/hm。
按照梯度方程计算，井深在900m-1100m的井，井温范围在38.69℃-46.81℃。
但是井筒内温度是以热对流方式传递，在很大程度受地面温度影响。
同时地面温度受季节、时刻以及注水井注入液体甚至注入量的影响。
利用能量和动量方程进行差分运算就可以分别计算出井筒内及地层的温度分布情况。
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 )。
井筒流动实验实验报告
一、实验目的1. 理解井筒流动的基本原理，掌握井筒流动的基本规律；2. 掌握井筒流动实验的基本操作步骤和数据处理方法；3. 分析井筒流动过程中气液两相的相互作用和流动特性。
二、实验原理井筒流动是指气体和液体在井筒中流动的现象。
根据流体力学原理，井筒流动可分为层流和湍流两种状态。
层流是指气体和液体分层流动，各层之间互不干扰；湍流是指气体和液体流动时，各层之间发生剧烈混合，流动不稳定。
井筒流动实验主要研究以下参数：流速、流量、压力、温度、气液比等。
通过实验，可以分析井筒流动过程中的气液两相相互作用，以及流动对产量和井筒结构的影响。
三、实验仪器1. 井筒流动实验装置：包括实验管、气源、液源、压力表、流量计、温度计等；2. 高速摄像仪：用于观察井筒流动现象；3. 数据采集系统：用于实时采集实验数据。
四、实验步骤及内容1. 准备实验装置，连接好气源、液源、压力表、流量计、温度计等；2. 打开气源和液源，调节流量，使气体和液体在实验管中流动；3. 通过压力表、流量计、温度计等测量气液两相的流速、流量、压力、温度等参数；4. 利用高速摄像仪观察井筒流动现象，记录流动图像；5. 对实验数据进行处理和分析，得出井筒流动规律。
五、数据记录1. 实验管长度：L；2. 实验管直径：D；3. 气体流量：Qg；4. 液体流量：Ql；5. 压力：P；6. 温度：T；7. 气液比：R；8. 井筒流动现象描述。
六、数据处理与分析1. 根据实验数据，绘制流速、流量、压力、温度等参数与时间的关系曲线；2. 分析井筒流动过程中气液两相的相互作用，探讨流动对产量和井筒结构的影响；3. 通过对比不同实验条件下的实验数据，总结井筒流动规律。
七、实验结果1. 在实验过程中，观察到井筒流动现象随实验条件的变化而变化。
当气液比增大时，井筒流动稳定性降低，容易出现湍流现象；2. 通过数据分析，得出以下结论：a. 井筒流动过程中，气体和液体在管内分层流动，各层之间互不干扰；b. 井筒流动稳定性与气液比密切相关，气液比越大，流动稳定性越低；c. 井筒流动对产量和井筒结构有较大影响，湍流现象可能导致产量下降和井筒结构破坏。
油管掺液稠液泵井筒流体温度分布计算
井 筒流体 的温度 分 布模 型 ， 到 地 层 产 出 液 在泵 人 得 口处 的温度 ， 为泵 上 部 分 温 度 分 布模 型 的 一个 边 作
界条件 ， 然后求解泵上部分流体的温度分布
布随着生产时间也是不断变化的。笔者根据传热理 论 同时考虑这些 因素 ， 立油 管掺液 、 空产 出情 况 建 环 下的稠油泵井筒温度分布计算模型。
式中， 为井 筒流体 温度 ， ； ℃ ｈ为深度
作者简介 ： 董长银（９ ６ ． （ ｔ７ 一） 男 祝旗）河南卫辉人， 在读博士研究生 ． 事采油工程与肪砂 方面的研究工作 。 占 Ｌ
维普资讯
第２ 卷 ６
第 ２期
董长银 等 ： 油管掺 液稠 油泵井筒流体 温度 分布 计算
１ 问题 的 提 出
油管掺液稠油泵是一种通过油管掺液 、 油套环 空产出而进行井简降粘的新 型抽油泵， 井筒流体温 度分布对其 工作 状 况 影 响较 大 。它 由上 、 两个 不 下
同直径 的抽 吸泵组 成 ， 上冲 程 中 上泵 腔通 过油 管 吸 进 地面掺 人液 ， 泵腔 吸进 地层液 ； 冲程 中上泵腔 下 下 内的掺 人液进 人 下泵 腔 ， 与地 层 液 混合 后 由排 出凡 尔排 进环 空中 ， 稠油 泵井筒 结构 如图 １ 示 。上 、 所 下 两个 凡尔 的顺 利打开 与关 闭是稠 油泵正 常工作 的关 键， 而对其影 响较 大 的是 流体 粘 度 及 温度 ， 因此 ， 准 确 的井筒温 度分布计算 是油 管掺液 稠油泵 工作 条件 与工 作参数设置 及 整 个生 产 系统 优化 的重 要基 础。 ｌ往 的井筒温 度分布计 算 因未考虑 流体相 变引起 的 三 ｛ 焦耳一 汤姆 森效应而 与实 际值存 在偏差 ， 筒温 度 分 井
空心杆中管掺热液体闭式循环井筒流体温度计算模型
体 通过 空心 杆 中管 与空 心 杆 的 环形 空 间注 入 ， 由空 心杆 中管 的 中心返 出。
地 层 产
空 心 空 心
得 了 良好 的开采 效果 和经 济效 益 ， 热效 率低 ， 但 注入 的热 流体 与地层 产 出流体 混合 后增 加 了地 面流 体处 理 费用 。为此 ， 研究 了抽 油 机井 空 心杆 中管掺 热 液
艺 掺人热 液体 的循 环方 式包括 正循 环和 反循 环 。正
循 环举 升工 艺 （ １ 是指热 液体 通过 空心 杆 中管 中 图 ） 心 注人 ， 由杆 中管 与空 心杆 的环形 空 间返 出 ， 地层 产
方式 下井 筒 中流体 的温度计 算模 型 为
ｄｉ ｒ￣
一
＝
Ｋ（ｉ ｏ） 。Ｔ 一Ｔ ｔ ｕ
。
为 加 热 后 井 筒 中地 层 产 出 流 体 的温 度 ， ｏ Ｃ；
Ｋ （ｉ ２Ｔ 一ｒ ｏ） ，ｔ ｕ
（ Ｔｕ ｏ） ｔ
（
Ｔｕ ｏ） ｔ
为井筒 中地层 产 出 流体 的水 当 量 ， ￣ 为 井筒 Ｗ／Ｃ； 中地层 产 出流体 与 地层 间 的换 热 系 数 ， （ ・＝； ｗ／ ｍ ｏ ） 【 为地 表恒 定温度 ， ｍ为 地 温梯度 ， ／ ｏ Ｃ； ￣ ｍ。 Ｃ
同理 ， 立 空 心杆 中管 掺 热液 体 闭式 反循 环 方 建
式 时井 筒 中流体 的温 度计 算模 型 为
＝
数 ， （ ・Ｃ） ｒ 为 掺 入 热 液 体 在 返 出 段 的 温 Ｗ／ ｍ ｏ ； ｏ
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法水平井是油田开发中重要的钻井方式之一，通常采用快速钻进技术进行施工。
但是，在实际的井筒施工中，往往由于地层的复杂性，导致油井流体的流态变化，从而对油田的开发和生产造成困难。
因此，对水平井井筒流态进行分析，具有非常重要的意义。
本文将重点介绍水平井井筒流态分析方法。
一、井筒流态的分类井筒流态是指在油井掏空区域内，油气流体在井筒内流动的状态。
根据油井内流体的运动规律，常见的井筒流态可分为三种类型： 1. 层流流态；2. 过渡流态；3. 湍流流态。
1. 层流流态：流体在井筒内呈稳定状态，流动速度按一定的规律分布，呈现层状分布。
层流流态下，流动速度均匀，阻力较小，黏性作用较显著，一般适用于井深较小、粘度较大的区域。
1. 模拟实验法：通过模拟实验，在实验装置中模拟出井筒内流体的流动情况，通过对实验数据的处理和分析，得到井筒内流体的流态类型和流动规律。
模拟实验法的优点是实验可控，可模拟出不同水平井的油气流动情况，缺点是实验成本较高，数据处理复杂，不能真实反映出实际井筒的细节情况。
2. 数值模拟法：利用数值计算方法，通过建立数学模型，描述井筒内流体的流动，分析井筒的流态变化规律。
数值模拟法的优点是可反映出井筒内油气流动的变化规律，能够预测井筒运动状态，缺点是需要对井筒内气体黏性、温度等进行精确的描述和建模，还需要付出较高的计算成本。
3. 结构物理模型法：采用实物结构物理模型，通过真实物体的仿真、调整和测试，得到井筒的流态变化规律。
结构物理模型法的优点是可以通过实验反映出真实的油气流动状态，在模型化建设的过程中可以考虑到井筒的复杂部分，缺点是实验成本比较高，建模时间可能会增加。
4. 现场测试法：在现场进行测试，根据井筒内流体的运动情况，对井筒的流态进行分析，通过现场测试法可以反映出真实的井筒运动状态，但是由于条件的限制，测试的数据存在一定的不确定性。
三、总结针对水平井井筒流态的分析方法，不同的方法各有优缺点。
CO2注入井井筒温度及压力计算
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% 6 # 注入井井筒大学 ! 华东 " 机电工程学院 # 山东 青岛 "# 胜利油田孤东采油厂 # 山东 东营 "# / / ? ? ?$ #" ? 9 # 8 9 !"
# ! 刘自力!! 封 " 丽#
进行二氧化碳混相驱前 需 要 根 据 井 况 进 行 注 入 方 案 设 计 ! 以确定沿井筒方向二氧化碳温 "" 摘 " 要 ! 度" 压力及相态的变化情况 # 本文根据垂直管流的能量平衡方程及传热学理论 ! 结合 + A 0 \ 井筒温度分 布计算方法 ! 综合考虑了井筒内压力和温度相互作用下的二氧化碳密 度 " 相 态 以 及 摩 阻 等 影 响 因 素! 建 立了以井底所需混相压力及温度为边界条件的二氧化碳注入井温度压力 数 学 模 型 ! 并根据建立的模型 开发了应用软件 # 通过实例计算 ! 分析了注入速度 " 注入温度 " 井口注 入 压 力 等 注 入 因 素 对 井 底 压 力 和 温度的影响 ! 可有效指导现场施工 # 关键词 ! 二氧化碳 $ 混相驱 $ 压力 $ 温度场 $ 数值模拟 & ’ ! $ $ /%9 : ; ! # $ ! / $ /%$ $ ? ?%$ 7 ’"" 文章编号 ! & J 8 ? 9" 9"" 文献标识码 ! "" 中图分类号 ! 6 ""% # 注入井井底的压力和温度直接决定了 6 % 6 # 混相 # 能否实 现 与 油 藏 成 功 混 相 % 在 实 际 % 驱过程中 # 实测井 筒 压 力 & 温 度 有 一 定 困 难# 因此在 实施 % 6 # 驱前对井筒内压力和温度分布情况进行 !*7( % 计算 # 从 而 优 化 井 口 注 入 参 数 显 得 尤 为 重 要’ 本文根据垂直管流 的 能 量 平 衡 方 程 及 传 热 学 理 论 # 结合 + 考虑了各种因 A 0 \ 井筒温 度 分 布 计 算 方 法 # 素如二氧化碳密度 & 二氧化碳相态的变化 & 摩阻等对 压力的影响 # 建立了 综 合 考 虑 沿 程 流 体 相 态 及 热 物 理性质变化 的 井 筒 温 度 & 压 力 场 数 学 模 型# 为% 6 # 驱工艺参数优化和施工监测提供了一种技术手段 % !"% 6 # 在井筒中温度的计算 取地 面 井 口 为 坐 标 原 点 # 在任一深度处取微小 " 增量 # 则二氧化碳吸收的热量为 ) ] _OI% ] & ! ! # 式中 ) 为 处二氧化碳吸收的热量 U] b ] _ b M$ * ! $ % 为 二 氧 化 碳 液 体 的 热 容# P I 为二氧 K D+ C " * $ 化碳的注入速度 # 为二氧化碳升高的温度 # P L C% D # ! 而注气过程中 井 筒 的 热 损 失 量 或 热 增 加 量 " 为) ! " & ] b ] _ S # = ! O# Y Y! E*& !" 1‘ # $ ) 式中 ] b处 井 筒 的 热 损 失 量 M S _ Y 1 ! 为 bU] $ 为 以 油 管 外 表 面 为 基 准 的 传 热 为油管外径 # 0 ‘ Y
井筒流体温度分布计算方法
井筒流体温度分布计算方法井筒流体温度分布计算方法主要有传热传质方法和数值模拟方法。
传热传质方法主要包括经验公式计算法、热平衡计算法、温度修正计算法等；数值模拟方法主要包括有限差分法、有限元法、有限体积法、计算流体力学（CFD）方法等。
1.经验公式计算法：经验公式计算法是一种简单快捷的计算方法，适用于一般情况下的井筒流体温度分布计算。
常用的经验公式有Dahlberg公式、Kutateladze公式等。
这些公式通过对传热传质过程的相关参数进行简化，直接给出井筒流体温度分布结果。
2.热平衡计算法：热平衡计算法是一种基于热平衡原理的计算方法，适用于流体温度在井筒中实际变化较大的情况。
该方法将井筒流体划分为若干等温段，分别计算每一段的温度分布，然后根据热平衡原理来确定各等温段之间的温度。
3.温度修正计算法：温度修正计算法是一种对经验公式进行修正的方法，用于更精确地计算井筒流体温度分布。
这种方法考虑了上、下界温度的影响，以及其他一些边界条件，通过修正公式来改进流体温度分布的计算结果。
4.有限差分法：有限差分法是一种基于偏微分方程的数值解法，通过将井筒流体温度分布问题转化为离散化的差分方程来进行计算。
该方法将井筒划分为若干小区域，通过以离散方式近似偏微分方程，计算得到每一个小区域的温度，进而得到整个井筒中温度的分布情况。
5.有限元法：有限元法是一种将井筒流体温度分布问题离散化为一组有限元单元的方法。
该方法将井筒划分为若干形状各异的单元，通过建立单元之间的矩阵方程，利用有限元单元之间的连续性条件，求解得到井筒的温度分布。
6.有限体积法：有限体积法是一种将井筒流体温度分布问题离散化为有限体积单元的方法。
该方法将井筒划分为若干个体积单元，通过建立体积单元之间的质量、能量守恒的方程组，求解得到井筒中流体的温度分布。
7.计算流体力学（CFD）方法：计算流体力学（CFD）方法是一种基于数值模拟的方法，可以用于计算井筒流体温度分布。
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法1. 引言1.1 背景介绍水平井是一种在地下水平方向钻探开采资源的钻井方式，在石油、天然气等领域被广泛应用。
相较于传统的垂直井，水平井具有钻采效率高、产量大、开采成本低等优势，因此受到了广泛关注和应用。
在水平井井筒内，流体的运动状态对井下压力、产量等参数产生了重要影响，因此需要对水平井井筒流态进行分析研究。
水平井井筒流态分析是针对水平井内流体运动特点进行的研究，旨在探讨流体在水平井井筒内的流速、压力分布等参数规律。
通过对水平井井筒流态的分析，能够更好地了解井下流体的运动状态，为提高水平井的采油效率、优化井下生产操作提供重要参考依据。
本文将对水平井井筒流态特点、分析方法进行介绍，并结合压力梯度分析、流速分析等方法，探讨水平井井筒流态的规律和特点。
通过案例分析展示水平井井筒流态分析方法在实际生产中的应用与意义。
结合现有研究成果总结观点，展望水平井井筒流态分析方法在未来的发展方向和应用前景。
1.2 研究意义水平井在油田开发中具有重要作用，井筒内的流态分析对于了解地层状态、优化生产操作具有重要意义。
水平井井筒流态研究的意义主要体现在以下几个方面：1. 安全生产：水平井井筒内的流态特点直接影响井下环境，对井筒固液分离效果、防喷溢能力等安全生产因素具有重要影响。
通过深入研究水平井的流态特点，可以有效提升井下作业的安全性。
2. 提高产能：井筒内的流态状态直接影响油气的产能，通过深入研究井筒内流体的运动规律和特性，可以有针对性地优化对应井筒的生产措施，提高产能，提升油田的整体生产水平。
3. 节约成本：对水平井井筒流态的准确分析可以帮助企业更好地控制生产成本，合理规划生产方案，减少不必要的能源浪费和设备损耗，从而降低生产成本，提高经济效益。
水平井井筒流态分析具有重要的研究意义，对于提升油田生产效率、保障安全生产、节约生产成本具有积极的意义和价值。
在未来的研究中，继续深入探究水平井井筒流态特点，不断完善分析方法，将对油田开发和生产管理带来更多的实际效益和发展机遇。
第四部分井筒流体
第四部分 井筒流体力学1单相（气体）流体力学－静止气柱1.1 平均温度和平均气体偏差系数计算方法(4--1)03415.0exp(TZ Hp p g ts ws γ=式中 — 按静止气柱公式计算的井底压力。
关井时为地层压力，开井时为井底流动压力，M Pa ；ws p—静止气柱的井口压力。
关井时为井口最大关井压力，开井时为不流动气柱的井口压力，Mts p Pa ；— 气体相对密度；g γ— 井口到气层中部深度，m;H — 井筒内气体平均绝对温度，K ；T=T 2/)(ws ts T T +，— 静止气柱井口，井底绝对温度，K;ts T ws T — 井筒气体平均压力，M Pa;p=p 2/)(ts ws p p +— 井筒气体平均偏差系数，由两种计算方法Z= 或 =Z ),(T p f Z 2/)(ws ts Z Z +，— 静止气柱井口，井底条件下的气体偏差系数。
ts Z ws Z 已知，计算的步骤如下；ts p ws p （1）首先对赋初值，建议ws p12192)(H p p p ts ts o ws+=（2）根据,和，求p T g γZ（3）代入式（4--1）计算。
如与之差符合规定的精度要求，则即为所求。
Z )1(wsp )1(wsp )(o wsp )1(wsp 反之，继续迭代到符合规定的精度。
如用计算机计算，有多种算法： 可取Z=1为初值；或=取为初值；或规定迭代次数，一)(o wsp ts p 般迭代5次即可满足工程要求。
1.2 Cullender 和Smith 计算方法1.2.1 按井深H 计算（一步法）(4--2)⎰=wstsp p g Idp H γ03415.0(4--3)pZTI =由数值积分（一步梯形法）得：(4--4)H g γ03415.02))((ts ws ts ws I I p p +-≈式中ts tsts ts p T Z I =wsws ws ws p T Z I =其余符号同前。
井筒注热流体热力计算的通用模型研究
井筒注热流体热力计算的通用模型研究摘要：注热流体是目前开采稠油最经济有效手段。
注入的热流体从早期的热水、到后来的湿蒸汽，再到目前的过热蒸汽，其目的是不断增加质量热流体所携带的热能，已达到有效加热地层的目的。
关键词：注蒸汽；统一模型；热力采油目前，国内外稠油热采普遍采用湿蒸汽吞吐或湿蒸汽驱，辽河油田、胜利油田、河南油田等在稠油开采过程中都试验了注过热蒸汽技术，有关湿蒸汽物性参数的计算理论体系相对完善，而稠油热采注过热蒸汽开发尚处于试验阶段，关于注过热蒸汽井筒物性参数计算体系没有建立，对过热蒸汽物性参数在井筒中的变化规律认识尚不清楚。
如何确定蒸汽从井口到井底的状态变化、对应的控制方程和求解变量的切换，把注过热蒸汽、热水和湿蒸汽统一起来，建立综合模型，方便地体现蒸汽相态变化的研究尚未见报道。
一、井筒注蒸汽热力计算的统一模型注汽井内流体热力参数变化的原因在于散热和摩擦导致的压力和温度变化，进而导致蒸汽状态的改变。
摩擦和重力影响井筒内流体的压力分布，而散热则影响流体的温度、干度和相态分布。
假设蒸汽流动过程中摩擦产生的热量可以忽略不计，则蒸汽在井筒内热力参数变化服从动量和能量守恒方程。
物理模型的建立1、动量守恒方程的建立。
这里的注汽井为竖直井，在井筒z处取一长为dz的微元体，通过对微元体受力分析可知作用在微元体上的外力应等于动量的变化。
而作用在微元体上的外力有压力、重力和管壁阻力，由此得到动量方程。
微元体内的液体受到的质量力是重力，方向竖直向下，表面力是微元体上下端面的压力和微元体与井筒的切应力，压力方向垂直于端面指向微元体，切应力方向沿井筒表面与蒸汽流动方向相反。
2、能量守恒方程的建立。
注蒸汽热力采油工艺是目前稠油开发的经济、有效手段之一，它是将高温高压的湿蒸汽通过井筒注入到油层中，利用蒸汽凝结时放出的热量加热油层，达到降低稠油粘度、改善其在油层和井筒内流动性的目的。
因此，注蒸汽时必须最大限度地减少井筒热损失，以保证较高的井底蒸汽干度。
井下节流及其对携液能力的影响研究
井下节流及其对携液能力的影响研究X杨 志,马吉祥,侯 攀,赵春立,赵海燕(西南石油大学,四川成都 610500) 摘 要:井下节流工艺将地面油嘴转移到井筒中,在实现井筒节流降压的同时,充分利用地温对节流后的天然气气流加热,从而达到降低地面管线压力、防止水合物生成、取消地面加热装置、减少注醇量等目的。
为准确预测井下节流后气井井筒温度、压力分布,建立了气井井下节流井筒压力和温度动态预测模型。
结合油田实例,预测气井节流后温度、压力沿井筒的分布,计算节流后温度、压力条件下井筒内气体流速和临界流速,为气井的生产提供了重要依据。
井下节流后,气体由于压力降低而膨胀,气体的内能转变成动能,促使气流速度增大,临界流量减小,从而很大程度上提高了气流的携液能力,延长了气井的自喷生产期,大大的增加了气井的累计产量。
对于即将积液或者积液不久的井来说,井下节流工艺可以改善井况,延长生产时间,也可作为一种排水采气工艺。
关键词:井下节流;井筒温度分布;井筒压力分布;动能因子;临界流量;携液能力;排水采气 中图分类号:T E377 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)07—0006—04 天然气在生产过程中,在低温高压的条件下,常规地面节流工艺节流后,天然气温度骤然降低形成水合物阻塞管线,需要采用必要的设备和措施来防止水合物的生成。
井下节流工艺将地面油嘴转移到井筒中,在实现井筒节流降压的同时,充分利用地温对节流后的天然气气流加热,从而达到降低地面管线压力、防止水合物生成、取消地面加热装置、减少注醇量等目的。
该工艺已经在四川、胜利、中原、新疆、长庆等气田的多口气井成功应用,具有较好的应用前景和推广价值[1～2]。
本文以井下节流器为节点,耦合天然气井管流预测模型和节流压降温降预测模型,建立了气井井下节流压力温度动态预测模型。
着重分析了节流对天然气的压力、流速、临界流速和气井携液能力的影响。
1 井下节流工艺设计数学模型1.1 气井管流压力及温度预测模型由于气体的温度和压力会相互影响,在预测井筒的温度和压力分布时,需要将两者耦合起来计算。
循环温度和井底静止温度
循环温度和井底静止温度1.引言1.1 概述循环温度和井底静止温度是石油工程领域中非常重要的概念和参数。
循环温度是指在井筒中由于钻井液的循环运动所导致的温度变化。
而井底静止温度则是指在井底的地层中由于地热和地层内部的自然温度分布所决定的温度。
这两个温度参数对于油气开发具有重要的影响和意义。
首先，循环温度的变化会对钻井工程产生直接影响。
钻井液的循环运动会导致循环温度的变化，而循环温度的变化会影响到钻井液的性能和性质，包括黏度、密度等。
因此，在钻井过程中准确了解和控制循环温度是非常重要的，可以有效避免钻井液的问题和钻井事故的发生。
其次，井底静止温度的认识对于油气开发的设计和评估非常重要。
井底静止温度可以直接反映地层中的温度分布，从而对油气储层的性质和开发方案进行评估。
例如，井底静止温度可以用于估算原油的常压液体体积和气体的体积。
此外，井底静止温度还可以用于评估油气的产能和储量，以及研究油气运移和储层中的温度变化。
综上所述，循环温度和井底静止温度在油气开发中具有重要的意义。
准确了解和掌握循环温度和井底静止温度的定义、概念和影响因素，对于安全高效地进行钻井工程和油气开发具有重要意义。
本文将对循环温度和井底静止温度的定义、影响因素以及其在油气开发中的应用进行详细的探讨和分析，以期对读者产生积极的启发和参考。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分，包括引言、正文和结论。
每个部分将进一步探讨循环温度和井底静止温度的相关内容。
- 引言部分将提供对循环温度和井底静止温度的概述，并说明文章的目的。
读者将了解到本文所要讨论的问题以及其重要性。
- 正文部分将分为两个小节：循环温度和井底静止温度。
在循环温度部分，我们将详细解释其定义和概念，以及其受到的影响因素。
在井底静止温度部分，我们将进一步探讨其定义和概念，并介绍影响因素。
通过对这两个概念的深入理解，读者将对它们的本质有更加清晰的认识。
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法【摘要】水平井井筒流态分析方法在油田开发中起着重要作用。
本文首先介绍了水平井井筒流态分析方法的重要性和研究背景，接着阐述了其理论原理，实验方法，数值模拟，应用案例和发展趋势。
通过这些内容，我们可以深入了解水平井井筒流态分析方法的原理和应用情况。
在文章总结了水平井井筒流态分析方法的意义和前景，同时也指出了其局限性和未来展望。
水平井井筒流态分析方法的不断完善和发展将为油田开发提供技术支持和指导，同时也面临着挑战和问题需要继续探讨和解决。
这篇文章对于了解水平井井筒流态分析方法的重要性和应用前景具有一定的参考意义。
【关键词】水平井、井筒流态、分析方法、理论原理、实验方法、数值模拟、应用案例、发展趋势、意义和前景、局限性、未来展望。
1. 引言1.1 水平井井筒流态分析方法的重要性水平井井筒流态分析方法可以帮助油气勘探开发人员更好地理解水平井的流体行为特点，包括流体渗流规律、井筒内流动特性等。
通过对水平井流体行为的分析，可以为油气勘探开发提供科学依据，指导井筒设计和生产调控。
水平井井筒流态分析方法可以为水平井的优化设计和生产管理提供支持。
通过对水平井井筒流态进行研究分析，可以预测井筒内流体的运动规律，为优化井筒设计参数提供参考依据，提高产量和采收率。
水平井井筒流态分析方法对于解决水平井井筒内的流体不均匀性、高渗透率地层的开发难题具有重要意义。
通过对井筒内流态的定量分析，可以优化生产压力、井筒结构等参数，解决流体分布不均匀带来的生产难题，提高油气生产效率。
1.2 水平井井筒流态分析方法的研究背景水平井是一种特殊形式的油井，其井筒呈水平或近水平状态延伸，常用于水平井井筒流态分析。
水平井在石油工业中的应用越来越广泛，因为它们可以提高产量、降低成本和减少环境影响。
由于水平井的井筒形状和特殊性质，传统的油藏流体动力学分析方法往往无法准确描述水平井中的流态特性。
研究水平井井筒流态分析方法成为当前油田开发中的一个热门课题。
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法
水平井井筒流态分析方法是指针对水平井井筒内流体的流动状态及其变化规律进行分析和探究的方法，其应用可以帮助石油工程师和相关研究人员更好地理解和优化井筒内的流体运动过程，提高井筒开采效率和经济效益。
水平井井筒是一种具有特殊结构的井筒形式，它可以有效增大油气开采面积，提高井筒内流体的流动速度和产量。
同时，由于其结构复杂，相对于传统的垂直井井筒而言，其流体运动规律也更为复杂。
水平井井筒流态分析方法的研究旨在揭示井筒内流体的流动特性，进一步优化开采方案，提高井筒开采效益，降低开采成本。
水平井井筒流态分析方法的核心是流体力学分析，包括分析井筒内的流速场、流量分布、压力分布以及流动的阻力等因素。
通过对这些因素进行分析和测量，可以确定井筒内不同位置的流体运动状态，进而针对性地设计和优化开采方案，提高开采效益。
1. 绘制井底地形图
在进行流态分析之前，需要对油气井井底的地形情况进行绘制，确定井筒的起点、终点和中间点等位置，同时要考虑地质条件和井筒结构等因素，为后续的流体力学分析提供可靠的基础数据。
2. 测定井筒内的流速场和流量分布
3. 计算井筒内流体的阻力
计算井筒内流体的阻力是流态分析的另一个核心内容，主要是通过计算井筒内液体和气体的摩擦力、阻力、惯性力等因素来确定流体的阻力大小。
通过对井筒内流体的阻力进行分析，可以确定不同开采阶段的流体运动状态，为后续方案的设计提供基础数据。
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。
油井井筒传热模型附温度计算
油井井筒传热模型附温度计算油井井筒传热模型是用于描述油井井筒内传热过程的数学模型。
在油井生产过程中，井筒内的温度变化对产能和井壁稳定性起着至关重要的作用。
因此，准确地计算油井井筒内的温度变化对于生产优化和安全管理是非常重要的。
(1)传导传热方程：油井井筒沿半径方向的传导传热可以用一维传热方程表示：$$\frac{\partial}{\partial r} \left( r k \frac{\partialT}{\partial r} \right) = Q$$其中，$T$表示温度，$r$表示距离井筒轴心的半径，$k$为岩石的导热系数，$Q$为单位体积的热源项。
(2)对流传热方程：油井井筒内的流体由于产量和注入物质会引起对流传热效应，对流传热可以用对流换热关系表示：$$Q = h (T-T_{\infty})$$其中，$h$为对流换热系数，$T_{\infty}$为流体的温度。
(3)辐射传热方程：油井井筒内的辐射传热可以用辐射换热关系表示：$$Q = \sigma \varepsilon (T^4-T_{\infty}^4)$$其中，$\sigma$为斯特藩-玻尔兹曼常数，$\varepsilon$为表面发射率。
通过以上三个方程，可以构建一个关于温度$T$和距离$r$的二阶常微分方程组，可以通过数值方法求解。
求解得到温度分布后，就可以计算井筒内任意位置的温度。
除了上述的传热模型外，还可以考虑到井筒表面换热和井筒内的流体速度分布对传热的影响，从而进一步提高模型的准确性。
例如，可以考虑井筒表面的辐射传热和对流传热效应，同时考虑流体速度分布对对流传热的影响。
在实际应用中，可以根据油井的特点和参数选择适当的传热模型。
对于复杂的情况，还可以使用计算流体力学（CFD）模拟来求解油井井筒内的传热问题。
总之，油井井筒传热模型是对油井温度变化进行计算和分析的重要工具，可以帮助优化生产和确保油井井壁的稳定性。
水力射流泵采油
水力射流泵采油一、水力射流泵采油系统水力射流泵（也称喷射泵）是利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层产出液的无杆水力采油设备。
射流泵采油系统与水力活塞泵一样，也是由地面（包括动力液供给和产出液收集处理系统）和井下（包括动力液及产出液在井筒内的流动系统和射流泵）两大部分组成。
地面部分和井筒流动系统与水力活塞泵开式采油系统相同，动力液在井下与油层产出液混合后返回地面。
射流泵主要由喷嘴、喉管及扩散管组成。
喷嘴是用来将流经的高压动力液的压能转换为高速流动液体的动能，并在嘴后形成低压区。
高速流动的低压动力液与被吸入低压区的油层产出液在喉管中混合，流经截面不断扩大的扩散管时，因流速降低将高速流动的液体动能转换成低速流动的压能。
混合液的压力提高后被举升到地面。
射流泵是通过流体压能与动能之间的流体能量直接转换来传递能量，而不像其它类型的泵那样，必须有机械能量与流体能量的转换。
因此，射流泵没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大，对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。
由于可利用动力液的热力及化学特性，水力射流泵可用于高凝油、稠油、高含蜡油井。
射流泵可以采用自由安装，因而检泵及泵下测量工作都比较方便。
尽管水力射流泵具有以上优点，但由于高压动力液通过喷嘴时的水力阻力损失和高速流动的动力液与低速流动的油层产出液产生的高湍流混合损失，射流泵的效率远低于容积式泵的效率，并且需要建设地面动力液系统，因而，在正常条件下其使用仍受到一定的限制。
二、水力射流泵的工作特性（一）射流泵的工作原理在动力液压力为p1、流速为q1的条件下，动力液被泵送通过过流面积为An的喷嘴。
压力为p3、流速为q3的井中流体则被加速吸入喉管的吸入截面，在喉管中与动力液混合，形成均匀混合液，在压力下离开喉管。
在扩散管中，混合液的流速降低，压力增高到泵的排出压力p2，这个压力足以将混合液排出地面。
水力射流泵的排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值。
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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井筒流体温度分布计算方法
在多相管流压力计算中，需要油藏流体的高压物性数据，而流体的高压物性对压力和温度非常敏感，因而准确预测多相流体的温度是压力梯度计算的基础。
另外，油藏流体沿井筒向地面流动过程中，随着不断散热，其温度将不断降低，油温过低可能导致原油结蜡，因而多相流体温度的准确预测对怎样采取防蜡措施、是否增加井口加热设备等也是很重要的。
国内外对井筒流体温度分布进行了大量的工作。
早在1937年，Schlumberger 等人就提出了考虑井筒温度分布的意义。
五十年代初期，Nowak 和Bird 通过井筒温度分布曲线解释注水和注汽剖面。
Lasem 等人于1957年首先提出了计算井筒温度分布的方法。
Ramey.H.J 于1962年首先用理论模型描述了井筒中流体温度分布于井深和生产时间的关系。
Ramey.H.J 从能量守恒的观点出发，建立了计算井筒温度分布的能量守恒方程
J
dW dQ J g udu
J g gdZ dH l c c -=++
(2-8)
Ramey.H.J 利用该模型推导了向井中注入液体和气体时的温度分布公式。
当注入液体时：
A
z
l e b aA t T b aA aZ t Z T --+++-=])([),(0
(2-9)
当注入气体时：
A z
l e c a A b t T c a A b aZ t Z T -⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛
±+-++⎪⎭⎫ ⎝⎛±-+=7781)(7781),(0
(2-10)
式中： []
Uk
r t Uf r k W A c 112)(π+=
Eickmeier 等人于1970年在Ramey.H.J 研究的基础上建立了一套关于注液和产液期间液体和井筒周围地层间热交换的有限差分模型。
计算过程中，将油管、套管、水泥环及地层的传热全都考虑在内。
但作者仍然只是研究单相流体的温度分布，传热计算中把流体的物性等都看作是常数。
后来，Satter 对注蒸汽是相态的变化对温度分布的影响进行了研究。
Beggs 和Shiu 对Ramey.H.J 方程中的A 提出了估算方法。
在有关井筒流体和地层温度分布的计算中，许多文章中都采用了Ramey.H.J 的计算方法，但由于Ramey.H.J 的方法是建立在井筒流体与地层温度差不变的基
础上，井筒流体只局限于单相，并且其计算精度不高，因此其适用范围受到较大限制。
任瑛教授于1982年发表了有关常规采油井井筒流体温度分布的文章，他假设脱气及气体膨胀作功正好消耗于油气的举升，能量平衡方程式为：
()[]()θθwd qdl dl G G g dl ml t K g f l -=-++-'-
(2-11)
在井底时，0
,0t l '==θ，解出井筒中流体温度：
()()001ml t e K G G g q Wm W l
K l
f g l -'+⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛
-+-+=-θ 如果忽略举升时油气混合物的相变及析蜡对温度的影响：
()001ml t e K Wm W l
K l l -'+⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛-=
-θ 张建等在1991年给出了空心杆热流体循环各种循环方式的温度分布计算的通用数学模型：
()()
)
(1i p i r r e e R MC K T T K ZD T T K ZD dZ
dT
=-⋅+-⋅= (2-12)
式中，ZD 为方向导数，向下流动是-1，向上流动时1；K 为当量传热系数；M 为质量流量；Cp 为流体比热；R 为与传热、导流系数有关的热阻；
1991年，A.R.Hason 和C.S.Kabir 提出：生产井中井筒流体的温度受井筒向周围地层热传递速度的影响, 同时该速度又是深度和生产时间的函数。
此外，当井筒中气体因压力降落而分离和膨胀时也会出现较大的温度变化，即发生所谓的“焦耳-汤姆逊效应”，该效应对产气较多的生产井的温度场会产生较大的影响。
该方法包含了一种热扩散方程的新解法以及井筒与地层之间对流换热和传导换热的影响，并考虑了焦耳—汤姆逊效应的影响。
井筒流体的能量方程为：
dQ J
g udu
J g gdZ dH c c =++
(2-13)
该式的解如下：
()ebh fbh A h h T pm c A h h ei f T T e
g JC g g e A T T well well -+⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛++-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+=⎪⎭⎫
⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-θφθsin sin 1 (2-14) 式中： () 2⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+=e to to D to to e pm k U r T U r k W c A π
井筒总传热系数：
()1
ln 1-⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=cem co wb to c to k r r r h U
1992年Alves 从质量守恒方程、运动方程和能量守恒方程出发建立了一套数学模型：
()()
⎪⎪⎪⎪
⎩⎪
⎪⎪⎪⎨
⎧
-
--=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+---==p p A d vg v dl d v e dl d A d g dl dp dl v d dl v d τπφρρτπφρρρsin )(21sin 022
(2-15)
通过推导和计算的出井筒温度分布计算公式：
()()()
()()⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=---A L p A L e A L ei i ei ei e A dl
dp
C e A g e
T T l g T T 111sin sin φ
ρφφ (2-16)。