抽油机井热洗过程中温度场的变化

对抽油机井热洗过程中温度场变化的再认识摘要：本文针对抽油机井热洗过程中，当回油温度达到理想温度时而洗井效果不理想的问题进行分析，我们认为热洗过程中温度场的变化不是线性降低的，60℃的回油温度是液体在距井口一段距离内被洗井液重新加热造成的一种假象。为验证分析结果，我们从理论及现场实测等方面对抽油机井热洗过程中温度场的变化进行了认真研究，并取得了一些新的认识。

主题词：抽油机井热洗温度场

一、前言

大庆油田自开发以来，抽油机井的热洗一直是清除井下结蜡，保证抽油泵正常工作的主要措施之一。

一般认为在抽油机井热洗过程中温度场的变化是线性降低的，当井口回油温度达到60℃时，就认为达到了热洗清蜡效果，抽油机井热洗分为化蜡、排蜡、巩固三个阶段。目前，我厂有4120口抽油机井采用热洗清蜡，平均单井热洗周期为158.47天，年热洗井次为9490次，每年用于热洗的成本为230万元，年影响采油量4万吨，热洗投入成本较大。但是，在实际生产过程中发现，热洗效果并不理想，如监测井进行环空测试时，时常发生正常热洗后仪器在油套环空仍遇阻下不去的现象。据统计，我厂2001年下半年共有环空找水井近300口，有64口井不能测试，其中热洗后仪器仍下不去的井有42口，占测试井数的14%。针对这一情况，经进一步分析，我们认为热洗过程中温度场的变化不是线性降低的，60℃的回油温度是液体在距井口一段距离内被洗井液重新加热造成的一种假象。为验证分析结果，我们对抽油机井热洗过程中的热量传导、损失及温度场的变化进行了认真研究，并取得了一些新的认识，这里与大家共同探讨，以便为今后的热洗工作提供一定的技术指导。

为了准确考察热洗过程中温度场的变化情况，我们遵循事物从实践到理论，再从理论到实践的认识规律，通过理论计算和现场试验两个方面，对热洗温度场的变化情况重新加以认识。

二、热洗过程中泵吸入口温度的理论计算

热洗过程中，温度场的变化较为复杂，如在不同时间、不同排量、不同温度的情况下，计算井筒任意深度点的温度是比较困难的，因此这里仅计算了当热洗达到稳定状态时，抽油泵吸入口处的温度。

（一）物理模型的建立

由于地温由地心至地表呈线性降低，当洗井液向下流动时将热量传给地层及油管内的

液体，环空中的洗井液温度沿井筒向下不断下降，相反，油管中的液体温度沿井筒向上不断升高，井筒沿轴向属于非稳态传热状况。热洗达到一定时间后，沿井筒某一深度的径向散热量趋于稳定，此时，油套环空中的洗井液一方面通过对流换热将热量传给套管内壁，再从套管内壁通过导热传给套管外壁、水泥环及地层；另一方面油套环空中的洗井液通过对流换热将热量传给油管外壁，再通过导热把热量传给油管内壁，最后通过对流换热将热量传给油管内的液体。其热传递过程见井筒结构示意图。

下假设：

1234都为常数；

5、套管中洗井液到达泵口时的温度与油管中从泵吸入口处抽出的液体温度相同。

在井筒结构示意图中沿轴向，列能量守恒方程如下：

m 2 Cp 2( t 2′— t 0)= m 1 Cp 1(t 1″— t 0)＋H/R((t 2′+t 0)/2-ts) （1） 式中：m 2—套管中洗井液的质量流率kg/s ；

Cp 2—套管中水的比热J/kg ·℃； t 2′—套管中洗井液的温度，℃；

t 0—套管及油管中洗井液在泵吸入口处的温度，℃； m 1—油管中洗井液的质量流率kg/s ； Cp 1—油管中水的比热J/kg ·℃； t 1″—油管出口液体的温度，℃；

井筒结构示意图

1—油管内返出液 2—油管 3—洗井液 4—套管 5—水泥环 6—沉积岩

H —下泵深度，m ； R —单位管长热阻； ts —地层温度，℃。

R —热阻，R=R 3+R 4+R 5+R 6； （2） R 3—套管中的洗井液与套管内壁的单位管长对流换热热阻； R 4—金属套管壁单位管长导热热阻; R 5—水泥环单位管长导热热阻; R 6—地层单位长度导热热阻。 各项热阻的计算公式如下：

3231

d R πα=

（3）

23

2

2d N u λα= （4）

312

8.0220296.0r e u P R N = （5） 2222/υωd R e = （6） 34

44ln

21d d R πλ=

（7） 45

55ln

21d d R πλ=

（8） 56

6

6ln

21d d R πλ=

（9）

式中： d 3—套管内径,m ； d 4—套管外径,m ；

d 5—水泥环外径,m ； d 6—地层直径,m ；

λ3—套管内水的导热系数，W/m ·K ； λ4—套管壁的导热系数，W/m ·K ； λ5—水泥环的导热系数,W/m ·K ； λ6—地层的导热系数，W/m ·K ；

ω2—洗井液的流动速度，m/s；

υ2—洗井液的运动粘度，m2/s。

（三）计算结果

根据前面给出和推导的计算公式，我们以南4-丁2-336井为例，取其物性参数为：油管导热系数为λ2＝20W/(m·K)；

套管导热系数为λ4＝20W/(m·K)；

水泥环导热系数为λ5＝0.58W/(m·K)；

沉积岩导热系数为λ6＝5W/(m·K)；

油管内径 d1=62mm；

油管外径 d2=73mm；

套管内径 d3=124mm；

套管外径 d4=140mm；

水泥环外径 d5=180mm；

地层外径 d6=680mm；

泵挂深度 H=969m；

水的物性由相关物性表来确定。

按目前的热洗操作规程要求，洗井液入口温度为750C，排量为35立方米，将数据代入上述相应公式，经计算机计算，得出t0，即：抽油泵吸入口的温度为52.10C。据此，为了验证理论计算与实际过程的差别，我们进行了现场试验。

三、现场试验实测情况

为了详细观察热洗过程中井筒井温的变化情况，我们选择了不同产量的具有一定代表意义的南4－丁2－336和高189-603抽油机井进行了热洗试验，并采用井温测井方法对两口井洗井前、洗井过程中及洗井后温度场的变化情况进行测试，具体试验测试情况如下。

（一）试验方案

1、试验目的：

观察抽油机井热洗过程中油套环空中温度场的变化。

2、南4－丁2－336井