稠油空心杆电加热井井筒温度场数值模拟
电加热杆抽油井温度分布计算
计 算 模 型 抽 油 井 文 献 标 识 码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： Ｅ ４ 。 Ｅ ５ ． Ｔ ３ ５ Ｔ ３ ５９
Ｃａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｏ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ｌｃ ｒｃ ｌ ｅ ｔ ｇ ｒ ｄ ｉ ｕ ｐ ｎ ｌ ｌ ｕ ａ ｉ ｆｔ ｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅｄ ｓｒ ｂ ｔｏ ｆ ｅ ｔ ｉａ ａ ｉ ｏ ｐ ｍ ｉ ｇ ｗｅｌ ｅ ｈ ｎ ｎ
维普资讯
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块
油
气
田
２０ ０ ８年 ５月
第 １ 第 ３期 ５卷
文章 编 号 ：０ ５ ８ ０ ｛０ ８ ０ ～ ２ — ３ １０ — ９ ７ ２ ０ ）３ １ １０
Ｆ 【 — 【 Ｃ Ｉ ＡＵ Ｊ Ｂ Ｊ Ｋ ０ Ｌ＆ Ｇ Ｓ ＦＥ Ｄ Ｔ ０ Ａ ＪＬ
Ｓ ｎ ｈｑ ａ （ｃ ｏ ｌ ｆ ｅｒ ｌｕ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ， ｎ ｔｅＵ ｉｅｓｔ， ｉｇ ｈ ｕ４ ４ ２ ｈ ｎ ）Ｚｈ ｎ ｎ ｓ ｅＬｉ ｉｇｉ ｇｅ Ｌ ｏ ｇＳ ｉｕ ｎＳ ｈ ｏ ｔｏｅ ｍ ｇｎ ｅｉ ｇＹａ ｇｚ ｎ ｖ ｒｉ Ｊｎ ｚ ｏ ３ ０ ￣Ｃ ｉａ， ａ ｇＧｏ ｇｈ ， ｎ Ｊｎ ， ｔ ｏＰ ｙ Ｊ ａ
电加热杆抽油 井温度分布 计算
宋 时权 张公 社 李 晶 晶 于洋 洋
（ 江 大 学 石 油 工 程学 院 ， 长 湖北 荆 州 ４ ４ ２ ３ ０ ３）
摘
要
随 着 油 田开 发 的 深 入 ， 些 高黏 度 、 一 高凝 固点 、 高含 蜡 原 油 的开 采 比 例越 来越 大 。 了经济 高效 地 开发 这 些 油 为
ｏｉ． Ｔｈｅ ｅ ｌ ｔ ｍｐｅｒ ｔ ｒ ｉ ｔ ｍ ａｉ ｃ ｕｓ ｔ ａ ｆ ｔ ｈｅ ａ ｕ ｅ ｓ ｈｅ ｎ ａ ｅ ｏ ｆｅｃ ｔ ｖｉｃ ｉｙ Ｔｈｅ ｉ ｃ ｓｔ ｉ ｔ ｃ ｅ ｓ ｏｓｔ ． ｖ ｓ ｏ ｉｙ ｓ ｈｅ ｏｒ ｐａ ａ ｅ ｅ ｔ ａ ｒ ｍ ｔ ｒ ｏ ｐｐｒ ｉ ｅ ｈｅ ａ ｓ ｔ
稠油热采井注热过程数值模拟与参数优选
稠油热采井注热过程数值模拟与参数优选王厚东;闫伟;孙金;邓金根;曹砚锋;张磊;闫新江;高佳佳;潘豪【摘要】综合考虑应力场、压力场和温度场的耦合作用对地层塑性破坏的影响,建立了稠油热采井注热过程三维有限元分析模型,并以渤海某稠油油田为例对井筒附近温度场、压力场以及临界注入条件进行了计算分析,结果表明:注入温度和注入压力增大会导致地层塑性应变增大,地层出砂的可能性增大;以等效塑性应变0.4％为出砂判断准则,基于不同蒸汽注入温度、注入压力条件下的地层塑性应变分析结果,确定了不同注入压力下导致地层出砂的临界注入温度;注入压力从17 MPa升至23 MPa时,为了防止地层发生塑性破坏,临界注入温度需从310℃降低到176℃,且临界注入温度与对应的注入压力近似呈线性递减.上述结果可以为稠油热采井更好地选择注入压力和注入温度提供参考.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2016(028)005【总页数】6页(P104-109)【关键词】稠油;热采井;出砂;塑性应变;临界注入温度;数值模拟;参数优选;渤海【作者】王厚东;闫伟;孙金;邓金根;曹砚锋;张磊;闫新江;高佳佳;潘豪【作者单位】中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249;中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249;中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249;中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249;中海油研究总院北京100028;中海油研究总院北京100028;中海油研究总院北京100028;中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249;中海油研究总院北京100028【正文语种】中文【中图分类】TE357.44王厚东,闫伟,孙金，等.稠油热采井注热过程数值模拟与参数优选[J].中国海上油气，2016,28(5)：104-109.Wang Houdong,Yan Wei,Sun Jin,et al.Numerical simulation and parameter optimization for heat injecting progress of heavy oil thermal recoverywells[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(5):104-109.目前渤海海域已发现南堡35-2、秦皇岛32-6和埕北油田等20多个稠油油田，稠油油田在渤海的储量发现及产能建设中占有十分重要的地位[1]。
电加热提高稠油采收率技术的数值模拟方法
电加热提高稠油采收率技术的数值模拟方法
王玉斗;关继腾;王殿生
【期刊名称】《应用科学学报》
【年(卷),期】1999(000)002
【摘要】根据电加热稠油油藏机理，建立了电热过程中电流场，渗流场与温度场的数学模型和离散模型，讨论了该模型相应的算法，编制了计算软件并给出了数值模拟结果，结果表明电加热稠油油藏是一种提高稠油采收率的有效方法。
【总页数】8页(P134-141)
【作者】王玉斗;关继腾;王殿生
【作者单位】山东石油大学;山东石油大学
【正文语种】中文
【中图分类】TE345
【相关文献】
1.稠油热采提高采收率技术 [J], 郗文博
2.超稠油Ⅲ类油藏夹层发育模式及SAGD提高采收率技术 [J], 王倩;高祥录;罗池辉;孟祥兵;甘衫衫;刘佳
3.渤海稠油油田高含水期提高水驱采收率技术研究及应用 [J], 张俊廷;周铮;谢岳;王美楠;刘斌
4.中深层稠油油藏火驱提高采收率技术 [J], 冯天
5.稠油边水油藏提高采收率技术分析 [J], 刘洋
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电加热稠油热采井筒温度场数值计算方法
电加热稠油热采井筒温度场数值计算方法朱广海; 刘章聪; 熊旭东; 宋洵成; 王军恒; 翁博【期刊名称】《《石油钻探技术》》【年(卷),期】2019(047)005【总页数】6页(P110-115)【关键词】稠油热采; 连续电加热; 电磁短节加热; 井筒; 温度场; 数学模型【作者】朱广海; 刘章聪; 熊旭东; 宋洵成; 王军恒; 翁博【作者单位】中国石油大港油田分公司石油工程研究院天津300280; 中国石油勘探开发研究院北京100083; 中国石油新疆油田分公司工程技术处新疆克拉玛依834000; 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TE357.44稠油的黏度大、流动性差，且其黏度对温度特别敏感，温度每升高8～9 ℃，黏度可降低50%，因而提高温度是改善稠油流动性的有效措施[1]，因此，普遍采用热采工艺开发稠油。
目前，稠油热采工艺主要有电加热、热流体循环、蒸汽吞吐和蒸汽驱等[2-6]，其中，电加热工艺是稠油开发的主要选择[7]。
现场常用电加热工艺主要有空心油杆电加热、伴热带电加热和电磁短节加热等，按照加热介质和加热功率是否连续，可将电加热工艺分为连续电加热和电磁短节加热两类。
由于稠油黏温特性、油井井身结构的不同，电加热工艺选择、加热功率和加热时长等作业参数设计，均需要精确计算井筒温度场。
因此，深入研究电加热工艺的井筒与储层间的换热机理，建立换热模型和温度场计算方法，进而获取不同加热工艺和作业参数下井筒温度场的分布特征，对电加热稠油热采工艺选择、作业参数设计和提高稠油开采效果具有重要意义。
国内外对电加热稠油热采换热问题的研究主要集中于连续电加热工艺，而对电磁短节加热工艺井筒温度场的研究较少。
此外，温度不仅对稠油黏度影响较大，还对其比热容和热导率2 个热物性参数有较大影响，而现有模型未考虑温度对稠油热物性的影响[8-9]。
为此，笔者考虑温度场工程计算精度需求和数值计算方法的可靠性，耦合半瞬态换热分析方法[10-14]和基于流型的气液两相流机理模型[15-17]，建立了考虑温度对稠油热物性影响的电加热稠油热采流动与换热控制方程，形成了连续电加热和电磁短节加热井筒温度场的数值计算方法，并用计算实例分析了2 种电加热工艺的井筒温度场剖面特征、加热功率对2 种工艺井口温度及平均温度的影响。
井筒中温度场测井响应特征模拟
井筒中温度场测井响应特征模拟任敏;马火林;王文娟;张祎然;唐杰;王建伟【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2014(011)001【摘要】掌握井下温度分布,对于动态监测注入井或生产井有着重要意义.针对垂直注入井或生产并井筒及周围地层,在合理假设井筒中流体流速变化的基础上,根据连续介质和多孔介质传热,建立了柱坐标下二维油水两相流的温度场数学模型,并应用全隐式格式的有限差分法进行离散与求解.通过编程模拟计算了不同注采参数(如注采速度、注入温度、注采时间等)及地层厚度的井筒温度场分布,模拟结果符合一般认识,该研究为监测油田的注采动态提供了理论基础.【总页数】6页(P71-76)【作者】任敏;马火林;王文娟;张祎然;唐杰;王建伟【作者单位】中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉 430074;中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉 430074;中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉 430074;中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉430074;湖北江汉石油仪器仪表股份有限公司,湖北武汉 430205;中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院,新疆库尔勒 841000【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.稠油空心杆电加热井井筒温度场数值模拟 [J], 高云松;付志远;丁亮亮;罗玉合;罗雷雨2.碳酸盐岩油藏近井筒区域温度场的模拟 [J], 柳明;张士诚;牟建业;宋卫东;孟军3.反循环热洗有杆泵井井筒温度场数值模拟 [J], 张立刚;谭甲兴;陶泽俊;王倩颖;李浩;娄绢平;孙道坤;薛东阳4.反循环热洗有杆泵井井筒温度场数值模拟 [J], 张立刚;谭甲兴;陶泽俊;王倩颖;李浩;娄绢平;孙道坤;薛东阳5.Y油田CO2驱注入井井筒温度场和相态模拟研究 [J], 赵杨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
渤海油田热采井井筒剖面温度数值模拟
渤海油田热采井井筒剖面温度数值模拟林家昱;张羽臣;谢涛;霍宏博;王文【摘要】渤海油田稠油储量丰富,热采开发是现阶段高效开发稠油油藏的主要技术之一,在热循环条件下,复杂的交变应力易引起套管变形、断裂,极大地影响了油田的开采寿命及生产安全.通过对传热过程的分析,将传热过程作为井筒内的稳态传热过程和井筒外的非稳态传热过程的组合,应用ANSYS软件进行数值模拟,得到了350℃、330℃、310℃及280℃下水平井垂直+弯曲段井筒温度场分布图及水平井油层水平段井筒温度场分布图.并使用Landmark软件的Wellcat模块,根据NB35-2-X井实际注入参数,模拟计算热采工况下的井筒温度场.模拟结果表明:边界温度不变,只改变注汽温度,井筒温度分布规律不变,水平井中油层水平段温度梯度最高.【期刊名称】《石油工业技术监督》【年(卷),期】2019(035)007【总页数】4页(P4-7)【关键词】热采井;井筒温度场;数值模拟;渤海油田【作者】林家昱;张羽臣;谢涛;霍宏博;王文【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459;中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津300459【正文语种】中文0 引言渤海油田自2008年起开始稠油热采开发实践，热采开发技术的应用使得单井产能明显增加[1-2]。
热采开发是现阶段高效开发稠油油藏的主要技术之一，注蒸汽阶段井筒条件最差，井内温度最高，产生的井周热应力最大[3-4]。
随着蒸汽注入，套管温度最终达到最高值，这一过程极易造成热采井套管损坏，甚至是采油阶段套损的成因[5]。
所以，井筒温度变化对于研究注蒸汽套管损坏问题至关重要。
针对热采井的井筒温度国内外相关学者也有较多研究，Fortanilla等[6]推导了蒸汽注入期间的井筒传热计算模型，Hasan等[7]完善了井筒压力和热损失计算问题，Gunnar Skulason Kaldal等[8]建立了高温注汽井管柱的有限元模型，为热采井的管柱设计提供支持，单学军等[9]对热采过程中井筒温度的影响因素进行了分析，王厚东[10]、陈勇[11]等应用数值模拟对井筒热应力进行了分析。
海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用.
西南石油大学学报 (自然科学版2012年 6月第 34卷第 3期Journal of Southwest Petroleum University (Science &Technology EditionV ol. 34No. 3Jun. 2012编辑部网址:http ://文章编号:1674– 5086(2012 03– 0105– 06DOI :10. 3863/j.issn. 1674– 5086. 2012.03. 015中图分类号:TE355文献标识码:A海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用 *李伟超, 齐桃, 管虹翔, 于继飞, 隋先富中海油研究总院, 北京东城 100027摘要:海上稠油油田的开发越来越受到人们的重视, 多元热流体吞吐是一项集热采、烟道气驱等采油机理于一体的新型、高效稠油开采技术, 该技术在渤海油田进行了现场试验并取得了成功。
以渤海 M 油田多元热流体吞吐实验井为例, 介绍了海上稠油油田多元热流体吞吐工艺的特点; 研究了热流体吞吐井各传热环节及井筒温度场分布模型, 建立了井筒综合传热系数的计算方法, 并以海上实际热流体吞吐井为例进行了计算。
在此基础上, 模拟了隔热油管导热系数、下入深度、多元热流体组成等工艺参数对热采效果的影响, 并得到了一些有益的结论, 为海上稠油油田规模化热力采油工艺方案优化设计起到指导性作用。
关键词:海上油田; 稠油; 多元热流体; 吞吐; 热采网络出版地址:http :///kcms/detail/51.1718.TE.20120517.1604.015.html李伟超, 齐桃, 管虹翔, 等. 海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用 [J ]. 西南石油大学学报:自然科学版, 2012, 34(3 :105– 110. Li Weichao, Qi Tao, Guan Hongxiang, et al . Research and Application of Wellbore Temperature Field Models for Thermal Recovery Well in Offshore Heavy Oilfield [J ]. Journal of Southwest Petroleum University :Science &Technology Edition , 2012, 34(3 :105– 110.引言在海上油田稠油开采过程中, 由于受到环境条件、作业空间、操作成本等因素的影响, 陆地油田常规热采开发方式和工艺技术 [13]的应用受到很大限制, 其开采难度远远高于陆上稠油油田。
注入井井筒二维瞬态温度场的数值模拟
［ ］何 建华 ， 树 林 ．高 含水 期 微 观 剩 余 油 分 布 研 究 口］ ３ 张 ．石 油 天 然
气 学 报 （ 汉 石 油 学 院 学 报 ）２ ０ ，８ ４ ：４—４ ． 江 ，０ ６ ２ （） ３ ０３ ４ ［ ］贾 忠伟 ， 清 彦 ．水 驱油 微 观 物 理 模 拟 实 验 研 究 ［］ ４ 杨 Ｊ ．大 庆 石 油
地 质 与 开发 ， ０ ２ ２ （ ） ４ — ９ ２ ０ ， １ １ ： ６４ ．
余 油 以提高采 收率 。在 特 高含水 期 ，中高渗样 品 的 剩 余油少 部分分 布在 Ｔ 为 ７ １ ～１ ５ ０ｍｓ ． ９ ５ ． 的孔 隙 内 ，集 中分布在 Ｔ 为 ２ ． ～６ ． ６ ８ ４ ５ｍｓ的中孔 隙 内，
础 ，根 据 能 量 守恒 方 程 ，将 整 个 井 筒二 维剖 面 按 轴 向和 径 向 划 分 成 一 定 数 目的控 制 体 ，建 立 一 系
列控 制体 的瞬 态能量 平衡 方程 ，便 可得 到整 个井 筒在不 同注入 时 间的温度 分布 。根据 注入 井工 艺
特 点 ， 建 立 注入 过 程 中 井 筒 二 维 瞬 态 温 度 场 预 测 模 型 ， 给 出模 型 的 定 解 条 件 ， 并 采 用 有 限 差 分 法
ａ Ｔ ２ （ 一 Ｔ１ Ｉ 。 ｌ ｈｉ Ｔ ） Ｑｌ
（ ）模 型系 统 中的各热 物性参数 保持 恒定 ，不 ２
随温 度 、时间变 化 。
（ ）井 筒液体 不可压 缩 ，液体 密度 、热传 导率 ３
和 比热 等参 数与温 度无关 。 （ ）原 始地层 温度呈 线性 分布 。 ４
４ ２
《 气田地 面工程》第 ３ 卷第 １ ２ １．１ 试验研究＞ 油 ０ 期（０１０）（
稠油空心杆电加热井井筒温度场数值模拟
稠油空心杆电加热井井筒温度场数值模拟
高云松;付志远;丁亮亮;罗玉合;罗雷雨
【期刊名称】《油气田地面工程》
【年(卷),期】2010(029)005
【摘要】随着石油开采和钻井技术水平的提高,高黏度、高凝固点原油的开采比例越来越大,稠油的高黏度给原油开采带来很多困难,采用空心杆电加热井是一种非常有效的降黏方法.为了经济、高效开采稠油并合理设计电加热参数,井筒温度场预测至关重要,根据传热学原理,建立了稠油有杆泵电加热井的井筒温度场预测模型.用有限差分法求解数学模型,并通过实例井计算分析,为稠油有杆泵电加热并生产方案设计提供了科学依据.
【总页数】2页(P37-38)
【作者】高云松;付志远;丁亮亮;罗玉合;罗雷雨
【作者单位】中国石油技术开发公司阿克纠宾石油机械公司;西南油气田蜀南气矿;西南石油大学;西南油气田蜀南气矿;西南石油大学
【正文语种】中文
【相关文献】
1.海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用 [J], 李伟超;齐桃;管虹翔;于继飞;隋先富
2.水平井稠油开采中电加热井筒的抽汲工况 [J], 任瑛;李煌中
3.电加热井的井筒温度场数学模型 [J], 汪泓
4.井筒温度场在电加热井中的应用 [J], 邓文
5.电加热稠油热采井筒温度场数值计算方法 [J], 朱广海; 刘章聪; 熊旭东; 宋洵成; 王军恒; 翁博
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电加热模型
空心杆电加热井筒的数学模型及其应用摘要对于稠油生产井，特别是在冷抽的情况下，对井筒中流体保持足够的流动能量是非常必要的，因此，应该确定各种条件下井筒温度的分布以便选择出合理的生产制度和生产设备。
目前，最有效的方法是在空心杆内安装上电缆来加热石油。
在本文中，将详细叙述关于内装电缆的空心杆电加热的一个成功的数学模型。
它考虑到了热量的导热传热机理，对流传热机理和辐射传热机理以及油水混合物的物理性质和热力性质的变化。
这个模型很使用，其计算结果可以为稠油开采设计提供基础数据，例如井的产能，电缆的安放深度，生产速率等，可通过该模型来确定并可进行优化选择。
该模型已经在冀东油田得到应用，并有明显效果，同时正被讨论研究。
简介中国富含稠油资源。
但是稠油的高黏度使得用传统的开采方法来开采稠油油藏效果很不好，因为井筒中热损失导致原油流动的阻力不断增加。
因此如何维持井筒内流体流动能力成为了稠油开采非常重要的一环。
目前，电加热空心杆是稠油开采中最有效的方法之一了,它通过加热空心杆来加热相临油管中的原油，这样原油的黏度大幅度下降使原油能很容易被采出地面。
这个方法加热效果很好，产出液能有效地吸收由装在空心杆内的电缆通电所产生的热量。
本文将建立描述此过程的一个相应的数学模型，它可以预测井筒温度的分布并且已成功的应用到设计当中了。
数学模型的发展让我们先看看内装有电缆的空心杆中的循环系统。
先安装一个稳定的直线型的加热源系统，它的作用是加热井筒中往上流的流体。
在假设电缆的总功率和原始地层温度已知的情况下确定井筒产出液的温度分布。
井筒中流体在流动过程中从井筒不断向周围地层散热，描述该过程的能量平衡方程为；f e c c dW gdz vdvdH dQ dQ g J g J J++=-+ （1）假设热量在地层中为不稳定传热，在井筒中为稳定传热，则流体温度的方程可写成；()()()10,x A e e t t q A q A T Z t b a Z Z A T b a Z A e Wc Wc -⎡⎤=+-+++--+-⎢⎥⎣⎦（2）()2ti ti Wc k r Uf t A r Ukπ+⎡⎤⎣⎦=（3）式（2）和（3）见附录。
油管掺液稠油泵井筒流体温度分布计算
3 有关参数的计算
井筒附近地层从井筒流体获得热量 ,同时将部
分热量扩散到深部地层 ,使地层温度不断升高直到
平衡 。而井筒流体向地层的传热过程与井筒附近地
层有关 ,因此 ,井筒流体温度分布与时间有关 。通过
无因次时间函数可以考虑生产时间对井筒温度分布
的影响 。无因次时间函数 f ( t) 的确定方法如下[2 ] : αe =λr/ ( Ceρe) .
Tf = Te0 + g T h + s
g sinλ -
gc J Cpm
Φ+
g Tsinλ
×
exp Hw - h - 1 .
(2)
s
2. 2 泵上井筒流体温度分布模型
油管内的掺入液仅与环空中的混合液发生热交
换 ,因此有[2 ] :
dq =
-
Ct d
T
=
2πR ti
Ut ( wt
T
-
θ)
d
h.Βιβλιοθήκη (3)T)+
2πλr Rci U c Cc w c [λr + Rci U c f
( t)
]
×
[θ-
( Te0 +
gT h) ] -
gsinλ
Cc gc J
+
Φ.
(8)
由式 (4 ,8) 建立微分方程组 , 得到泵上井筒液体 (包
括油管掺入液和环空混合液) 的温度分布模型为
dT dh
=
2πR ti
U t (θ-
w 为流体质量流量 , kg/ s ;λr 为地层岩石导热系数 , W/ (m·℃) ; R 为管流半径 , m ; U 为总传热系数 ,
电加热杆抽油井温度分布计算
整理课件
(2)电加热功率 根据电热能量的转换原理，电加热功率P
等于油流经井筒某位置举升到井口增温所消 耗的电功率与该过程中向地层方向所损失所 的电功率之和:
P = P1 + P2
整理课件
3.电加热软件应用
以胜利孤东油田的井为例进行电加热参 数计算。可以得到功率，拐点温度，加热深 度，具体结果如下表所示。
整理课件
1：调整前
2：调整后
由上面的温度分布图可以看到，调整后井口温度比拐
点温度高一点点，比较符合要求，且功率也不浪费。
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第二口井：HLKD641X1 基础参数如下表所示：
根据井口温度可以得到所需加热功率 ：
整理课件
该井的粘温曲线图如下：
整理课件
由左图中可以得到拐 点 温 度 为 54.3℃ ， 井 口 温度比其高很多，因此 不符合工程要求，因此 要降低加热功率，避免 功率浪费，消耗能源。 经计算，把加热功率由 原 来 的 78.3kw 降 低 到 56kw,才能使井口温度稍 高于拐点温度，如下的 温度分布对比和粘度分 布对比图：
通过井筒温度场模型，计算了在电加热 下的井筒粘温分布。
整理课件
2.井筒粘温分布计算
2.1. 无电加热条件下井筒温度场分布计算 地层流体在井筒流动的过程中，如果忽略井筒 轴向导热，摩擦热损失及相变热损失。由能量 守恒得沿井深任一点处混合液体的温度：
整理课件
2.2.电加热条件下井筒温度分布计算 线性电加热属于沿程加热， 可假设线性电加
热放出的热量均匀分布于全井筒，可看作是一内 热源，考虑内热源q1条件下, 井筒流体流动的过 程的温度 (加热下起点到加热上终点）分布为：
稠油热采数值模拟技术
井系数修正
稠油热采数值模拟小结
模型特点
多组分模型功能 能量守恒、传热、导热问题
顶底盖层散热、隔夹层吸热升温
热物性、水蒸汽特性
油藏比热、导热系数 稠油粘温关系 相渗数据随温度变化
注汽井
注汽速度、注汽压力（温度）、注汽干度 干度>0时：根据饱和蒸汽压力，自动算出饱和温度
生产井
网格参数、油藏参数 流体参数 岩性数据 初始化数据 数值方法参数 井和动态数据
井筒温度模拟
网格参数
坐标系及网格选择：直角网格、柱坐标网格、 角点网格
网格划分：NX、NY、NZ 网格大小：DX、DY、DZ，网格大小可以是 简单的常数，也可以是不同变数
网格修正：对于边部、角部等特殊网格的体 积、面积修正。
3
S J 1.0
J 1
热采油藏模拟的基本数学方法
基本微分方程
质量守恒方程 Z
流入质量 - 流出质量 + 源/汇产生的质量 = 质量的变化
能量守恒方程
单位时间净流入单元体的能量 + 由传导和辐射净传递的能量
流入
+ 源/汇产生的能量 - 向盖、底层散失的能量 = 单元体内能的变化量
约束方程
Y
热采油藏模拟软件的附加功能
注蒸汽加添加N2、 CO2 注蒸汽加泡沫剂Foam 分散组份：凝胶、聚 合物、碱化物
边底水模型
泡沫油Foamy 井筒离散化的水平井
角点网格
局部网格加密
动态数组 断层处理 双孔、双渗 出砂冷采 电磁加热 火烧油层 低温氧化 地质力学模型：压裂、 地层变形
热采数值模拟配套技术
芯片上一 级高速缓 存
64 TB
超级扩充体 系结构，性 能是486DX/ 33 MHz的5 倍
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。
热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析
收稿日期:2000203210作者简介:高学仕(1955-),男(汉族),副教授,硕士,山东乳山人,从事采油机械工程方面的研究工作。
文章编号:100025870(2001)022*******热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析高学仕1, 张立新1, 潘迪超2, 郑金军2(1.石油大学机电工程系,山东东营257061;2.胜利油田孤岛采油厂,山东东营257000) 摘要:利用有限元分析软件ANSYS 分析了热采井筒的瞬态传热。
分析结果表明,随着注汽的进行,在模型任一位置上的径向热流量均逐渐减小,能量损耗随着注汽周期的延长而下降。
因此,适当延长注汽周期有利于节省能源。
如果不能延长注汽时间,则可以通过适当地增大单位时间的注汽量来降低能量损失。
关键词:热采井;井筒;温度场;加热区;瞬态传热;数值模拟;ANSYS 分析软件中图分类号:TE 357.44 文献标识码:A1 计算模型的建立在热采井中,井筒蒸汽与套管通过对流换热向井筒周围散热,同时产生从射孔到油层的传质热传导。
由于在有限元中无法解决传质问题,因此一般简化为具有一定半径的加热区模型,如图1所示。
套管内侧受到热蒸汽作用,为对流换热边界;套管外为固井水泥环,水泥环外有泥岩和沙岩两种地层;下部是热蒸汽通过射孔直接进入地层而形成的加热区。
图1 热采井温度场有限元模型1.1 计算原理井筒模型属于轴对称模型(对称轴为y ),由于不含热源,其瞬态传热公式为 5T 5t =k ρc p 52T5r 2+1r 5T r +52T 5y 2.(1)非稳态无内热源轴对称温度场的微分方程为D [T (x ,r ,t )]=k r52T 5x 2+r 52T 5r 2+5T5r -ρc p r 5T 5t=0.(2)应用G alerkin 法可得到轴对称温度场整体区域“变分”计算的基本方程为 5J p5T l =κDkr 5W l 5x 5T 5x +5W l 5r 5T 5r + ρc p W l r 5T 5t d x d r -κΓkW l r 5T5n d S =0.(3)利用温度场变分方程对模型进行剖分离散、单元分析及最终总体合成,即可完成模型温度场的求解。
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。
油井电缆加热优化设计的数值模拟
油井电缆加热优化设计的数值模拟
张建;羊争鸣
【期刊名称】《石油钻采工艺》
【年(卷),期】1992(014)006
【总页数】6页(P69-74)
【作者】张建;羊争鸣
【作者单位】北京石油勘探开发研究院;北京石油勘探开发研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TE319
【相关文献】
1.刚果深水稠油井井筒电缆加热降黏工艺 [J], 杜建波;熊友明;马帅;徐睿;汪红霖
2.降低油井加热电缆井口部分故障率 [J], 尹冰
3.步进式加热炉蓄热式改造的数值模拟及优化设计 [J], 孙兆虎
4.基于高斯热源的钢轨气压焊火焰加热温度场数值模拟及加热器优化设计 [J], 江俊志;戴虹;周世恒
5.高凝固点油井电缆电加热制度优化 [J], 郑丹
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矿井井筒温度调节一体化方案的数值模拟分析
矿井井筒温度调节一体化方案的数值模拟分析摘要：本文以减少设备初投资、减少设备运行费用和提高矿井工作环境为原则，针对矿井井口房冬季和夏季工况建立了矿井井筒三维数值模拟模型，并进行相应的数值模拟。
在模拟分析的基础上，提出了井筒冷却和井筒防冻系统的综合设计方案即井筒温度调节一体化解决方案。
从温度调节一体化解决方案的模拟结果来看，此系统可完全替代夏季井筒冷却系统和冬季井筒防冻系统，而且冷却和防冻的效果明显得到改善。
关键词：矿井井筒；温度调节；数值模拟0.引言矿井井筒是地面和井下联系的重要通道，冬季气温低于一定温度时，为了设备和人员安全起见井筒必须进行防冻设计，因此井筒防冻设计有着重要而特殊的意义。
再者，浅层矿井夏季易出现轻度热害，为了矿井合适的工作温度，需要进行矿井降温，因此矿井降温技术措施中井筒冷却的方法也具有非常重要的意义[1-5]。
目前，人们对井筒防冻已经进行过相应的研究，不过研究一般只针对矿井井筒能否达到规范要求的设计温度，并没有考虑整个井筒内温度场和速度场的耦合变化情况。
同时也没有把井口房采暖和井筒防冻这两者综合研究。
综合考虑冬季的副井井口房的采暖与副井的井筒防冻和夏季的井筒冷却的设计方案暂时还没有，所以本文本着减少设备初投资、减少设备运行费用和提高矿井工作环境的原则，针对井口房冬季和夏季工况运用进行数值模拟，希望能探寻出一种最优化的综合设计方案，既能满足冬季井筒防冻又能满足夏季井筒冷却。
1.耦合传热模型目前，对于大多数实际工程中的耦合问题都无法获得解析解，一般采用数值求解的方法。
对于复杂的耦合换热问题通常会采用整场数值求解的办法。
本文所研究的井筒内传热问题就属于此类流固耦合传热问题。
下面就利用整场求解的办法来解决井筒处的耦合换热问题。
1.1物理模型图1井筒三维计算模型示意图对于副井井口房,由三个矩形组成。
其中每个矩形的长宽分别为5×12m、20×8m和9×6m。
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油管 内的油流 由以下 能量 守恒方 程描 述
根 据牛顿 差商 对 流体 能量守 恒方 程离 散化 ，并
电加 热杆技 术 通 过 集 肤 效应 加热 空 心 抽 油 杆 。
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集肤 效应 是高频 下 导体 内 电流分 布不 均匀 的一 种现 象 。依靠 集肤效 应 原理 ，将 空心 杆体 加热 ，通 过热 由油 管 内油流 能量 守恒 方程 可得 ，油管 与油 管 内油 流 的换热热 流量 为
井 电加 热 生 产 方 案 的 制 定 提 供 科 学 的 依 据 ，从 而 达
到 节 能 的 目的 。
（ ） 初始 条件 。 当油 井 生产 即开 始加 热 ：以原 ３ 始 地层温度 为初 始 条件 ；当常 规生 产结 束 后开 始 加
热 ：以未加热 的常规生产 过程井筒流温 为初始条件 。
（ ） 边 界 条 件 。 内边 界 抽 油 杆 为 绝 热 边 界 ；外 ２ 边 界 地 层 为 原 始 地 层 温 度 ；下 边 界 地 层 为 恒 温 边 界 。
资少 、可连 续加 热 等优点 而成 为稠 油或 高凝 油 开采 的重要 工艺 手段 之一 。通 常对 电加 热参 数 的选择 是 依据经 验 ，这往 往造 成能 源浪 费 。通过 开展 传 热机 理研究 ，建 立井 筒 温度场 预测 数学 模 型 ，可 为稠 油
代 入式 （ ）得 ４
２ ｃ 卜 △ （ ｒ 。 ７ ＴＬ 一 Ｔ ）＋ ２ ， 丌ｒ＾△ （ Ｔ ， 一 Ｔ ， ）一 Ｃ Ｔ Ｍ ｍ（
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３ ８
油 气 田 地 面 工程 第 ２ 卷 第 ５期 （ ０ ０ ５ ９ ２ １ ．
２ 模 型 的有 限差 分 解
（ ）模 型 的差分 离散 。应 用有 限差分 法求 解偏 １ 微 分方 程 ，首先 对求 解 区域进 行 网格 划分 。采 用有
限 差 分 法 的 均 匀 网 格 划 分 将 系 统 离 散 ，横 坐 标 ｒ 方
１ 数 学模 型 的建 立
（ ）基 本方 程 。空心 杆 电加热 井筒 流体 ，井 筒 １ 温度是 瞬态 变化 的 。为建 立 井 筒 温 度 场 预测 模 型 ， 做 如下 简化假 设条 件 ：① 环 空介质 在整 个油 管 中 ］ 均 匀分 布 ，且热 物理性 质 不 随压力 下 降而变 化 ；② 模 型系 统 中的热 物理参 数恒 定 ，不 随温 度 、压力 变 化 ；③ 流体 对外 不做 功 ，流速 恒定 ；④ 电加 热抽 油 杆 加热功 率恒 定 ，加热 温度 场情 况稳 定 。 根据 井筒 内流体 的质量 守恒 、运 动平 衡 和能 量 守 恒方程 ，对 整个 系统 剖 面建 立平 面坐 标系 ，模 型
稠 油的 高黏度 给 原油 开采 带来很 多 困难 ，采 用 空心杆 电加 热 井是 一种 非 常有 效的 降黏 方法 。为 了
经 济 、高效 开采稠 油 并合理 设计 电加 热参 数 ，井筒温 度场预 测 至 关重要 ，根据 传 热 学原 理 ，建立 了稠 油 有杆 泵 电加 热 井的 井筒 温度 场预 测模 型 。用有 限差 分法 求解数 学模 型 ，并 通过 实例 井计算 分析 ，为稠 油有杆 泵 电加 热 井生产 方案设 计提 供 了科 学依据 。 关键 词 ：稠油 ；电加热 ；温 度场 ；数 值模 拟
长为 △ ｚ的 节 点 ，以 下 标 表 示 ， 一 ０ １ … Ｚ； ， ，２ 在 时 间 ｔ 向上 取 步 长 为 Ａｔ的 节 点 ， 以 下 标 ｎ表 方
示 ， 一０ １ ２ Ｋ。 ， ， …
对式 （）进 行 牛顿差 商分 解并 整理得 ＿ ２ ５
Ｔ 寸 —Ｆ （ Ｌ ， Ｔ ， ｒ， ＋ Ｔ７ ） 。Ｔ ＋ ＋ ｆ ， 厂１ ＋
抽 象 为 有 内 热 源 的 二 维 非 稳 态 问 题 。则 井 筒 温 度 热
向 的离 散 由 ｉ 标 定 ，纵 坐标 ｚ方 向 的离 散 由 来 来 标 定 ，节 点记 为 （， ）４。 ｌ ］ 在 横坐 标方 向上 取 步长 为 △ ｒ的节 点 ，以下 标 ｉ 表示 ，ｉ ，１ … Ｎ；在 抽 油杆 柱 方 向上 取 步 ＝０ ，２
油 气 田地 面 工程 第 ２ ９卷 第 ５期 （ ０ ０ ５ ２ １． ）
３ ７
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ — ８ ６ ２ １ ． ５ ０ ９ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ６６ ９ ． ０ ０ ０ ． １ ｓ
稠 油 空 心 杆 电加 热 井 井 筒 温 度 场 数 值 模 拟
高云 松 付 志远 丁 亮 亮。 罗玉 合 罗 雷 雨。
（ ．中国石油 技术 开发 公 司阿克 纠宾 石油 机械 公 司 ；２ １ ．西 南油 气 田蜀南 气矿 ；３ ．西南 石 油大学 ）
摘 要 ：随 着石 油开采 和钻 井技 术水 平的提 高 ，高黏 度 、高凝 固点 原 油的 开 采 比例 越 来越 大 ，
Ｑ２— ２［１ Ａ （ １ Ｔ ） ２ ｒｈＸ（ ａ Ｔ ） （ ） ｈ ｚ 丁 ～ ２ ＋ ２ ／ Ｔ — ２ ３ ７ ｒ ｚ
传导 ，可 提高井 筒 内原油 温度 ，降低 原油黏 度 ，增
加流 动性 ，防止 结蜡 ，有 效解 决 了高凝 、高黏 、高
含蜡 原油 在井筒 举 升过程 中的难题 。 ］ 空 心 抽 油 杆 电 加 热 系 统 加 热 具 有 结 构 简 单 、投