关于油井伴热使用量测算方法的研究

关于油井伴热使用量测算方法的研究

【摘要】稠油生产中，为了降低管线内原油流动阻力，大多是采用加热的方式。例如采用蒸汽线与油管线并行，利用热传递的方式给管线内的原油加热。但是现场使用中对于伴热使用量始终没有一个计算方法，往往是通过估计或者经验来判断伴热蒸汽使用量。伴热蒸汽量使用了多少、对于管网蒸汽压力的影响、对于注汽井效果的影响、一直没有具体的理论数值。本论文就是针对这种情况，研究对于伴热蒸汽使用量的计算方法，通过计算求得油井伴热需要消耗的蒸汽量，对于现场蒸汽使用具有参考意义，尤其是对于注汽井的注汽安排提供比较可靠的理论依据。

【关键词】伴热使用量计算方法注汽安排

1 前言

稠油开采中，降低原油粘度最直接也是最有效地方法就是提高温度。目前普遍使用的就是热交换的方法。作业区一直是使用热蒸汽作为提高原油温度的主要手段，铺设管线时，伴热线与油井管线并行，通过伴热线内的汽与油管线内原油的热交换，达到降低原油粘度，提高输送效率的目的。但是直到目前为止，对于油井伴热蒸汽消耗的数量，始终没有一个比较准确的计算方法。只能通过以往的经验来判断蒸汽的使用量。但是对于冬季伴热保温究竟要耗费多少气量，始终没有一个具有理论依据的计算方法。

因此，对于单井伴热消耗量的计算，显然会带给我们一种新的管理模式，通过计算，用总供气量减去保温及伴热所需要的蒸汽量，

即为可使用注汽量。这样就能更加方便准确的安排注汽生产。对于蒸汽压力或者供气锅炉数量的突然波动可以提前或者更迅速地作出相应的改变。

2 计算方法的可行性研究

2.1 情况分析

2.1.1 水蒸气的性质

水被加热到沸点时，在水的表面和内部便产生大量气泡，气泡升至水面时就破裂开来放出水汽，水就这样逐渐地变成了水蒸气。水由液态变为气态（水蒸气）的过程叫做汽化。水沸腾时，沸水汽化所生成的蒸汽温度与沸水温度相同，始终保持在饱和温度，这种蒸汽叫做饱和蒸汽，这种水叫做饱和水。

饱和蒸汽又分为1、湿饱和蒸汽2、干饱和蒸汽干饱和蒸汽：不含水的饱和蒸汽叫干饱和蒸汽。它是指饱和水全部被汽化，而蒸汽温度仍等于该压力下的饱和温度时的状态。

湿饱和蒸汽：含有水分的饱和蒸汽叫做湿饱和蒸汽，它是指饱和水汽化过程中，处于气与水共存的状态。

虽然蒸汽性质不同，但是都是同质量的水加热到不同温度及压力下所形成的物质。由于其干度不同，所以热量不同，即焓不通。通过上面的公式，我们可以看出，单位体积蒸汽所具备的热量与蒸汽的干度、压力有关。

2.1.2 现场情况分析

因此我们对作业区内使用伴热的油井做了一次调查（表1）：

通过以上统计可以看出，井口出油温度为10-20℃之间，经过伴热蒸汽线并行加热之后，管内油温升至40-50℃。但是不管伴热使用量再怎么加大，对于油温的提高作用却不明显，站内测得管线油温维持在40-50℃。

我们对作业区单井伴热使用情况调查后得到伴热出口水量与管线油温关系图1：

管线内原油温度增加的程度和出口伴热的状态并没有一定的直线关系。当出口为水汽混合物时，增加伴热的供气量并不能明显的增加管线内原油的温度。蒸汽在通过管线时，并没有进行热交换就被放空。因此合适的伴热控制程度为，伴热出口为热水加少部分蒸汽。

2.1.3 分析结论

我们可以认为：

井口伴热利用率最高的情况为，以水为主稍见蒸汽。

蒸汽使用量与管线长度存在一定关系。

2.2 计算分析

2.2.1 对管线内蒸汽运行情况进行分析：

界面a通过的流体为：ρaava

界面b通过的流体为：ρbavb

式中ρ、a、v分别为流体的密度、有效截面、及有效截面上的平均速度。连续性方程表明通过流体各有效断面的质量流量相等。由质量守恒定律可知，单位时间内出口物质质量之和，等于单位

时间内入口物质质量之和。

在合格的调控下，单井伴热出水为95%以上的水加少部分蒸气，此种情况下蒸汽只占很少的一部分。在运用质量守恒定律计算初始蒸汽体积时我们可以将出口的这部分蒸汽质量忽略不计。

我们对于井口伴热出水量做了大量统计，根据水量与该井管线长度的关系得到散点图，并求得趋势曲线：

由上图可知，其出水量与管线长度基本上呈现正比例函数关系其计算公式为：y=0.0425x+1.9902

由此我们可以求的在已知管线长度的情况下，伴热出口物质的质量。

3 分析计算

通过公式：

y=0.0425x+1.9902

可以求得理论伴热出口物质质量，由质量守恒原则，通过查询饱和蒸汽状态表，查得在不同的压力下饱和蒸汽密度。即可还原为初始供气条件下所需要的蒸汽数量。

例如：

以出口水量2l/小时计算

可以求得入口处质量为2.0752kg/h，通过《饱和蒸汽性质表》可以查的在1.2mpa下，蒸汽的密度为6.127kg/m3，即入口状态下需要蒸汽体积为0.34m3/h。

以此类推，可以计算出不同出口水量下所消耗的蒸汽量。4 研究

意义

（1）对于伴热所耗费的蒸汽量有了一定了解，方便了生产的调控

（2）通过供汽压力可以计算出理论伴热消耗蒸汽量，进而实现汽量的合理安排。

（3）对于注汽压力的突然波动可以更为迅速地查找出变化原因，做出快速反应。

参考文献

[1] 武占.油田注汽锅炉.上海交通大学出版社，2008

[2] 傅秦生 .热工基础与应用. 机械工业出版社，2007

作者简介

种新明（1977-）男，锡伯族，新疆人，工程师，主要从事石油开采工作。