热采井井筒环形空间温度场分布研究

对地层-水泥环-套管组合系统的温度有着明显的影响作用遥
关键词：注蒸汽采井曰 ANSYS曰 温度场曰 轴向曰 径向
中图分类号：TE355 文献标志码：A
文章编号： 1004-275X （2019） 08-071-02
S tu d y o n t e m p e ra tu re F ie ld D is trib u t io n in A n n u la r S p a c e o f H o t p ro d u c tio n W e lls
变力 学 问 题来 研究 袁 [4-5] 如图 1尧 图 2 所 示 遥 油 管-地层材料如表 1 所示遥
图 1 井筒几何模型
图 2 油管-水泥环组合温度场分布
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2019 年 8 月 第 46 卷第 8 期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
Aug.2019
Vol.46，No.8
Su Xueru，Ding Yinchuan （Xi’an Petroleum University, Xi’an Shaanxi 710065）
Abstract: in the process of heat production o f heavy oil, it is necessary to produce the problem of temperature field transfer in the wellbore, and to understand the distribution of temperature field is of great value to the oil recovery cycle, oil output, oil output quality and casing damage. Taking the distribution of temperature field in the wellbore in the process of steam injection hot mining as the main research content, using the finite element analysis software ANSYS 16.2, the research model of temperature field distribution in the annular space of wellbore is established. The results show that the thermal conductivity of tubing on formation - cement ring - casing system. It has an obvious influence.
2019 年 8 月 第 46 卷第 8 期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2019.08.027
热采井井筒环形空间温度场分布研究
Aug.2019
Vol.46，No.8
苏Байду номын сангаас茹袁 丁银川
(西安石油大学袁 陕西 西安 710065)
地层 2390 2.69 25 0.21 10.3
1.2 边界条件及网格划分 假设注汽过程中固井状况良好袁 套管尧 水泥
本文以注蒸汽井井筒作为研究对象袁 利用大 型通用有限元分析软件 Workbench17.2 对其温度 场分布进行研究袁 定量分析了支温度场在轴向和 径向的分布情况遥
1 有限元分析
1.1 模型建立 本文的研究模型较为简单袁 直接采用 ANSYS
软件建模并划分网格遥 由于所建模型所取的地层 厚度远大于油管-水泥环的厚度袁 所以截图时只 取到油管-水泥环组合遥 由于套管及水泥环径向 尺寸远小于轴向尺寸袁 可把三维空间的热-结构 耦合力学问题简化为热-结构耦合的对称平面应
Key words: steam injection well; ANSYS; temperature field; Axial; Radial
稠油是一种非常规原油袁 占我国石油总资源 的 20%以上袁 其在油层温度下很难流动 袁 [1尧2] 所以 通常采用升高温度的方式对其降黏袁 使其稀释后 再进行开采遥 大部分的研究都是依据注蒸汽采井 来展开遥 注蒸汽采井主要包括注汽尧 焖井尧 采井 三个阶段构成袁 在这三个不同阶段井筒和地层间 均发生复杂的温度交换遥
在稠油注蒸汽热采过程中袁 流体在井筒内部 的传热由以下两部分构成院 一是是在井筒环形复 杂空间的非稳态传热过程曰 二是油管内高温高压 热流体的流动及向井筒空间的传热过程 [3]遥 有限 元分析是一种分析计算复杂结构极为有效的数值 模拟方法袁 根据模拟手段袁 建立合理的模型计算 有利于井筒温度场的分析袁 可给提高采井效率及 质量提供理论根据遥
摘 要：在稠油热采过程中袁 必然产生温度场在井筒内传递问题袁 了解温度场分布等情况对采油周
期尧 出油量尧 出油质量尧 套管损坏具有十分重要的价值遥 以注蒸汽热采井过程中井筒内温度场分布情况
作为主要研究内容袁 利用有限元分析软件 ANSYS16.2 建立了井筒环形空间温度场分布研究模型袁 对井筒
环形空间进行温度场分析袁 分析出了不同油管材料下环形空间温度扩散情况遥 结果显示院 油管导热系数
模型几何尺寸院 油管内径为 49.6 mm袁 外径为
60.3mm袁 环空厚度为 31.9mm袁 N80 套 管内 径 为
350
124.2mm袁 外 径 为 139.7 mm袁 水 泥 环 厚 度 为
300
30.2mm袁 井深取 100mm遥 同时假设在半径 10m 处
的地层温度不受注汽温度影响袁 保持原地层温度遥
250
表 1 材料特性参数
200
材料 密度（/ kg·m-3） 导热系数/(W·m-·1 益-1) 弹性模量/GPa
泊松比 线胀系数/(10-6·益-1)
油管 7850
207 0.30 12.0
套管 7850 43.27 207 0.30 11.7
水泥管 1830 0.81 20 0.15 10.3