确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法及装置与流程

本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法及装置。

背景技术：

油田生产过程中常常采用普遍油管进行生产，从油藏中流出的原油通过抽油泵被举升到地面的过程中，大量的热量通过油套环空、套管、水泥环散失到地层中，一方面原油在井筒中的温度低于结蜡点造成油井结蜡，另一方面原油井井筒中的流动性变差，增加抽油机载荷，能耗增大；同时，因井口原油温度低，在集油过程中需要伴热或掺水输送；影响了油井的正常生产运行。

中国专利cn104100210b公开了一种耐磨防腐外裹隔热油管，由油管、油管内防腐耐磨层、油管外隔热层、隔热层外防腐保护层组成。在所述的油管内固定嵌装一内管；在所述油管的中间段外壁均匀地包裹一层外隔热层，在隔热层外壁外裹一层外防腐保护层；在所述的油管的联接接箍上下操作段及接箍外包裹一层隔热层，在该隔热层外安装一段隔热层保护钢套管。本发明能有效地降低原油从井底流到井口过程中原油自身温度的损失并改善原油在井筒中的流态。解决油管柱杆管偏磨、油管内防腐、结垢、结蜡、油管外防腐，降低抽油机井杆管之间的摩擦阻力，最终达到节能减排、减少杆管损坏、减少井下作业工作量，大大降低石油开采成本。

付亚荣等人发表在2015年第5期《石油石化节能》上的“油井内衬外裹油管试验成功的节能启示”一文指出，为实现油井的清防蜡与节能降耗，应用内衬外裹油管在原油大举升过程中热量散失小的原理，改善原油在井筒中的流态，免去油井洗井、加药，并可能实现油井单管集输。5口试验油井井口温度平均提高13.5℃，抽油机悬点最大负荷下降3.5kn，最小负荷上升1.3kn，平均日节电37.1kwh，节电效果明显。

中国专利201610255875.5提出的油井用隔热保温防腐油管，由普通油管、35crmo内管、隔热层、35crmo密封套、四氟胶套和油管接箍组成；应用到油层温度75℃以上的油井时，井口温度提高15.5℃以上。

虽然隔热保温防偏磨油管在现场上既提高了油井井口温度，又防止了油井偏磨；但在油井中下入多少隔热保温防偏磨油管最经济适用是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法及装置，为合理设计保温隔热防偏磨油管下入深度提供理论依据，既提高了油井井口温度、防止了油井偏磨，又节约保温隔热防偏磨油管投资的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法，所述方法包括：

步骤1、录取油井的基础数据，所述基础数据包括：所述油井的油层中深l、地温梯度td、井斜角α和方位角φ。

步骤2、根据地质开发方案，确定所述油井的下泵深度h和产液量q1。

步骤3、确定所述油井的井筒温度场控制方程。

以油井井筒中心线为x轴，其正方向自井底指向井口；垂直于井筒中心线为y轴；井筒内传热方式为传导和对流换热；井筒内流体(原油、天然气、地层水)为气液两相流；油层以油井井筒轴线为中心轴对称分布，油层内为二维传热；以井筒中的任意一点作为微元控制体，建立油井井筒温度场控制方程，所述井筒温度场控制方程为：

其中：

cosθ＝cosα1cosα2+sinα1sinα2cosδφ式(2)

t＝t(l1，t)式(4)

δφ＝|φ2-φ1|式(5)

在所述式(1)、所述式(2)、所述式(3)、所述式(4)、所述式(5)、所述式(6)和所述式(7)中：所述λ1为所述井筒内流体的导热系数，单位为瓦每平方米摄氏度w/(m².℃)，所述ρ1为在考虑温度、压力和含气情况下，油管内流体的平均密度，单位为千克每立方米kg/m³，所述v1为所述油管内气液两相流的表观流速，单位为米每秒m/s，所述x为所述井筒任意点轴向坐标，所述y为所述井筒任意点径向坐标，所述t为井筒内流体的到达井口的温度，单位为摄氏度℃，所述θ为井筒中某一井段的狗腿角度，单位为度，所述fm为斜井井段油管单位长度正压力，单位为牛n，所述fτ为斜井段油管单位长度两端的轴向力，单位为n，所述δl为斜井井段弧长或点距，单位为米m，所述c1为井筒内流体的热容量，单位为焦耳每摩尔摄氏度j/mol.℃，所述g为重力加速度，单位为米每秒m/s，所述t为井筒流体从抽油泵进口被举升至井口所需要的时间，单位为秒s，所述l1为保温隔热防偏磨油管在油井中下入的深度，单位为米m，所述φ为方位角，单位为度，所述φ1为上测点方位角，单位为度，所述φ2为上测点方位角，单位为度，所述α1为上测点井斜角，单位为度，所述α2为下测点井斜角，单位为度，所述ac为保温隔热防偏磨油管过流面积，单位为平方毫米mm²，所述k为速度常数，所述kv为亨利常数，1803年英国化学家亨利研究气体在液体中的溶解度时，总结出一条经验规律，“在一定的温度和压强下，一种气体在液体里的溶解度与该气体的平衡压强成正比”，这里指氧气o2的亨利常数4.40×10⁶，所述∑ki为一级动力学转化速率，所述kp为分配系数，所述分配系数是在一定温度下，水与空气处于平衡状态时，水与空气在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比，所述e是一个无理数，所述e约等于2.718281828，所述π为圆周率，所述π约等于3.1415926。

步骤4、确定所述井筒的井筒传热方程。

在所述式(8)中：所述d为保温隔热防偏磨油管内直径，单位为毫米mm。

步骤5、确定所述保温隔热防偏磨油管的下入深度。

一个保温隔热防偏磨油管下入深度对应一个井口温度，对式(1)～式(8)采用迭代法求解，得到保温隔热防偏磨油管下入深度l1，迭代是数值分析中通过从一个初始估计出发寻找一系列近似解来解决问题，是一种数值计算处理方法，是技术人员所熟知的方法，在此不详述。

所述的保温隔热防偏磨油管为中国专利201620346797.5发明的油井用隔热保温防磨油管。

所述λ1为井筒内流体的导热系数，可以通过差示扫描量热法试验确定，油井不同的含水其导热系数不同，差示扫描量热法是常用的方法，在此不详述。

所述ρ1为井筒内流体的平均密度，油井的不同含水井筒内流体的密度不同，测定井筒内流体的密度的方法是石油行业常用的方法，在此不详述。

所述c1为井筒内流体的热容量，油井的不同含水井筒内流体的热容量不同，测定井筒内流体的热容量的方法是石油行业常用的方法，在此不详述。

所述t为井筒流体从抽油泵进口被举升至井口所需要的时间，根据地质方案产液量不同其时间不同。

所述v1为油管内气液两相流的表观流速，根据地质方案产液量不同而不同。

所述θ为井筒中某一井段的狗腿角，通过钻井录取的井斜角和方位角计算得到。

所述t为井筒内流体的到达井口的温度，依据工程技术方案确定。

所述fm为斜井井段油管单位长度正压力，通过计算得到。

所述fτ为斜井段油管单位长度两端的轴向力，通过计算得到，其计算方法是石油行业技术人员所熟知的，在此不详述。

所述l为油层中深，能够依据地质方案得到，不同的油井其数值不同。

所述td为地温梯度，依油藏环境变化而变化，根据钻井资料确定。

所述α为井斜角根据钻井资料确定。

所述φ为方位角，根据钻井资料确定。

所述h为油井下泵深度，依据地质方案确定。

所述q1为产液量，依据地质方案确定。

所述δl为斜井井段弧长或点距，根据钻井资料确定。

所述ac为保温隔热防偏磨油管过流面积，通过计算得到。

所述d为保温隔热防偏磨油管内直径为52mm。

第二方面，提供了一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定装置，所述装置包括：

第一确定模块，用于确定所述油井的井筒温度场控制方程，所述井筒温度场控制方程为：

其中：

cosθ＝cosα1cosα2+sinα1sinα2cosδφ式(2)

t＝t(l1，t)式(4)

δφ＝|φ2-φ1|式(5)

在所述式(1)、所述式(2)、所述式(3)、所述式(4)、所述式(5)、所述式(6)和所述式(7)中：所述λ1为所述井筒内流体的导热系数，单位为瓦每平方米摄氏度w/(m².℃)，所述ρ1为在考虑温度、压力和含气情况下，油管内流体的平均密度，单位为千克每立方米kg/m³；所述v1为所述油管内气液两相流的表观流速，单位为米每秒m/s；所述x为所述井筒任意点轴向坐标，所述y为所述井筒任意点径向坐标，所述t为井筒内流体的到达井口的温度，单位为摄氏度℃；所述θ为井筒中某一井段的狗腿角度，单位为度，所述fm为斜井井段油管单位长度正压力，单位为牛n，所述fτ为斜井段油管单位长度两端的轴向力，单位为n，所述δl为斜井井段弧长或点距，单位为米m，所述c1为井筒内流体的热容量，单位为焦耳每摩尔摄氏度j/mol.℃，所述g为重力加速度，单位为米每秒m/s，所述t为井筒流体从抽油泵进口被举升至井口所需要的时间，单位为秒s，所述l1为保温隔热防偏磨油管在油井中下入的深度，单位为米m，所述φ为方位角，单位为度，所述φ1为上测点方位角，单位为度，所述φ2为上测点方位角，单位为度，所述α1为上测点井斜角，单位为度，所述α2为下测点井斜角，单位为度，所述ac为保温隔热防偏磨油管过流面积，单位为平方毫米mm²，所述k为速度常数，所述kv为亨利常数，所述∑ki为一级动力学转化速率，所述kp为分配系数，所述分配系数是在一定温度下，水与空气处于平衡状态时，水与空气在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比，所述e是一个无理数，所述e约等于2.718281828，所述π为圆周率，所述π约等于3.1415926；

第二确定模块，用于确定所述井筒的井筒传热方程；

在所述式(8)中：所述d为保温隔热防偏磨油管内直径，单位为毫米mm；

第三确定模块，用于确定所述保温隔热防偏磨油管的下入深度；

根据井口温度，对式(1)至式(8)式采用迭代法求解，以得到所述保温隔热防偏磨油管下入深度l1。

可选地，所述装置还包括：

录取模块，用于录取油井的基础数据，所述基础数据包括：所述油井的油层中深l、地温梯度td、井斜角α和方位角φ；

第四确定模块，用于根据地质开发方案，确定所述油井的下泵深度h和产液量q1。

本发明有益的效果：本发明实施例提供的一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法及装置，通过确定油井的井筒温度场控制方程，确定井筒的井筒传热方程，确定保温隔热防偏磨油管的下入深度，为合理设计保温隔热防偏磨油管下入深度提供理论依据，既提高了油井井口温度、防止了油井偏磨，又节约了保温隔热防偏磨油管投资。在现场2口油井中应用本发明实施例提供的确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法及装置，井口温度平均提高了16.4℃，达到了既提高油井井口温度，又节约保温隔热油管投资的目的，同时，防止了油井偏磨，应用油井检泵周期平均延长了140天以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定装置的结构框图；

图3是本发明实施例提供的另一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定装置的结构框图。

具体实施方式

实施例1：本发明实施例提供了一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法，本发明实施例以该方法应用于晋xxx-12井为例，对该方法进行说明，如图1所示，该方法可以包括：

步骤101、录取油井的基础数据。该录取的基础数据可以包括：某一特定油井的油层中深l、地温梯度td、井斜角α、方位角φ。

步骤102、根据地质开发方案，确定某一特定油井下泵深度h和产液量q1。

步骤103、确定油井的井筒温度场控制方程。

以油井井筒中心线为x轴，其正方向自井底指向井口；垂直于井筒中心线为y轴；井筒内传热方式为传导和对流换热；井筒内流体(原油、天然气、地层水)为气液两相流；油层以油井井筒轴线为中心轴对称分布，油层内为二维传热；以井筒中的任意一点作为微元控制体，建立油井井筒温度场控制方程。

其中：

cosθ＝cosα1cosα2+sinα1sinα2cosδφ式(2)

t＝t(l1，t)式(4)

δφ＝|φ2-φ1|式(5)

在式(1)、式(2)、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)和式(7)中：λ1为井筒内流体的导热系数，单位为瓦每平方米摄氏度w/(m².℃)，ρ1为在考虑温度、压力和含气情况下，油管内流体的平均密度，单位为千克每立方米kg/m³，v1为油管内气液两相流的表观流速，单位为米每秒m/s，x为井筒任意点轴向坐标，y为井筒任意点径向坐标，t为井筒内流体的到达井口的温度，单位为摄氏度℃，θ为井筒中某一井段的狗腿角度，单位为度，fm为斜井井段油管单位长度正压力，单位为牛n，fτ为斜井段油管单位长度两端的轴向力，单位为n，δl为斜井井段弧长或点距，单位为米m，c1为井筒内流体的热容量，单位为焦耳每摩尔摄氏度j/mol.℃，g为重力加速度，单位为米每秒m/s，t为井筒流体从抽油泵进口被举升至井口所需要的时间，单位为秒s，l1为保温隔热防偏磨油管在油井中下入的深度，单位为米m，φ为方位角，单位为度，φ1为上测点方位角，单位为度，φ2为上测点方位角，单位为度，α1为上测点井斜角，单位为度，α2为下测点井斜角，单位为度，ac为保温隔热防偏磨油管过流面积，单位为平方毫米mm²，k为速度常数，kv为亨利常数，∑ki为一级动力学转化速率，取0.55～0.60，kp为分配系数，分配系数是在一定温度下，水与空气处于平衡状态时，水与空气在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比，e是一个无理数，e约等于2.718281828，π为圆周率，π约等于3.1415926。

步骤104、确定井筒的井筒传热方程，该方程可以为：

式中：d为保温隔热防偏磨油管内直径，单位为mm。

步骤105、确定保温隔热防偏磨油管的下入深度。

一个保温隔热防偏磨油管下入深度对应一个井口温度，对式(1)～式(8)采用迭代法求解，得到保温隔热防偏磨油管下入深度l1，迭代是数值分析中通过从一个初始估计出发寻找一系列近似解来解决问题，是一种数值计算处理方法，是技术人员所熟知的方法，在此不详述。

所述的保温隔热防偏磨油管为中国专利201620346797.5发明的油井用隔热保温防磨油管。

所述λ1为井筒内流体的导热系数，可以通过差示扫描量热法试验确定，油井不同的含水其导热系数不同，差示扫描量热法是常用的方法，在此不详述。

所述ρ1为井筒内流体的平均密度，油井的不同含水井筒内流体的密度不同，测定井筒内流体的密度的方法是石油行业常用的方法，在此不详述。

所述c1为井筒内流体的热容量，油井的不同含水井筒内流体的热容量不同，测定井筒内流体的热容量的方法是石油行业常用的方法，在此不详述。

所述t为井筒流体从抽油泵进口被举升至井口所需要的时间，根据地质方案产液量不同其时间不同。

所述v1为油管内气液两相流的表观流速，根据地质方案产液量不同而不同。

所述θ为井筒中某一井段的狗腿角，通过钻井录取的井斜角和方位角计算得到。

所述t为井筒内流体的到达井口的温度，依据工程技术方案确定。

所述fm为斜井井段油管单位长度正压力，通过计算得到。

所述fτ为斜井段油管单位长度两端的轴向力，通过计算得到，其计算方法是石油行业技术人员所熟知的，在此不详述。

所述l为油层中深，依据地质方案得到，不同的油井其数值不同。

所述td为地温梯度，依油藏环境变化而变化，根据钻井资料确定。

所述α为井斜角根据钻井资料确定。

所述φ为方位角，根据钻井资料确定。

所述h为油井下泵深度，依据地质方案确定。

所述q1为产液量，依据地质方案确定。

所述δl为斜井井段弧长或点距，根据钻井资料确定。

所述ac为保温隔热防偏磨油管过流面积，通过计算得到。

所述d为保温隔热防偏磨油管内直径为52mm。

本发明有益的效果：本发明实施例提供的一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法，通过确定油井的井筒温度场控制方程，确定井筒的井筒传热方程，确定保温隔热防偏磨油管的下入深度，为合理设计保温隔热防偏磨油管下入深度提供理论依据，既提高了油井井口温度、防止了油井偏磨，又节约了保温隔热防偏磨油管投资。在现场2口油井中应用本发明实施例提供的确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法，井口温度平均提高了16.4℃，达到了既提高油井井口温度，又节约保温隔热油管投资的目的，同时，防止了油井偏磨，应用油井检泵周期平均延长了140天以上。

本发明实施例提供了一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定装置，如图2所示，该装置200可以包括：

第一确定模块201，用于确定油井的井筒温度场控制方程，井筒温度场控制方程为：

其中：

cosθ＝cosα1cosα2+sinα1sinα2cosδφ式(2)

t＝t(l1，t)式(4)

δφ＝|φ2-φ1|式(5)

在式(1)、式(2)、式(3)、式(4)、式(5)、式(6)和式(7)中：λ1为井筒内流体的导热系数，单位为瓦每平方米摄氏度w/(m².℃)，ρ1为在考虑温度、压力和含气情况下，油管内流体的平均密度，单位为千克每立方米kg/m³，v1为油管内气液两相流的表观流速，单位为米每秒m/s，x为井筒任意点轴向坐标，y为井筒任意点径向坐标，t为井筒内流体的到达井口的温度，单位为摄氏度℃，θ为井筒中某一井段的狗腿角度，单位为度，fm为斜井井段油管单位长度正压力，单位为牛n，fτ为斜井段油管单位长度两端的轴向力，单位为n，δl为斜井井段弧长或点距，单位为米m，c1为井筒内流体的热容量，单位为焦耳每摩尔摄氏度j/mol.℃，g为重力加速度，单位为米每秒m/s，t为井筒流体从抽油泵进口被举升至井口所需要的时间，单位为秒s，l1为保温隔热防偏磨油管在油井中下入的深度，单位为米m，φ为方位角，单位为度，φ1为上测点方位角，单位为度，φ2为上测点方位角，单位为度，α1为上测点井斜角，单位为度，α2为下测点井斜角，单位为度，ac为保温隔热防偏磨油管过流面积，单位为平方毫米mm²，k为速度常数，kv为亨利常数，∑ki为一级动力学转化速率，kp为分配系数，分配系数是在一定温度下，水与空气处于平衡状态时，水与空气在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比，e是一个无理数，e约等于2.718281828，π为圆周率，π约等于3.1415926。

第二确定模块202，用于确定井筒的井筒传热方程。

在式(8)中：d为保温隔热防偏磨油管内直径，单位为毫米mm。

第三确定模块203，用于确定保温隔热防偏磨油管的下入深度。

根据井口温度，对式(1)至式(8)式采用迭代法求解，以得到保温隔热防偏磨油管下入深度l1。

本发明有益的效果：本发明实施例提供的一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定装置，通过第一确定模块确定油井的井筒温度场控制方程，第二确定模块确定井筒的井筒传热方程，第三确定模块确定保温隔热防偏磨油管的下入深度，为合理设计保温隔热防偏磨油管下入深度提供理论依据，既提高了油井井口温度、防止了油井偏磨，又节约了保温隔热防偏磨油管投资。在现场2口油井中应用本发明实施例提供的确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法，井口温度平均提高16.4℃，达到既提高油井井口温度，又节约保温隔热油管投资的目的，同时，防止了油井偏磨，应用油井检泵周期平均延长140天以上。

可选地，如图3所示，该装置200还可以包括：

录取模块204，用于录取油井的基础数据，基础数据包括：油井的油层中深l、地温梯度td、井斜角α和方位角φ。

第四确定模块205，用于根据地质开发方案，确定油井的下泵深度h和产液量q1。

本发明有益的效果：本发明实施例提供的一种确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定装置，通过第一确定模块确定油井的井筒温度场控制方程，第二确定模块确定井筒的井筒传热方程，第三确定模块确定保温隔热防偏磨油管的下入深度，为合理设计保温隔热防偏磨油管下入深度提供理论依据，既提高了油井井口温度、防止了油井偏磨，又节约了保温隔热防偏磨油管投资。在现场2口油井中应用本发明实施例提供的确定保温隔热防偏磨油管下入深度的确定方法，井口温度平均提高16.4℃，达到既提高油井井口温度，又节约保温隔热油管投资的目的，同时，防止了油井偏磨，应用油井检泵周期平均延长140天以上。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。