超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油藏开采技术领域，尤其涉及一种超临界注汽井的井筒温度场及压力 场分布的计算方法。
【背景技术】
[0002] 当前，随着油气田的深入开发，轻、中质原油和浅层稠油区块的产量呈逐年下降的 趋势，因此今后深层、超深层稠油油藏将逐渐成为主力开发油藏，但由于其埋深超过2000m， 油层压力大于30MPa，通常使用的21MPa亚临界压力蒸汽发生器无法开采这类稠油。根据稠 油热采的注汽参数，热采注汽的蒸汽热力学状态主要分为饱和蒸汽状态（包括亚临界注汽 锅炉和普通注汽锅炉注汽）以及超临界状态（超临界压力锅炉注汽）。注入油层的热焓影 响油层的加热效果，注入热焓越多，油层加热效果越好，油井产量越高。在锅炉发热量相同 的情况下，超临界状态比饱和蒸汽状态注入油层的热焓多。如果使用超临界蒸汽发生器产 生的高压介质，将注入压力提高到22. 14MPa以上，温度提高到374°C以上时，保证蒸汽到达 油层以后仍会保持汽相状态，由于超临界蒸汽具有更高的热焓值和穿透性，对油层的加热 作用和渗透作用更好，因此能有效解决深层稠油热采的难题。
[0003] 水通常有三相（固、液、汽）、五态（未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽和 过热蒸汽），在一般情况下水由液相变为气相都是要经过一个汽化过程，即水经过吸热首先 变为饱合水，再经过吸热部分水变为蒸汽，继续吸热后水全部变为蒸汽形成饱合蒸汽，整个 汽化要经过一段时间的两相共存过程，并且在湿饱和蒸汽和干饱合蒸汽状态时，增大压力 可使水蒸汽重新变为液态。但是当压力大于22. 14MPa时，水由液相向汽相的转化没有液、 汽两相共存过程，而是在温度升到374°C时，水由液相全部转变为汽相，并且超过此温度后 不管再加多大的压力也不能将它变为液相。此时的压力22. 14MPa称为临界压力，此时的温 度374°C称为临界温度。凡超过此压力、温度的状态，称为超临界状态。这种状态的水即称 为超临界水（也称为超临界蒸汽）。临界流体的物性兼具液体与气体性质，其密度比一般气 体要大很多，粘度比液体小，但扩散速度比液体快，因而有较好的流动性和传递性能。
[0004] 当前，在超临界注汽条件下，蒸汽的热力学性质与湿饱和蒸汽差别很大，原有的注 汽参数计算模型无法对超临界下井筒的温度场、压力场进行正确计算。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供一种超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法， 以精确计算超临界注汽井的井筒温度场及压力场。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，包括：
[0008] 获取井筒相关参数以及井口注入参数；
[0009] 获取预先设置的节点步长，将井筒从井口开始划分为多个节点；
[0010] 根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始计算点，依次计算各节 点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力；
[0011] 根据所述各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力分别确定所述井筒的温 度场分布及压力场分布。
[0012] 具体的，所述井筒相关参数包括水泥导热系数K_;井眼半径rh;隔热管深度h;隔 热管导热系数Kins;油管导热系数Ktub;套管导热系数K 环空流体的导热系数Kha;隔热管 内管内半径rti;隔热管内管外半径rt。;隔热管外管内半径ri;隔热管外管外半径r。;套管 内半径套管外半径r。。;地温梯度al;地表温度bm地层导热系数K
[0013] 具体的，所述井口注入参数包括井口注汽压力匕;井口蒸汽温度IV注汽速率qs。； 注汽时间ts。。
[0014] 具体的，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依 次计算各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，包括：
[0015] 计算蒸汽与隔热管内管内壁之间的热对流热阻R1:
【主权项】
1. 一种超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特征在于，包括： 获取井筒相关参数以及井口注入参数； 获取预先设置的节点步长，将井筒从井口开始划分为多个节点； 根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始计算点，依次计算各节点下 端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力； 根据所述各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力分别确定所述井筒的温度场 分布及压力场分布。
2. 根据权利要求1所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述井筒相关参数包括水泥导热系数K_;井眼半径r h;隔热管深度h ;隔热管导热 系数Kins;油管导热系数K tub;套管导热系数K MS;环空流体的导热系数1^;隔热管内管内半 径rti;隔热管内管外半径r t。;隔热管外管内半径ri;隔热管外管外半径r。;套管内半径ry 套管外半径r。。;地温梯度al ;地表温度b ^地层导热系数K
3. 根据权利要求2所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述井口注入参数包括井口注汽压力匕;井口蒸汽温度Tm注汽速率q s。;注汽时间 tsc。
4. 根据权利要求3所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算各 节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，包括： 计筧蒸汽与隔热管内管内壁之间的热对流热阻札：
计算隔热管内管内外壁之间的热传导热阻R2:
计算隔热层的热传导热阻r3:
计算隔热管外管壁的热传导热阻r4:
计算环空热对流热阻r5:
计算套管壁的热传导热阻r6:
计算水泥环的热传导热阻r7:
计算地层的热传导热阻r8:
其中，hf为水膜传热系数；he为环空自然然对流传热系数；hr为环空辐射传热系数； f(t)是随时间变化的导热传热函数。
5. 根据权利要求4所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算各 节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 根据所述节点步长、井口蒸汽温度I；、地表温度k、所述&、R2、R3、R 4、R6、R7、R8计算井 口处热损失速度Qm:
其中，dl为所述节点步长。
6. 根据权利要求5所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算各 节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 根据所述匕和所述dl计算各节点下端的初始超临界蒸汽压力P/i1:
其中，Pi为第i个节点上端的超临界蒸汽压力，其中，i彡〇。
7. 根据权利要求6所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算各 节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 根据所述tv al、h确定地层温度Te: Te= (b 〇+al*h/100) 〇
8. 根据权利要求7所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算各 节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 获取各节点上端的热损失速度％，并根据所述Qi、Te、&、R2、R 3、R4、R6、R7、R8、dl依次计 算各节点下端的超临界蒸汽温度Ti+1: Ti+1 = T e+ (R1+R2+R3+R4+R6+R 7+R8) *Qj/dl 〇
9. 根据权利要求8所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其特 征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算各 节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 根据所述札、R2、R3、R4、R 5、R6、R7、R8计算一总热阻R : R = R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R 8 根据所述Ti+1校正各节点下端的热损失速度Q i+1:
10. 根据权利要求9所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其 特征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算 各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 计算各节点段的平均温度:T:
计算各节点段的平均压力T:
11. 根据权利要求10所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其 特征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算 各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 获取井筒的超临界蒸汽相对密度yg; 计算井筒的拟临界温度！；。： Tpc= 92. 2+176. 6 y g 计算井筒的拟对比温度V:
计算井筒的超临界蒸汽粘度yg:
计算井筒的超临界蒸汽的体积系数Bg:
计算井筒内的超临界蒸汽流速v :
计算井筒内的超临界蒸汽p :
其中，t为井筒内的超临界蒸汽在平均温度:T、平均压力P下的偏差系数。
12. 根据权利要求11所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其 特征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算 各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 计算井筒内的超临界蒸汽在平均温度:〒、平均压力中下的摩阻系数f:
其中，e为绝对粗糙度。
13. 根据权利要求12所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其 特征在于，所述根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始极端点，依次计算 各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力，还包括： 计算各节点下端超临界蒸汽压力最终值Pi+1:
14. 根据权利要求12所述的超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，其 特征在于，所述计算各节点下端超临界蒸汽压力最终值P i+1，包括： 判断圯+1 _Pi%l的值是否小于〇. 1 ; 若丨P,+1 - P/丨：lI酌值小于〇. 1，则确定所述Pi+1准确； 若I巧+1 _ P/ii 11的值大于等于〇. 1，则将#+1设置为Pi+1，并重新确定所述戸。
【专利摘要】本发明提供了一种超临界注汽井的井筒温度场及压力场分布的计算方法，涉及油藏开采技术领域。方法包括：获取井筒相关参数以及井口注入参数；获取预先设置的节点步长，将井筒从井口开始划分为多个节点；根据所述井筒相关参数以及井口注入参数，以井口为初始计算点，依次计算各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力；根据所述各节点下端超临界蒸汽温度和超临界蒸汽压力分别确定所述井筒的温度场分布及压力场分布。本能够精确计算超临界注汽井的井筒温度场及压力场。
【IPC分类】E21B47-06, E21B47-07, E21B43-24
【公开号】CN104806230
【申请号】CN201510084615
【发明人】张成博, 马振, 孙振宇, 曲绍刚, 刘锦, 于晓聪, 崔加利, 吕孝明, 姜佳悦, 李 杰, 王文刚, 卢丽丝, 李辉, 唐丽, 刘佩衡, 哈长鸣, 康宸博
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年2月16日