一种热水循环加热降粘工艺的井筒温度场获取方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及稠油举升技术领域，特别设及一种热水循环加热降粘工艺的井筒溫度 场获取方法及装置。
【背景技术】
[0002] 电加热技术是在空屯、抽油杆内下入加热电缆，使空屯、抽油杆和加热电缆组成集肤 效应加热体，利用集肤效应加热原理使原油在井筒内降粘的采油工艺技术。电加热技术W 其地面管理简单、维护方便及热效率高等特点，在采油厂各稠油区块生产中发挥着显著作 用，是稠油区块井筒降粘的主要工艺之一。
[0003] 随着稠油区块的持续开发，大规模应用电加热井筒降粘技术导致的高能耗问题 日益突出，给采油单位生产运行和成本控制带来较大压力。双空屯、杆技术是近年发展起来 的一项新型降粘技术，如图1所示，该技术的工作原理分为两种不同的情况：（1)正注：井口 热水通过地面进热水保溫软管进入双空屯、管内外管空间流到井下，到井下再经过双空屯、管 内管返回到地面，再通过出水保溫软管进入出油管线，和油井产出液一起进到计量站。（2) 反注：井口热水通过地面进热水保溫软管进入双空屯、管内管中间流到井下，到井下再经过 双空屯、管内外管空间返回到地面，再通过出水保溫软管进入出油管线，和油井产出液一起 进到计量站。
[0004] 双层空屯、抽油杆热水循环加热降粘工艺的核屯、管柱结构由内、外两层管组成，外 管为42mm空屯、杆，内管为24或19mm的连续油管，如图1所示。空屯、杆通过抽油杆下接一段 普通实屯、抽油杆，实屯、抽油杆再接活塞，为抽油累提供动力。空屯、杆下完后注满水，试压合 格后在空屯、杆中间下入小直径连续油管，油管下完后井口之上留出2~3m接渗水管线，空 屯、光杆上端接渗水=通，油管与空屯、管内壁形成环形空间。W反注为例，油管与环形空间之 间形成渗水回路，渗水从油管进入，从环形空间流出，油管可W为保溫管（2. 5mm保溫层）， 热水通过油管进入井下的过程中热量损失很少。空屯、杆为导热体，热水在流经环形空间返 回地面的过程中将热量通过空屯、杆传给油层产液，产液受热后粘度降低，从而有利于原油 的采出与集输。热水由地面加热炉提供热源，根据油井生产情况和渗水进出口溫度可随时 调整加热溫度及渗液流速。
[0005] 双层空屯、抽油杆热水循环加热降粘工艺技术的关键之一是确定井口的热水渗入 排量和溫度。运两参数指标主要受原油粘度随溫度变化的影响。因此，要确定合理的井口 渗入排量和溫度，就必须研究原油的在井筒中溫度场、压力场的分布。通过查询大量文献、 资料，目前尚无类似的计算方法，因此无法准确预测出双层空屯、抽油杆热水循环加热降粘 工艺的关键参数。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术的问题，本发明提出一种热水循环加热降粘工艺的井筒溫度场获 取方法及装置，能够准确预测出双层空屯、抽油杆热水循环加热降粘工艺的关键参数。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种热水循环加热降粘工艺的井筒溫度场获取方 法，包括：
[0008] 确定数据参数；
[0009] 利用所述数据参数获取地层热阻Ri、水泥环热阻R2、套管壁热阻R3、液体与套管内 壁之间的热对流液体热阻R4、空气与套管内壁之间的热对流热阻Rs、油管内外壁之间的热 传导热阻Re、原油与油管内壁之间的热对流热阻咕、空屯、杆内外壁之间的热对流热阻Rs、热 流体与空屯、杆内壁之间的热对流热阻Rg、内管内外壁之间的热对流热阻Rl。和热流体与内 管之间的热对流热阻Ru;
[0010] 利用热阻信息确定单位长度的井筒单元径向热损失Q;
[0011] 从井口开始，在反注情况下，利用所述井筒单元径向热损失Q计算内管井筒单元 下端的溫度值，利用内管井筒单元下端的溫度值确定整个内管的溫度场；利用热流体与空 屯、杆内壁之间的热对流热阻R9、内管内外壁之间的热对流热阻Ri。、热流体与内管之间的热 对流热阻Rii和井筒单元径向热损失Q获得内管外壁的溫度、空屯、杆内壁的溫度；利用所述 内管外壁的溫度确定内管外壁的溫度场，利用所述空屯、杆内壁的溫度确定空屯、杆内壁的溫 度场；利用内管外壁的溫度、空屯、杆内壁的溫度获得内管与空屯、杆环空的溫度；利用内管 与空屯、杆环空的溫度确定内管与空屯、杆环空的溫度场；利用井筒单元径向热损失Q、油管 内外壁之间的热传导热阻Re、原油与油管内壁之间的热对流热阻私、空屯、杆内外壁之间的 热对流热阻咕、热流体与空屯、杆内壁之间的热对流热阻R9、内管内外壁之间的热对流热阻 Ri。和热流体与内管之间的热对流热阻Ru确定油管内壁溫度、油管外壁溫度；利用油管内壁 溫度值确定油管内壁溫度场，利用油管外壁溫度值确定油管外壁溫度场；利用油管内壁溫 度、油管外壁溫度确定外油管井底入口处初始的原油溫度；利用外油管入口处初始的原油 溫度W及原油比热容和原油的质量流速确定外油管内原油的溫度场分布。
[0012] 优选地，所述数据参数包括：井口注入热水的排量和溫度；水泥导热系数；井眼半 径；内管内外径谊屯、杆内外径；深度；油管内外径；油管导热系数；套管导热系数；套管内 径；套管外径；井筒液体含水率；原油导热系数；水的导热系数；原油相对密度；地层导热 系数；地表溫度；地溫梯度。
[0013] 优选地，所述井筒单元径向热损失Q的表达式为：
[0015] 其中，L为内管热水溫度，T。表示底层溫度，R为井筒单元径向总热阻，井筒单元径 向总热阻分两种情况，第一种在正注情况下，R=R1+R2+R3+R4+R5+R6+R7+R8+R9;另一种在反注 情况下，R二Ri+Rz+Rs+Ra+Rs+Rs+Rt+Rs+IVWioWiI。
[0016] 优选地，所述内管的溫度的表达式为：
[0017] CmTs-QAOOO=CmlV
[0018] 其中，L'表示内管热水变化后的溫度；C表示水的比热容；m表示热水的质量流 量；L为内管热水溫度；
[0019] 所述内管外壁的溫度的表达式为：
[0020] Tn_t。= Ts-〇?i〇+Ru)Q/dl
[002。 其中，T。,。表示内管外壁的溫度，T历内管热水溫度；Ri。表示内管内外壁之间的热 对流热阻，Ru表示热流体与内管之间的热对流热阻；
[0022] 所述空屯、杆内壁的溫度的表达式为：
[0023] Ti=TS-化+Rio+Rii)Q/dl
[0024] 其中，L为内管热水溫度，Re为热流体与空屯、杆内壁之间的热对流热阻，Ri。为内 管内外壁之间的热对流热阻，R。为热流体与内管之间的热对流热阻；T1表示空屯、杆内壁的 溫度；
[00巧]所述内管与空屯、杆环空的溫度的表达式为：
[0027] 其中，Th表示内管与空屯、杆环空的溫度；
[002引所述油管内壁溫度的表达式为：
[0029] T" =TS-化+Rs+Rg+Rio+Rii)Q/dl
[0030] 其中，T。表示油管内壁溫度；
[0031] 所述油管外壁溫度场的表达式为：
[0032] Tto=TS-化+R7+R8+R9+R10+R11)Q/dl
[0033] 所述油管入口处初始的原油溫度的表达式为：
[003引其中，T。表示油管入口处初始的原油溫度；
[0036] 所述井筒原油溫度场的表达式为：
[00測其中，T。'表示井筒原油溫度场；Cz表示原油的比热容，C2=4. 2Xf片.2X(l-f； );ni2表示原油的质量流速，
q表示产液量；丫。表示原油密度。
[0039] 对应地，为实现上述发明目的，本发明还提出一种热水循环加热降粘工艺的井筒 溫度场获取装置，包括：
[0040] 第一参数确定单元，用于确定数据参数；
[0041] 第二参数确定单元，用于利用所述第一参数确定单元确定的数据参数获取地层热 阻Rn水泥环热阻R2、套管壁热阻R3、液体与套管内壁之间的热对流液体热阻R4、空气与套管 内壁之间的热对流热阻Rs、油管内外壁之间的热传导热阻咕、原油与油管内壁之间的热对 流热阻私、空屯、杆内外壁之间的热对流热阻咕、热流体与空屯、杆内壁之间的热对流热阻尺9、 内管内外壁之间的热对流热阻Ri。和热流体与内管之间的热对流热阻R11;
[0042] 井筒单元径向热损失确定单元，用于利用热阻信息确定单位长度的井筒单元径向 热损失Q;
[0043] 反注单元，用于从井口开始，在反注情况下，利用所述井筒单元径向热损失Q计算 内管井筒单元下端的溫度值，利用内管井筒单元下端的溫度值确定整个内管的溫度场；利 用热流体与空屯、杆内壁之间的热对流热阻馬、内管内外壁之间的热对流热阻Ri。、热流体与 内管之间的热对流热阻Ru和井筒单元径向热损失Q获得内管外壁的溫度、空屯、杆内壁的溫 度；利用所述内管外壁的溫度确定内管外壁的溫度场，利用所述空屯、杆内壁的溫度确定空 屯、杆内壁的溫度场；利用内管外壁的溫度、空屯、杆内壁的溫度获得内管与空屯、杆环空的溫 度；利用内管与空屯、杆环空的溫度确定内管与空屯、杆环空的溫度场；利用井筒单元径向热 损失Q、油管内外壁之间的热传导热阻Re、原油与油管内壁之间的热对流热阻咕、空屯、杆内 外壁之间的热对流热阻咕、热流体与空屯、杆内壁之间的热对流热阻R9、内管内外壁之间的 热对流热阻Ri。和热流体与内管之间的热对流热阻R11确定油管内壁溫度、油管外壁溫度； 利用油管内壁溫度值确定油管内壁溫度场，利用油管外壁溫度值确定油管外壁溫度场；利 用油管内壁溫度、油管外壁溫度确定外油管井底入口处初始的原油溫度；利用外油管入口 处初始的原油溫度W及原油比热容和原油的质量流速确定外油管内原油的溫度场分布。
[0044] 为实现上述发明目的，本发明还提出一种热水循环加热降粘工艺的井筒溫度场获 取方法，包括：
[0045] 确定数据参数；
[0046] 利用所述数据参数获取地层热阻Ri、水泥环热阻R2、套管壁热阻R3、液体与套管内 壁之间的热对流液体热阻R4、空气与套管内壁之间的热对流热阻Rs、油管内外壁之间的热 传导热阻Re、原油与油管内壁之间的热对流热阻咕、空屯、杆内外壁之