水平井同心双管注气隔热分析方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种水平井同心双管注气隔热分析方法及装置，包括：采集井身结构及热物理性质参数、井口注入参数以及地层热物性参数，确定井身结构热阻，进一步确定井口处的最大热损失、单位长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管的单位长度热损失速度、隔热管与内管环空的蒸汽干度以及内管的蒸汽干度，以确定环空对流热阻，根据环空对流热阻对单位长度的隔热管向井壁的热损失速度进行校正，根据校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度进行迭代分析生成水平井同心双管注气隔热分析结果。本方案具有良好的计算稳定性和较高的计算精度，可以对水平井同心双管注汽工艺参数进行预测和调整，对提高油田的稠油水平井产量具有实意义。
【专利说明】水平井同心双管注气隔热分析方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明专利设及稠油注蒸汽热采领域，具体的讲是一种水平井同屯、双管注气隔热 分析方法及装置。
【背景技术】
[0002] 从世界范围看，水平井的开发应用已经成为油藏开发的主流，现场试验证明，稠油 油藏采取水平井同屯、双管注汽方式，能够提高水平段吸汽的均匀程度，从而提高蒸汽的波 及面积，是进一步提高稠油油藏采收率的有效开采方式。
[0003] 由于W往同屯、双管注汽隔热分析理论计算研究工作不完整，同屯、双管注汽工艺参 数优化设计研究基本仍属空白，目前急需配套集方案设计、系统参数调配、注采参数优化的 软件平台，W指导现场进行施工方案设计和最佳开采工艺实施。
【发明内容】
[0004] 为建立集工艺方案设计、系统参数调配、注采参数优化的水平井双管注汽工艺参 数优化设计模型，W指导现场进行施工方案设计和最佳开采工艺实施，本发明实施例提供 了一种水平井同屯、双管注气隔热分析方法，包括：
[0005] 步骤1，采集井身结构及热物理性质参数、井口注入参数W及地层热物性参数；
[0006] 步骤2,根据所述井身结构及热物理性质参数、井口注入参数W及地层热物性参数 确定井身结构热阻；
[0007] 步骤3,根据井口注入参数、所述井身结构热阻化及地层热物性参数确定井口处的 最大热损失、单位长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管的单 位长度热损失速度、隔热管与内管环空的蒸汽干度W及内管的蒸汽干度；
[000引步骤4,根据贝格斯-比尔算法确定单位长度的内管与隔热管的环空平均压力、单 位长度的内管平均压力；
[0009] 步骤5,根据所述的单位长度的内管与隔热管的环空平均压力、单位长度的内管平 均压力确定单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的蒸汽平均温度；
[0010] 步骤6、根据所述单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、单位长度的地层 平均温度W及内管的蒸汽平均温度确定井身结构温度；
[0011] 步骤7,根据确定的井身结构温度确定环空福射传热系数和环空对流传热系数；
[0012] 步骤8,根据确定的环空福射传热系数和环空对流传热系数确定环空对流热阻；
[0013] 步骤9,根据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向井壁的热损失速度 进行校正生成校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度；
[0014] 步骤10,根据所述校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度进行迭代分析 并重复步骤3?步骤10生成水平井同屯、双管注气隔热分析结果。
[0015] 此外，本发明还公开一种水平井同屯、双管注气隔热分析装置，包括：
[0016] 参数采集模块，用于采集井身结构及热物理性质参数、井口注入参数W及地层热 物性参数；
[0017] 井身结构热阻确定模块，用于根据所述井身结构及热物理性质参数、井口注入参 数W及地层热物性参数确定井身结构热阻；
[001引温度干度确定模块，用于根据井口注入参数、所述井身结构热阻W及地层热物性 参数确定井口处的最大热损失、单位长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热 损失速度、内管的单位长度热损失速度、隔热管与内管环空的蒸汽干度W及内管的蒸汽干 度；
[0019] 压力确定模块，根据贝格斯-比尔算法确定单位长度的内管与隔热管的环空平均 压力、单位长度的内管平均压力；
[0020] 平均温度确定模块，用于根据所述的单位长度的内管与隔热管的环空平均压力、 单位长度的内管平均压力确定单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的蒸汽 平均温度；
[0021] 井身结构温度确定模块，用于根据所述单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均 温度、单位长度的地层平均温度W及内管的蒸汽平均温度确定井身结构温度；
[0022] 传热系数确定模块，用于根据确定的井身结构温度确定环空福射传热系数和环空 对流传热系数；
[0023] 环空对流热阻确定模块，用于根据确定的环空福射传热系数和环空对流传热系数 确定环空对流热阻；
[0024] 校正热损失确定模块，根据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向井壁 的热损失速度进行校正生成校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度；
[0025] 隔热分结果生成模块，根据所述校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度 进行迭代分析生成水平井同屯、双管注气隔热分析结果。
[0026] 本发明公开的技术方案具有良好的计算稳定性和较高的计算精度，通过本发明的 方案可W很好的对水平井同屯、双管注汽工艺参数进行预测和调整。本发明对提高油田的稠 油水平井产量具有极大的现实意义。
[0027] 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例， 并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[002引为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术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W 根据该些附图获得其他的附图。
[0029] 图1为本发明公开的一种水平井同屯、双管注气隔热分析方法的流程图；
[0030] 图2为本发明实施例的示意图；
[0031] 图3为本发明公开的一种水平井同屯、双管注气隔热分析装置的框图；
[0032] 图4为本发明实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 如图1所示，为本发明公开的一种水平井同屯、双管注气隔热分析方法，包括：
[0035] 步骤S101，采集井身结构及热物理性质参数、井口注入参数W及地层热物性参 数；
[0036] 步骤S102,根据所述井身结构及热物理性质参数、井口注入参数W及地层热物性 参数确定井身结构热阻；
[0037] 步骤S103,根据井口注入参数、所述井身结构热阻W及地层热物性参数确定井口 处的最大热损失、单位长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管 的单位长度热损失速度、隔热管与内管环空的蒸汽干度W及内管的蒸汽干度；
[003引步骤S104,根据贝格斯-比尔算法确定单位长度的内管与隔热管的环空平均压 力、单位长度的内管平均压力；
[0039] 步骤S105,根据所述的单位长度的内管与隔热管的环空平均压力、单位长度的内 管平均压力确定单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的蒸汽平均温度；
[0040] 步骤S106、根据所述单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、单位长度的 地层平均温度W及内管的蒸汽平均温度确定井身结构温度；
[0041] 步骤S107,根据确定的井身结构温度确定环空福射传热系数和环空对流传热系 数；
[0042] 步骤S108,根据确定的环空福射传热系数和环空对流传热系数确定环空对流热 阻；
[0043] 步骤S109,根据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向井壁的热损失速 度进行校正生成校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度；
[0044] 步骤S110,根据所述校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度进行迭代分 析并重复步骤S103?步骤S110生成水平井同屯、双管注气隔热分析结果。
[0045] 水平井同屯、双管注汽，如图2所示，注汽内管201 -般采用油管，注汽外管202般 采用隔热管。井口两套注汽调节装置，分别控制注汽内管和注汽外管的注汽压力、注汽速 率、注汽时间。内管长度大于外管长度，外管下深到脚跟处，内管下深到脚尖处。水平段是 筛管方式完井。
[0046] 由于隔热管保温效果好，内管又相当于一个加热体，因此外管段热量损失较小，外 管出口处有较高的干度和温度。由于普通油管导热系数一般都在150?16化J/(m? °C )， 热损失较大，但是外管对内管起到了很好的保温作用，因此内管在直井段热损失较小。内管 在水平段热损失较大，但内管的散热对水平段油层起到了很好的预热效果。
[0047] 此外，如图3所示，本发明还提供了一种水平井同屯、双管注气隔热分析装置，包 括：
[0048] 参数采集模块301，用于采集井身结构及热物理性质参数、井口注入参数W及地层 热物性参数；
[0049] 井身结构热阻确定模块302,用于根据所述井身结构及热物理性质参数、井口注入 参数w及地层热物性参数确定井身结构热阻；
[0050] 温度干度确定模块303,用于根据井口注入参数、所述井身结构热阻W及地层热物 性参数确定井口处的最大热损失、单位长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的 热损失速度、内管的单位长度热损失速度、隔热管与内管环空的蒸汽干度W及内管的蒸汽 干度；
[0化1] 压力确定模块304,根据贝格斯-比尔算法确定单位长度的内管与隔热管的环空 平均压力、单位长度的内管平均压力；
[0052] 平均温度确定模块305,用于根据所述的单位长度的内管与隔热管的环空平均压 力、单位长度的内管平均压力确定单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的 蒸汽平均温度；
[0化3] 井身结构温度确定模块306,用于根据所述单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽 平均温度、单位长度的地层平均温度W及内管的蒸汽平均温度确定井身结构温度；
[0化4] 传热系数确定模块307,用于根据确定的井身结构温度确定环空福射传热系数和 环空对流传热系数；
[0化5] 环空对流热阻确定模块308,用于根据确定的环空福射传热系数和环空对流传热 系数确定环空对流热阻；
[0化6] 校正热损失确定模块309,根据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向 井壁的热损失速度进行校正生成校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度；
[0化7] 隔热分结果生成模块310,根据所述校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失 速度进行迭代分析生成水平井同屯、双管注气隔热分析结果。
[0化引下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，本实施例中仅列出 为推导新算法用到的主要计算公式。注汽管柱划分成若干个单元，每段单元长度dl，一段单 元从直井段注汽内管中屯、线截开，侧面图如图4所示。
[0化9] 蒸汽与内管内壁之间的热对流：
[0060]
【权利要求】
1. 一种水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的方法包括： 步骤1，采集井身结构及热物理性质参数、井口注入参数以及地层热物性参数； 步骤2,根据所述井身结构及热物理性质参数、井口注入参数以及地层热物性参数确定 井身结构热阻； 步骤3,根据井口注入参数、所述井身结构热阻以及地层热物性参数确定井口处的最大 热损失、单位长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管的单位长 度热损失速度、隔热管与内管环空的蒸汽干度以及内管的蒸汽干度； 步骤4,根据贝格斯-比尔算法确定单位长度的内管与隔热管的环空平均压力、单位长 度的内管平均压力； 步骤5,根据所述的单位长度的内管与隔热管的环空平均压力、单位长度的内管平均压 力确定单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的蒸汽平均温度； 步骤6、根据所述单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、单位长度的地层平均 温度以及内管的蒸汽平均温度确定井身结构温度； 步骤7,根据确定的井身结构温度确定环空辐射传热系数和环空对流传热系数； 步骤8,根据确定的环空辐射传热系数和环空对流传热系数确定环空对流热阻； 步骤9,根据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向井壁的热损失速度进行 校正生成校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度； 步骤10,根据所述校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度进行迭代分析并重 复步骤3?步骤10生成水平井同心双管注气隔热分析结果。
2. 如权利要求1所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的井身 结构热阻包括：蒸汽与内管内壁之间的热对流热阻、内管内外壁热传导热阻、蒸汽与内管外 壁之间的热对流热阻、蒸汽与隔热管内管内壁之间的热对流热阻、隔热管的内管内外壁之 间的热传导热阻、隔热层的热传导热阻、隔热管外壁的热传导热阻、套管壁的热传导热阻、 水泥环的热传导热阻以及地层的热传导热阻。
3. 如权利要求1所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的步骤 10中生成的水平井同心双管注气隔热分析结果包括： 生成直井段隔热注汽分析结果和水平井段注汽隔热分析结果。
4. 如权利要求3所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的井身 结构温度包括：隔热管内管内壁温度、隔热管内管外壁温度、隔热管外管内壁温度、隔热管 外管外壁温度、水泥环外温度、套管外壁温度、套管内壁温度、内管内壁温度、筛管外管温 度、筛管内管温度。
5. 如权利要求1所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于， 所述的井身结构及热物理性质参数包括：水膜传热系数、水泥导热系数、井眼半径、内 管内壁半径、内管外壁半径、内管下入深度、内管导热系数、隔热管下入深度、隔热管导热系 数、隔热管内管内径、隔热管内管外径、隔热管外管外径、隔热管外管内径、套管内径、套管 外径、筛管内径、筛管外径、油管导热系数、套管导热系数、筛管导热系数； 所述的井口注入参数包括：内管注汽压力；内管注汽干度；内管注汽速率；内管注汽时 间；外管注汽压力；外管注汽干度；外管注汽速率；外管注汽时间； 所述的地层热物性参数包括：地温梯度；地表温度；地层导热系数。
6.如权利要求5所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的根据 所述井身结构及热物理性质参数、井口注入参数以及地层热物性参数确定井身结构热阻包 括： 根据所述的水膜传热系数、内管内壁半径以及式（1)确定蒸汽与内管内壁之间的热对 流热阻；
其中，&为蒸汽与内管内壁之间的热对流热阻，m?K/W;hf为水膜传热系数，2800? 11136W/(m2 ?K) ;rtiJ为内管内壁半径，m; 根据所述油管导热系数、内管内壁半径、内管内外壁半径及式（2)确定内管内外壁之 间的热传导热阻；
式中：R2为内管内外壁之间的热传导热阻，m*K/W;Ktub为油管导热系数，WAm*K) ;rt。i为内管外壁半径，m; 所述的水膜传热系数、内管内壁半径以及式（3)确定蒸汽与内管外壁之间的热对流热 阻；
式中：R3为蒸汽与内管外壁之间的热对流热阻，m?K/W; 根据水膜传热系数、隔热管内管内壁半径以及式（4)确定蒸汽与隔热管内管内壁之间 的热对流；
式中：R4为蒸汽与隔热管内管内壁之间的热对流热阻，m*K/W;rti为隔热管内管内壁半 径，m; 根据油管导热系数、隔热管内管内壁半径、隔热管内管外壁半径和式（5)确定隔热管 内管内外壁之间的热传导热阻：
式中：R5为隔热管内管内外壁之间的热传导热阻，m?K/W，Ktub为油管导热系数，rt。为 隔热管内管外壁半径，m; 根据所述的隔热管导热系数、隔热管内管外壁半径、隔热管外管内壁半径以及式（6) 确定隔热层的热传导热阻；
式中：R6为绝热层的热传导热阻，m?K/W;Kins为隔热管导热系数，WAm?K);ri为隔热 管外管内壁半径，m; 隔热管外壁的热传导：
式中：&为隔热管外壁的热传导热阻，m?K/W，r。为隔热管外壁半径，m， 根据所述套管导热系数、套管内壁半径、套管外壁半径以及式（9)确定套管壁的热传 导热阻；
式中：R9为套管壁的热传导热阻，m?K/W，K_为套管导热系数，WAm?K)，r^为套管内 壁半径，m，r。。为套管外壁半径，m; 根据所述水泥环导热系数、井眼半径、套管外壁半径以及是（10)确定水泥环的热传导 热阻：
式中：1?1(|为水泥环的热传导热阻，111*1(/1;1(。 6"1为水泥环导热系数，1八111*1();1'11为井眼 半径，m; 根据瑞曼时间函数、地层导入系数以及是（11)确定地层的热传导热阻：
式中：L为地层的热传导热阻，m?K/W;Ke为地层导热系数，WAm?K)，f(t)为瑞曼时 间函数。
7.如权利要求6所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的根据 井口注入参数、所述井身结构热阻以及地层热物性参数确定井口处的最大热损失、单位长 度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管的单位长度热损失速度 包括： 根据地层热物性参数和式（12)确定单位长度对应的地层温度，
式中：bk为地层温度，地层温度初始值b^为地表温度，°C;al为地层热物性参数中的 地温梯度，°C/100m，dl为单位长度； 根据式（12-1)确定地层平均温度；
根据所述井口注入蒸汽温度、所述地层平均温度、蒸汽与内管内壁之间的热对流热阻、 内管内外壁热传导热阻、蒸汽与内管外壁之间的热对流热阻、蒸汽与隔热管内管内壁之间 的热对流热阻、隔热管的内管内外壁之间的热传导热阻、隔热层的热传导热阻、隔热管外壁 的热传导热阻、套管壁的热传导热阻、水泥环的热传导热阻以及地层的热传导热阻以及式 (17)确定井口处的最大热损失，其中，
其中，Qm为井口处的最大热损失，Ts为内管和隔热管环空的蒸汽平均温度，T6为地层平 均温度，式（17)中确定井口处的最大热损失时，Ts取在井口注入的蒸汽温度； 根据所述井口最大热损失确定竖井段的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度为Qk =o. 9Qm； 根据内管的蒸汽平均温度、内管和隔热管环空的蒸汽平均温度以及式（33)确定竖井 段的内管单位长度热损失速度；其中，
Qs'为竖井段的内管单位长度热损失速度。
8. 如权利要求4所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的根据 井身结构热阻、确定的单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的蒸汽平均温 度以及单位长度隔热管向井壁的热损失速度确定单位长度的井身结构温度包括： 根据直井段的井身结构热阻、单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、地层平 均温度确定竖井段的隔热管内管内壁温度、隔热管内管外壁温度、隔热管外管内壁温度、隔 热管外管外壁温度、水泥环外温度、套管外壁温度、套管内壁温度； 根据所述竖井段的单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、所述的内管的蒸汽 平均温度、内管的单位长度热损失速度以及井身结构热阻确定水平井段的内管内壁温度、 内管外壁温度、筛管外管温度以及筛管内管温度。
9. 如权利要求8所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的根据 确定的井身结构温度确定环空辐射传热系数和环空对流传热系数包括： 根据所述竖井段的隔热管外管外壁温度和套管内壁温度确定竖井段的环空辐射传热 系数以及竖井段环空自然对流传热系数； 根据所述水平井段的内管外壁温度和筛管内管温度确定水平井段的环空辐射传热系 数以及水平井段的自然对流传热系数。
10. 如权利要求9所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的根据 确定的环空辐射传热系数和环空对流传热系数确定环空对流热阻包括： 根据确定的竖井段的环空辐射传热系数、竖井段的环空自然对流传热系数以及式（8) 确定竖井段的环空对流热阻，
式中：R8为环空热对流热阻，m?K/W;hr为环空辐射传热系数，WAm2 ?K) ;hc为环空自 然然对流传热系数，WAm2 ?K)，r。为隔热管外壁半径，m; 根据所述水平井段的环空辐射传热系数、水平井段的自然对流传热系数以及式（47)、 式（48)确定水平井段的环空对流热阻和筛管壁的热传导热阻， 水平段的环空热对流热阻R' 8:
其中，hr为水平段的环空辐射传热系数，WAm2 ?K) ;hc为水平段环空自然对流传热系 数，WAm2 ?K); 筛管壁的热传导热阻R' 9:
式中：K' 为筛管导热系数，W/(m?K) ;r' 为筛管内壁半径，m;r'。。为筛管外壁 半径，m。
11. 如权利要求10所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，所述的根 据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向井壁的热损失速度进行校正生成校正 后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度包括： 根据确定的竖井段的竖井段的环空对流热阻和式（32)校正隔热管向井壁的单位长度 热损失速度，其中，
12. 如权利要求7或10所述的水平井同心双管注气隔热分析方法，其特征在于，根据井 口注入参数、所述井身结构热阻以及地层热物性参数确定井口处的最大热损失、单位长度 的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管的单位长度热损失速度包 括： 根据水平井段的内管的蒸汽平均温度、地层平均温度以及式（46)确定水平井段内管 的热损失速度，其中，
Q'为水平井段内管的热损失速度；其中， 水平井段的环空热对流热阻R' 8:
水平井段筛管壁的热传导热阻R' 9:
式中：K' 为筛管导热系数，W/(m?K) ;r' 为筛管内壁半径，m;r'。。为筛管外壁 半径，m。
13. -种水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的装置包括： 参数采集模块，用于采集井身结构及热物理性质参数、井口注入参数以及地层热物性 参数； 井身结构热阻确定模块，用于根据所述井身结构及热物理性质参数、井口注入参数以 及地层热物性参数确定井身结构热阻； 温度干度确定模块，用于根据井口注入参数、所述井身结构热阻以及地层热物性参数 确定井口处的最大热损失、单位长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失 速度、内管的单位长度热损失速度、隔热管与内管环空的蒸汽干度以及内管的蒸汽干度； 压力确定模块，根据贝格斯-比尔算法确定单位长度的内管与隔热管的环空平均压 力、单位长度的内管平均压力； 平均温度确定模块，用于根据所述的单位长度的内管与隔热管的环空平均压力、单位 长度的内管平均压力确定单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的蒸汽平均 温度； 井身结构温度确定模块，用于根据所述单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温 度、单位长度的地层平均温度以及内管的蒸汽平均温度确定井身结构温度； 传热系数确定模块，用于根据确定的井身结构温度确定环空辐射传热系数和环空对流 传热系数； 环空对流热阻确定模块，用于根据确定的环空辐射传热系数和环空对流传热系数确定 环空对流热阻； 校正热损失确定模块，根据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向井壁的热 损失速度进行校正生成校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度； 隔热分结果生成模块，根据所述校正后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度进行 迭代分析生成水平井同心双管注气隔热分析结果。
14. 如权利要求13所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的井 身结构热阻包括：蒸汽与内管内壁之间的热对流热阻、内管内外壁热传导热阻、蒸汽与内 管外壁之间的热对流热阻、蒸汽与隔热管内管内壁之间的热对流热阻、隔热管的内管内外 壁之间的热传导热阻、隔热层的热传导热阻、隔热管外壁的热传导热阻、套管壁的热传导热 阻、水泥环的热传导热阻以及地层的热传导热阻。
15. 如权利要求13所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的步 骤10中生成的水平井同心双管注气隔热分析结果包括： 生成直井段隔热注汽分析结果和水平井段注汽隔热分析结果。
16. 如权利要求15所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的井 身结构温度包括：隔热管内管内壁温度、隔热管内管外壁温度、隔热管外管内壁温度、隔热 管外管外壁温度、水泥环外温度、套管外壁温度、套管内壁温度、内管内壁温度、筛管外管温 度、筛管内管温度。
17. 如权利要求13所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于， 所述的井身结构及热物理性质参数包括：水膜传热系数、水泥导热系数、井眼半径、内 管内壁半径、内管外壁半径、内管下入深度、内管导热系数、隔热管下入深度、隔热管导热系 数、隔热管内管内径、隔热管内管外径、隔热管外管外径、隔热管外管内径、套管内径、套管 外径、筛管内径、筛管外径、油管导热系数、套管导热系数、筛管导热系数； 所述的井口注入参数包括：内管注汽压力；内管注汽干度；内管注汽速率；内管注汽时 间；外管注汽压力；外管注汽干度；外管注汽速率；外管注汽时间； 所述的地层热物性参数包括：地温梯度；地表温度；地层导热系数。
18. 如权利要求17所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的根 据所述井身结构及热物理性质参数、井口注入参数以及地层热物性参数确定井身结构热阻 包括： 根据所述的水膜传热系数、内管内壁半径以及式（1)确定蒸汽与内管内壁之间的热对 流热阻；
其中，&为蒸汽与内管内壁之间的热对流热阻，m^K/W;hf为水膜传热系数，WAm2 ?!();rti」为内管内壁半径，m; 根据所述油管导热系数、内管内壁半径、内管内外壁半径及式（2)确定内管内外壁之 间的热传导热阻；
式中：R2为内管内外壁之间的热传导热阻，m*K/W;Ktub为油管导热系数，WAm*K) ;rt。i为内管外壁半径，m; 所述的水膜传热系数、内管内壁半径以及式（3)确定蒸汽与内管外壁之间的热对流热 阻；
式中：R3为蒸汽与内管外壁之间的热对流热阻，m?K/W; 根据水膜传热系数、隔热管内管内壁半径以及式（4)确定蒸汽与隔热管内管内壁之间 的热对流；
式中：R4为蒸汽与隔热管内管内壁之间的热对流热阻，m*K/W;rti为隔热管内管内壁半 径，m; 根据油管导热系数、隔热管内管内壁半径、隔热管内管外壁半径和式（5)确定隔热管 内管内外壁之间的热传导热阻：
式中：R5为隔热管内管内外壁之间的热传导热阻，m?K/W，Ktub为油管导热系数，rt。为 隔热管内管外壁半径，m; 根据所述的隔热管导热系数、隔热管内管外壁半径、隔热管外管内壁半径以及式（6) 确定隔热层的热传导热阻；
式中：R6为绝热层的热传导热阻，m?K/W;Kins为隔热管导热系数，WAm?K);ri为隔热 管外管内壁半径，m; 隔热管外壁的热传导：
式中：&为隔热管外壁的热传导热阻，m?K/W，r。为隔热管外壁半径，m， 根据所述套管导热系数、套管内壁半径、套管外壁半径以及式（9)确定套管壁的热传 导热阻；
式中：R9为套管壁的热传导热阻，m?K/W，K_为套管导热系数，WAm?K)，r^为套管内 壁半径，m，r。。为套管外壁半径，m; 根据所述水泥环导热系数、井眼半径、套管外壁半径以及是（10)确定水泥环的热传导 热阻：
式中：1?1(|为水泥环的热传导热阻，111*1(/1;1(。 6"1为水泥环导热系数，1八111*1();1'11为井眼 半径，m; 根据瑞曼时间函数、地层导入系数以及是（11)确定地层的热传导热阻：
式中：L为地层的热传导热阻，m?K/W;Ke为地层导热系数，WAm?K)，f(t)为瑞曼时 间函数。
19. 如权利要求18所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的根 据井口注入参数、所述井身结构热阻以及地层热物性参数确定井口处的最大热损失、单位 长度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管的单位长度热损失速 度包括： 根据地层热物性参数和式（12)确定单位长度对应的地层温度，
式中：bk为地层温度，地层温度初始值b^为地表温度，°C;al为地层热物性参数中的 地温梯度，°C/100m，dl为单位长度； 根据式（12-1)确定地层平均温度；
根据所述井口注入蒸汽温度、所述地层平均温度、蒸汽与内管内壁之间的热对流热阻、 内管内外壁热传导热阻、蒸汽与内管外壁之间的热对流热阻、蒸汽与隔热管内管内壁之间 的热对流热阻、隔热管的内管内外壁之间的热传导热阻、隔热层的热传导热阻、隔热管外壁 的热传导热阻、套管壁的热传导热阻、水泥环的热传导热阻以及地层的热传导热阻以及式 (17)确定井口处的最大热损失，其中，
其中，Qm为井口处的最大热损失，Ts为内管和隔热管环空的蒸汽平均温度，T6为地层平 均温度，式（17)中确定井口处的最大热损失时，Ts取在井口注入的蒸汽温度； 根据所述井口最大热损失确定竖井段的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度为Qk =〇? 9Qm； 根据内管的蒸汽平均温度、内管和隔热管环空的蒸汽平均温度以及式（33)确定竖井 段的内管单位长度热损失速度；其中，
Qs'为竖井段的内管单位长度热损失速度。
20. 如权利要求16所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的根 据井身结构热阻、确定的单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、内管的蒸汽平均 温度以及单位长度隔热管向井壁的热损失速度确定单位长度的井身结构温度包括： 根据直井段的井身结构热阻、单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、地层平 均温度确定竖井段的隔热管内管内壁温度、隔热管内管外壁温度、隔热管外管内壁温度、隔 热管外管外壁温度、水泥环外温度、套管外壁温度、套管内壁温度； 根据所述竖井段的单位长度的内管和隔热管环空的蒸汽平均温度、所述的内管的蒸汽 平均温度、内管的单位长度热损失速度以及井身结构热阻确定水平井段的内管内壁温度、 内管外壁温度、筛管外管温度以及筛管内管温度。
21. 如权利要求20所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的根 据确定的井身结构温度确定环空辐射传热系数和环空对流传热系数包括： 根据所述竖井段的隔热管外管外壁温度和套管内壁温度确定竖井段的环空辐射传热 系数以及竖井段环空自然对流传热系数； 根据所述水平井段的内管外壁温度和筛管内管温度确定水平井段的环空辐射传热系 数以及水平井段的自然对流传热系数。
22. 如权利要求21所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的根 据确定的环空辐射传热系数和环空对流传热系数确定环空对流热阻包括： 根据确定的竖井段的环空辐射传热系数、竖井段的环空自然对流传热系数以及式（8) 确定竖井段的环空对流热阻，
式中：R8为环空热对流热阻，m?K/W;hr为环空辐射传热系数，WAm2 ?K) ;hc为环空自 然然对流传热系数，WAm2 ?K)，r。为隔热管外壁半径，m; 根据所述水平井段的环空辐射传热系数、水平井段的自然对流传热系数以及式（47)、 式（48)确定水平井段的环空对流热阻和筛管壁的热传导热阻， 水平段的环空热对流热阻R' 8:
其中，hr为水平段的环空辐射传热系数，WAm2 ?K) ;hc为水平段环空自然然对流传热 系数，WAm2*K); 筛管壁的热传导热阻R' 9:
式中：K' 为筛管导热系数，W/(m?K) ;r' 为筛管内壁半径，m;r'。。为筛管外壁 半径，m。
23. 如权利要求22所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，所述的根 据确定的环空对流热阻对所述单位长度的隔热管向井壁的热损失速度进行校正生成校正 后的隔热管向井壁的单位长度的热损失速度包括： 根据确定的竖井段的竖井段的环空对流热阻和式（32)校正隔热管向井壁的单位长度 热损失速度，其中，
24. 如权利要求19或22所述的水平井同心双管注气隔热分析装置，其特征在于，根据 井口注入参数、所述井身结构热阻以及地层热物性参数确定井口处的最大热损失、单位长 度的地层平均温度、隔热管向井壁的单位长度的热损失速度、内管的单位长度热损失速度 包括： 根据水平井段的内管的蒸汽平均温度、地层平均温度以及式（46)确定水平井段内管 的热损失速度，其中，
Q'为水平井段内管的热损失速度；其中， 水平井段的环空热对流热阻R' 8:
水平井段筛管壁的热传导热阻R' 9:
式中：K' 为筛管导热系数，W/(m?K) ;r' 为筛管内壁半径，m;r'。。为筛管外壁 半径，m。
【文档编号】G06F19/00GK104481482SQ201410638663
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】曲绍刚, 马振, 张成博, 王智博, 方梁锋, 崔冠麟, 李晨曦, 李德福, 伊宏亮, 贺梦琪, 刘洪芹, 徐东, 汪盈盈, 刘德英 申请人:中国石油天然气股份有限公司