本发明属于石油测井
技术领域：
，具体涉及一种一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法。
背景技术：
：稠油热采的机理主要是根据原油的黏度随温度的升高而降低的特性，利用注入蒸汽所携带的热量加热稠油和地层，进而降低原油黏度增加其流动性，达到稠油开采的目的，因此注汽质量直接影响了稠油开发效果、最终采收率和经济指标。注汽质量主要受蒸汽的注入速度、干度、注汽量和注入压力的影响，蒸汽质量流量的变化，直接影响着井筒的温度分布、压力分布以及井筒的热损失。当注入流量较大时，蒸汽的干度降低会有所减小；当注入流量较小时，温度相对回升，蒸汽的干度逐渐降低，且注入流量越小，干度下降越明显，可见小的注入流量不仅会严重影响注入蒸汽的质量，也会因为热损失的增加而造成井筒温度的全面提升。因此在现场工艺确定过程中应尽量避免长时间的小流量注汽。随着井口注入干度的增加，相同井深处的热损失不断减小；较低的注入压力可以获得较高的井底干度，从而提高井底蒸汽质量。所以在注蒸汽过程中选择较高的干度和较低的井口注入压力，可以减少蒸汽单位质量热失，提高注汽效率。在注蒸汽过程中应选用较大的注入速度、较低的井口注入压力和较高的井口干度，这样不仅可以降低注汽过程中的热损失，还能缩短注汽过程，提高注热效率。影响注汽质量的四个影响因素中，除了蒸汽干度参数外，其他参数的调整均是保证一定的注入蒸汽干度，减少注汽过程中管线、井筒内的热损失，提高注入到油层内部的有效热量，因此干度是稠油热采过程中用于评价和参考的主要参数，在布置新的注汽井或老井转注时首先要考虑的是保证注汽井注汽要求的情况下，采用管网中哪个注汽锅炉注汽效果最好，既能保证注汽效果，又可以降低不必要的热损失，达到优化注汽的效果，因此在布井时首先要对可选择的注汽锅炉进行初步计算，由井口的参数根据实际的管网结构计算出各注汽锅炉最低的注汽标准，然后进行注汽锅炉和注汽方案的筛选，选择最优的注汽方案，但目前的研究均是以锅炉出口为起点计算井口参数，因此需要一种由井口参数计算锅炉出口参数的方法。技术实现要素：为解决上述问题，本发明的目的是提供一种一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法。本发明的另一目的是提供利用上述方法对一炉一注注汽管网条件下注汽锅炉和注汽方案进行筛选的应用。为达到上述目的，本发明提供了一种一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法，该方法包括以下步骤：以实际注汽管网中的管道连接处为作为节点对注汽管网进行分段；获取井口注汽参数和各段注汽管线的基础参数；以井口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段注汽管线出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管段，最终计算得出一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值。本发明提供的一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法，根据注汽管网中的注汽管线的连接情况，进行分段计算，形成了涉及各段管线的管径尺寸、保温层影响因素、管线外表面温度、管线安装状态(例如垂直状态)等因素的分段方法，获得了一种与现场情况更吻合的井口蒸汽干度计算方法。在上述一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法中，优选地，所述井口注汽参数包括：井口注汽温度Tj、井口注汽压力Pj、井口注汽干度Fj和单井注汽量G；所述各段注汽管线的基础参数包括：每根管段管段类型、每根管段是否有保温层、每段管线处的空气温度Ta(i)、每段管线处的风速νa(i)、每段管线/阀门的导热系数λp(i)、每段管线/阀门内径ri(i)、每段管线/阀门外径ro(i)、每段管线/阀门长度z(i)、每段管壁/阀门外黑度ε(i)、每段管线内壁表面粗糙度Ra(i)、每段管线倾角θ(i)、每段管线修正系数、每段管线热阻修正系数、每段管线/阀门保温层导热系数λil(i)和每段管线保温层厚度Pipe(i,20)。在上述一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法中，优选地，所述以井口处为起点，采用迭代计算法逐段计算各段注汽管线出口处的温度、压力、蒸汽干度以及热损失，直到最后一根管段，最终计算得出一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值的步骤包括：步骤一：以井口为计算起点，计算第i段管线的相关参数；其中，与井口相连的管线编号为1，依次类推，管线编号i＝1-n，井口的注汽参数即为第1段管线的入口参数，按照管线的连接顺序依次计算，i＝1时开始计算；步骤二：迭代计算第i段管线压力损失，同时计算第i段管线局部阻力损失；迭代计算第i段管线外表面温度和热损失；迭代计算第i段管线末端的蒸汽干度；输出第i段末端的相关参数，所述相关参数包括温度、压力、蒸汽干度、热损失；优选地，所述相关参数还包括累计长度以及热流密度；步骤三：按照计算第i段管线的相关参数的方法计算后续管线的相关参数，直到最后一根管段，将计算出的最后一根管段出口的相关参数作为一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值。本发明还提供了利用上述方法对一炉一注注汽管网条件下注汽锅炉和注汽方案进行筛选的应用。本发明提供的一种一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法，在计算过程的各个节点是以实际的管子连接处为起、终点，各段管线的结构参数、位置参数和环境参数均可以不同，完全不同于现有方法的统一参数处理方式。该方法计算过程采用的是变步长计算方法，计算步长的长度由实际管线各管段长度而定。该方法能够综合保温层导热系数的差别、垂直管段的影响、表面外表面温度的差异、局部环境温度的差异、局部风速的差异，因此获得的相应参数与实际情况更接近。进而可根据计算结果对注汽锅炉和注汽方案进行筛选，优选最优注汽方案，降低能耗，达到经济注汽的效果。具体实施方式为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。实施例1本实施例提供了一种一炉一注已知井口注汽参数推算注汽锅炉参数的方法，该方法包括以下步骤：步骤一：以井口为计算起点，计算第i段管线的相关参数；其中，与井口相连的管线编号为1，依次类推，管线编号i＝1-n，井口的注汽参数即为第1段管线的入口参数，按照管线的连接顺序依次计算，i＝1时开始计算；步骤二：迭代计算第i段管线压力损失，同时计算第i段管线局部阻力损失；迭代计算第i段管线外表面温度和热损失；迭代计算第i段管线末端的蒸汽干度；输出第i段末端的相关参数，所述相关参数包括温度、压力、蒸汽干度和热损失；步骤三：按照计算第i段管线的相关参数的方法计算后续管线的相关参数，直到最后一根管段，将计算出的最后一根管段出口的相关参数作为一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值。具体过程包括以下步骤：先获取并输入井口注汽参数和各段注汽管线的基础参数，具体参数见表3；表3参数列表序号名称符号单位1井口注汽温度Tj℃2井口注汽压力PjMPa3井口注汽干度Fj％4单井注汽量Gt/h5每根管段管段类型6每根管段是否有保温层7每段管线处的空气温度Ta(i)℃8每段管线处的风速νa(i)m/s9每段管线/阀门的导热系数λp(i)W/(m.K)10每段管线/阀门内径ri(i)m11每段管线/阀门外径ro(i)m12每段管线/阀门长度z(i)m13每段管壁/阀门外黑度ε(i)14每段管线内壁表面粗糙度Ra(i)15每段管线倾角θ(i)°16每段管线修正系数17每段管线热阻修正系数18每段管线/阀门保温层导热系数λil(i)W/(m.K)19每段管线保温层厚度Pipe(i,20)m进行迭代计算的具体步骤包括：步骤1、对单井注汽量G、管线的导热系数λp和绝热层导热系数λins进行单位换算；Gt/h＝注汽量×1000/3600kg/s；λp＝0.859845×管线导热系数kcal/(h·m·℃)；λins＝0.859845×绝热层导热系数kcal/(h·m·℃)。步骤2、判断当前计算管段i是否到达总管段数N，如果到达则输出计算结果，如果没到达则进行下步计算。步骤3、计算第i段管线的空气导热系数λa：λa＝(9×10-18×Ta6-3×10-14×Ta5+4×10-11×Ta4-2×10-8×Ta3+2×10-6×Ta2+0.0077×Ta+2.4313)×10-2×0.859845在上述公式中，λa为管线的空气导热系数，kcal/(h·m·℃)；Ta为管线处的空气温度，℃。步骤4、计算第i段管线的空气运动黏度υa：υa＝(3×10-16×Ta6-9×10-13×Ta5+9×10-10×Ta4-4×10-7×Ta3+0.0002×Ta2+0.0862×Ta+13.232)×10-6在上述公式中，υa为管线的空气运动粘度，m2/s。步骤5、计算第i段管线的管子内截面积A；A＝πri2在上述公式中，A为管线的内截面积，m2。步骤6、根据有无保温层情况计算管线的外半径或者保温层外半径rins，并判断计算得出的ro和输入的ri，如果ro<ri，说明输入参数有误需要重新输入；有保温层时：采用以下公式计算保温层外半径：rins＝ro+Pipe(i,20)Ds＝2rins在上述公式中，rins为管线的外半径，m；ro为管线外半径；Ds为保温层外径，m；无保温层时，采用以下公式计算管线外半径：rins＝ro。步骤7、计算第i段管线的管壁热阻R3；在上述公式中，R3为管线的管壁热阻；λp为管线的导热系数，kcal/(h·m·℃)；ro为管线外半径，m；ri为管线内半径，m。步骤8、根据有无保温层情况计算第i段管线的保温层热阻R4：(1)有保温层时在上述公式中，λins为绝热层的导热系数，kcal/(h·m·℃)；rins为绝热层外半径，m；(2)无保温层时免去此步骤。步骤9、假定第i段管线的蒸汽干度升Δxi，压力升△pi。步骤10、计算第i段管线的出口处压力pi、出口处温度Ti以及出口处蒸汽干度xi；pi＝pi-1+△piTi＝195.94pi0.225-17.8xi＝xi-1+△xi。步骤11、计算第i段管线的平均压力pavi、平均温度Tavi以及平均蒸汽干度xavi：pavi＝(pi-1+pi)/2Tavi＝(Ti-1+Ti)/2xavi＝(xi-1+xi)/2。步骤12、计算第i段管线的蒸汽汽相密度ρg和蒸汽液相密度ρl；ρl＝(0.9967-4.615×10-5Tavi-3.063×10-6Tavi2)×103Zg＝1.012-4.461×10-4Tavi+2.98×10-6Tavi2-1.663×10-8Tavi3上述公式中，ρl为第i段管线的蒸汽液相密度，kg/m3；ρg为第i段管线的蒸汽汽相密度，kg/m3。步骤13、计算第i段管线的蒸汽液相密度μl和蒸汽汽相密度μg：μg＝(0.36Tavi+88.37)×10-4上述公式中，μl为第i段管线的蒸汽液相密度，mPa.s；μg为第i段管线的蒸汽汽相密度，mPa.s。步骤14、计算第i段管线的体积含气率Hg：步骤15、计算第i段管线的平均密度ρm：ρm＝Hgρg+(1-Hg)ρl。步骤16、计算第i段管线的平均黏度μm：μm＝Hgμg+(1-Hg)μl。步骤17、计算第i段管线的平均流速νm：步骤18、计算第i段管线的雷诺数Re：步骤19、计算第i段管线的摩擦系数fm：fm的具体取值根据表1的标准选取；表1第i段管线的摩擦系数选取标准表1中，Ra为管壁粗糙度。步骤20、计算第i-1段管线pi-1和Ti-1下的蒸汽汽相密度ρgi-1和蒸汽液相密度ρli-1，以及体积含气率Hgi-1、平均密度ρmi-1和流速νi-1：ρli-1＝(0.9967-4.615×10-5Ti-1-3.063×10-6Ti-12)×103Zgi-1＝1.012-4.461×10-4Ti-1+2.98×10-6Ti-12-1.663×10-8Ti-13ρmi-1＝Hgi-1ρgi-1+(1-Hgi-1)ρli-1步骤21、计算第i段管线pi和Ti下的蒸汽汽相密度ρgi和蒸汽液相密度ρli，以及体积含气率Hgi、平均密度ρmi以及流速νi：pi＝pi-1-△piTi＝195.94pi0.225-17.8ρli＝(0.9967-4.615×10-5Ti-3.063×10-6Ti2)×103Zgi＝1.012-4.461×10-4Ti+2.98×10-6Ti2-1.663×10-8Ti3ρmi＝Hgiρgi+(1-Hgi)ρli步骤22、计算第i段管线的局部阻力△pj：上述公式中，△pj为第i段管线局部压力降，MPa；△pw为液体单向流的局部压强损失，Pa；X为马蒂内利参数；ζ为局部阻力系数；当管径扩大时，B1和ζ的计算公式为：B1＝1.0，当管径缩小时，B1和ζ的计算公式为：B1＝1.0，当存在90°弯头时，B1和ζ的计算公式为：ζ＝0.12；当存在阀门时，B1和ζ的计算公式为：闸阀：B1＝1.5，ζ＝0.2，球阀：B1＝2.3，ζ＝10.0，控制阀：B1＝1.0，ζ＝5.0s，在上述涉及B1和ζ的计算公式中，l为管子弯头部分的长度；A2为下游小管道的截面积；A1为上游大管道的截面积。步骤23、计算第i段管线的压降△pi'：△pi'＝pi-1-pi。步骤24、判断计算得到的△pi'与△pi，如果在误差范围内则进行下步计算，否则取△pi＝△pi'返回步骤10；△pi'与△pi的误差范围可具体根据使用者对精度要求设定，在本实施例中设置为万分之一。步骤25、假定第i段管线的外表面温度Tw。步骤26、计算第i段管线对空气的强迫对流换热的热阻R5：绝热层外表面由于通过强迫对流方式与大气进行热交换，形成低速气膜层，其热阻可表示为：在上述公式中，hfc为绝热层外表面上强迫对流热系数，kcal/(m2·h·℃)；其中hfc＝hfc'+hfc"，即hfc由对流换热系数hfc'和辐射换热系数hfc"组成；第i段管线对空气的对流换热系数hfc'的计算公式为：Re＝νaDs/υa上述公式中，λa为空气的导热系数，kcal/(h·m·℃)；Re为雷诺数；νa为风速，m/s；υa为空气的运动粘度，m2/s；Ds为保温层外径，m；C和n根据Re按照表2的标准进行选值；表2C和n的选取标准第i段管线管外壁至大气的辐射换热系数hfc"的计算公式为：在上述公式中，ε为管壁外黑度；Ta为空气平均温度，℃；Tw为绝热层外壁温度，℃。步骤27、计算单位长度管线上的热阻R忽略对流层和污垢层的对流换热热阻(1)有保温层时(2)无保温层时步骤28、计算第i段管线△z上的单位长度、单位时间的热损失q：在上述公式中，q为第i段管线管线△z上的单位长度、单位时间的热损失，kcal/(h·m)。步骤29、计算绝热层外表面温度Tw'：(1)有保温层时(2)无保温层时步骤30、判断Tw和Tw'，如果误差较大则Tw＝Tw'返回步骤21，如果满足则进行下一步计算；Tw和Tw'的误差可具体根据使用者对精度要求设定，在本实施例中，设置为万分之五。步骤31、计算第i段管线热损失qi以及热流密度Q和累计长度Z：(1)第i段管线累计热损失qi的计算公式为：qi＝q×z×4.186/3600/G，在上述公式中，q为第i段管线△z上的单位长度单位时间的热损失，kJ/kg；(2)管线有保温层时，第i段管线热流密度Q的公式计算为：管线无保温层时，第i段管线热流密度Q的公式计算为：(3)累计长度Z为从锅炉出口出至第i段管线的管线长度。步骤32、计算第i段管线饱和蒸汽的焓hg以及饱和水的焓hl：hg＝(12500+1.88Tavi-3.7×10-6Tavi3.2)/4.186在上述公式中，hl为饱和水的热焓，kcal/kg；hg为饱和蒸汽的热焓，kcal/kg。步骤33、计算第i段管线的蒸汽干度xi：C1＝G(hg-hl)，步骤34、判断步骤33计算的蒸汽干度xi与步骤10计算出的蒸汽干度假设值xi，如果误差较大，则将步骤33计算得到的xi代入步骤10重新计算，如果在误差范围内则进行下一步计算；误差可具体根据使用者对精度要求设定，在本实施例中，设置为万分之一。步骤35、输出第i段管线的计算得出的最终相关参数，所述相关参数包括第i段管线出口处的温度Ti、压力pi、蒸汽干度xi、热损失qi、累计长度Z以及热流密度Q。步骤36、计算第i+1段管线的参数，并直至最后一根管段，计算出的最后一根管段出口的相关参数作为一炉一注注汽管网注汽锅炉参数的参考值。在设置完成上述步骤1至步骤36的基础上，根据一炉一注已知井口注汽参数对注汽锅炉参数进行推算。输入的井口注汽参数和注汽管线的基础参数见表4，经步骤1至步骤36后输出的计算结果见表5。表4输入的注汽参数表5输出的计算结果长度压力温度干度热损失管线外壁温度热流密度mMPa℃％kJ/kg℃W/m^207.932930.695000508.264297.3280.6974.28742.798489.2391008.583300.0260.6998.6343.059495.5441508.89302.550.70313.01443.252500.2312009.186304.9240.70717.43643.434504.6262509.474307.1670.71221.89443.605508.773009.753309.2970.71826.38743.767512.69535010.024311.3250.72430.91343.92516.42740010.289313.2620.7335.4744.067519.98645010.548315.1190.73740.05744.207523.39250010.802316.9030.74544.67244.342526.66根据表5的计算结果可知，计算结果中500处即为锅炉注汽过程中所需达到的注汽压力10.802Mpa，注汽温度316.903℃，注汽干度需达到74.5％，整个注汽管线的热损失为44.672kJ/kg，在保温好的情况下管线外壁温度最高位44.342℃。当前第1页1 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