产气井温度压力分布的数值模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油气藏开发工程管理技术领域，具体为产气井温度压力分布的数值模 拟方法，涉及产气井的温度压力耦合机理分析，数学模型建立，数值模拟方法设计等。
【背景技术】
[0002] 生产气井通常伴随着与高温、高流速、高压力，这是由于摩擦、井筒形变、热传导等 原因。随着生产环境的演化，包括深水和高温度压力条件，在石油工程设施的设计、水合物 预防优化、生产井的动态分析，有必要对温度压力进行准的预测。
[0003] 当液体从一个区域最初产生时，其温度在井底可能认为一样的。这对气体是不成 立的。如果Joule-Thompson效应被恰当考虑，入口气体温度可用地层温度进行估计。因此， 井筒底部的温度，能够被可靠地估计。然而，随着流体的上升，它的温度显著高于周围地层 的温度，这是因为地层温度随着深度减少而下降。
[0004] 当地层与流体有温度差，将发生热传导现象。在任何深度，地层温度不仅与辐射距 离有关，也与生产时间有关。当达到稳定流时，湍流保证了在一定的深度，流体的温度是常 数。于是，流体中的热量损失随着时间而减少，并取决于井筒红热液与周围地层的不同的热 阻。
[0005] 完整的系统由流体，含有低压空气的环形间隙、套管、座封和地层，如图1所示：
[0006] 导管内径是rtl，外径是rt。，套管的内径是，外径是r。。，热量通过环圈中的空气 进行传导。辐射与对流也发生。当管体被加热，辐射能的传导速率取决于管体的温度。导 管与套管之间的辐射能的传导，取决于界面发出和吸收热量的特征。很多情况下，导管与孔 之间的缝隙是被封堵的。由于水泥的传导性可能低于周边的地层，计算由井筒地步开始，逐 步向上。将气井的进气口作为坐标轴的交点，井筒向下为坐标轴的正方向。图2显示了井 筒微元的压减分析，P是流体压力，V是气体速度，1是深度，dv是dl上的速度增量，dp是 dl上的压力增量，Θ是井筒的倾斜角。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：提出一种产气井温度压力分布的数值模拟方法， 对产气井的温度压力参数分布情况进行准确模拟，从而为生产提供指导依据。
[0008] 本发明解决上述技术问题所采用的方案是：产气井温度压力分布的数值模拟方 法，包括以下步骤：
[0009] A、建立温度压力耦合微分方程组模型；
[0010] B、估计微分方程组相关参数；
[0011] C、使用差分法进行算法设计；
[0012] D、基于C#开发平台构建模拟软件；
[0013] E、在模拟软件中输入初始数据，获得温度压力分布模拟结果。
[0014] 进一步的，步骤A中，所述建立温度压力耦合微分方程组模型具体包括：
[0015] 基于假设的模型构建条件分别获得能量守恒方程、质量守恒方程、动量守恒方 程：
[0016] 其中，能量守恒方程：
[0018] 质量守恒方程：
[0020] 动量守恒方程：
[0022] 在微元dl上，从流体到座封-地层界面传导的辐射热为
[0024] 从座封-地层界面到周围地层传导的辐射热为：
[0026] 结合式⑷和式（5)得到流体与周围地层热传导的微分方程：
[0028] 将⑴和（6)整合，得到如下常微分方程：
[0030] 当流体在井筒中流动的时候，由于管径变化很小，Joule - Thomson系数可以忽略 不计，因此dh = CpdT，对于式（7)整体的洽变化量为：
[0032] 由式（1)、（2)、（3)、⑶可得天然气井中的流体压力、温度、密度和速率的微分组 方程： CN 105184061 A 说明书 3/8 页
[0034] 用yi (i = 1，2, 3, 4)代替P，v，P，T，则方程组可简化为
[0036] 进一步的，所述假设的模型构建条件包括：
[0037] 天然气的流动是单向稳定的；井筒的传热是稳态的；地层传热是不稳定的；导管 和套管是同心的。
[0038] 进一步的，步骤B中，估计微分方程组相关参数具体包括：
[0039] BI.热传导系数估计：
[0041] B2.计算定压比热Cp:
[0042] Cp= 1243+3. 14T+7. 931 X 10 4Τ2-6· 881 X 10 7T3 (12)
[0043] Β3·地层瞬态热传导方程：
[0046] Β4.计算摩擦系数f :
[0048] 进一步的，步骤C中，所述使用差分法进行算法设计包括对温度压力耦合微分方 程组模型的求解：
[0049] 将产气井划分为η个区间，j (j = 1，2,…，η)为节点，η为井底，步长为h ;
[0050] 温度压力耦合微分方程组的边界条件为：
[0051] CN 105184061 A 兄明 4/8 页
[0052] 为了计算各节点的相关量，使用如下的迭代方程：
[0054] 为使用以上方程，需要估计a[i], b[i], c[i]和d[i]:
[0056] 进一步的，步骤D中，所述模拟软件包括用户界面模块、输出输出模块、算法模块 和图表模块；
[0057] 所述用户界面模块用于提供气井的初始信息，这些信息可划分为静态数据、流体 数据和生产数据：
[0058] 静态数据：描述静态下气井特征；
[0059] 流体数据：描述流体的状态；
[0060] 生产数据：生产阶段给定的参数；
[0061] 所述输入输出模块用于从存储器里读入、保存数据；
[0062] 所述算法模块用于根据设计的算法进行数学计算；
[0063] 所述图表模块用于将模拟的数据结果进行图表化展示。
[0064] 本发明的有益效果是：对产气井的温度和压力分布进行精确预测，极大促进油气 开采设备设计水平的提高，从而有利于油气藏开发。
【附图说明】
[0065] 图1为井段结构示意图；
[0066] 图2为导管内压减分析不意图；
[0067] 图3为本发明产气井温度压力分布的数值模拟方法流程图；
[0068] 图4为模拟软件结构示意图；
[0069] 图5为程序流程不意图；
[0070] 图6为模拟出来的压力分布曲线图；
[0071] 图7为模拟出来的温度分布曲线图。
【具体实施方式】
[0072] 本发明旨在提出一种产气井温度压力分布的数值模拟方法，对产气井的温度压力 参数分布情况进行准确模拟，从而为生产提供指导依据。
[0073] 本发明中有可能涉及的参数释义如下：
[0074] A:内管面积，m2;
[0075] Cp:定压比热，J/Kg. K ;
[0076] f:摩擦系数；
[0077] f (Td):地层瞬态热传导时间方程；
[0078] g:重力加速度；
[0079] h:比焓；
[0080] kang:环中气体热传导性，J/m. K ;
[0081] k_:座封热传导性，J/m. K ;
[0082] ke:地层热传导性，J/m. K ;
[0083] 1:井筒长度，1;
[0084] M:气体的平均摩尔重，g/mol ;
[0085] P:流体压强，pa ;
[0086] Ppe:临界压强，pa;
[0087] rcem :座封外径，m
[0088] Re:雷诺数；
[0089] t:生产时间，s ;
[0090] T:流体温度，K ;
[0091] ?；:周围地层温度，K ;
[0092] Utl :总传热系数，W/m. K ;
[0093] v:天然气速度，m/s ;
[0094] w:总的质量流速；
[0095] z:压缩因子；
[0096] α :地层的热扩散率，m2/s。
[0097] 下面结合附图及实施例对本发明的方案作更进一步的描述：
[0098] 如图3所示，本发明产气井温度压力分布的数值模拟方法包括：
[0099] A、建立温度压力