一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本申请提供一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法及装置。所述方法包括：计算生产井井筒热损失的上限值；根据所述井筒热损失的上限值设置脚跟处井筒分段单元径向热损失初始值；根据所述设置的热损失初始值迭代计算得出所述生产井井筒从脚跟到脚尖的第一温度场分布；根据所述第一温度场分布计算脚尖油管出口处热水温度T2，并计算所述脚尖处油水混合液的初始温度：根据所述第一温度场分布和所述脚尖处油水混合液的初始温度计算所述脚尖至脚跟的第二温度场分布；根据计算得到的生产井混合液的第二温度场分布调节井口的注入参数，控制所述混合物温度。利用本申请中各个实施例，可以快速、准确计算并控制生产井混合液的温度。
【专利说明】一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油火驱开采【技术领域】，尤其涉及一种重力火驱中水平生产井混合液 的温度计算、控制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在石油开采领域，火驱开采法是一种常用的且非常重要的石油开采方法。该方法 通常是指将空气或氧气注入到地下油层里面，使其与油层中的有机燃料燃烧，用燃烧产生 的热量加热待开采原油，加热后原油在重力的驱动下卸到水平生产井的水平段，然后通过 水平井的提升作用将石油开采出来的方法。
[0003] 火驱开采法是一种在油层内部产生热量的热力采油技术，在石油开采领域具有明 显技术优势和潜力，它具有驱油效率高（一般达80%?90%)、单位成本低（与蒸汽相当）、 油藏适应范围广（从薄油层到厚油层、从浅油层到深油层、从稀油到稠油，及已开发油藏） 等特点，是石油开采尤其是稠油开采的重要手段。常用的火驱开采方式是直井+水平井组 合。直井为注气井，用于将燃烧产生的热量向前推进加热待开采的原油。加热后并达到一 定流动性的原油在重力的驱动作用下卸到水平生产井的水平段，原油通过水平段的筛管空 隙进入油管和筛管的环空之间，最后通过生产管柱将原油举升到地面。由于目前火驱开采 主要针对粘度较大的稠油、超稠油，因此在水平生产井内原油的温度一旦降低到一定阀值， 原油流动性就会变得非常差，对石油举升造成很大困难。水平井内原油的温度是后续传输 过程中最重要的参数，直接影响到整个火驱采油效率及能耗
[0004] 在现场石油开采中常常需要对水平生产管的原油进行伴热，使其达到一定的温 度，以保证原油在高温状态下的良好流动性。现有技术中传统的油井测温装置采用的是套 管式温度测量，这种测试装置安装和使用都十分费时费力，且使用和维护成本较高。同时， 在测定管道中流体温度时，为了保护温度计，通常会在管道中装有测温套管，导致该测试装 置由于存在传热热阻，导致测量温度的准确性不高。
【发明内容】
[0005] 本申请目的在于提供一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法及装置， 能根据特定采集的参数及算法计算得出生产井内原油的温度，并可以根据计算得出的温度 进行相应的调控，降低垂直生产井内原油举升难度，同时降低使用和维护成本，省时省力。
[0006] 本申请提供的一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法及装置是这样实 现的：
[0007] -种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法，所述方法包括：
[0008] Sl :计算生产井井筒热损失的上限值；
[0009] S2 :根据所述井筒热损失的上限值设置脚跟处井筒分段单元径向热损失初始值；
[0010] S3:根据所述设置的热损失初始值迭代计算得出所述生产井井筒从脚跟到脚尖的 第一温度场分布；
[0011] S4:根据所述第一温度场分布计算脚尖油管出口处热水温度T2，并利用下述公式 计算所述脚尖处油水混合液的初始温度T :
[0012] Lv A m 汽 +C 水 A m 水 T2+C 油 A m 油 T1 = C A mT
[0013] 上述公式中：LV为汽化潜热，J/kg ;C = C,汽fw+C油（l-fw)，C,汽为蒸汽比热容，J/ (kg ? °C ) ;(^为原油比热容，J/(kg ? °C ) ; Am油为蒸汽与原油混合瞬间原油质量，kg ; Amn为蒸汽与原油混合瞬间蒸汽质量，kg ;m为水、蒸汽与原油后混合液质量J1为重力火驱卸 油后流到脚尖处原有的初始温度，°C;T2为油管脚尖出口处热水温度，°C;fw为产出液含 水率；
[0014] S5:根据所述第一温度场分布和所述脚尖处油水混合液的初始温度利用下述公式 从所述井筒脚尖开始计算所述脚尖至脚跟的第二温度场分布：
【权利要求】
1. 一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法，其特征在于，所述方法包括： 51 :计算生产井井筒热损失的上限值； 52 :根据所述井筒热损失的上限值设置脚跟处井筒分段单元径向热损失初始值； 53 :根据所述设置的热损失初始值迭代计算得出所述生产井井筒从脚跟到脚尖的第一 温度场分布； 54 :根据所述第一温度场分布计算脚尖油管出口处热水温度T2，并利用下述公式计算 所述脚尖处油水混合液的初始温度T : LvAm汽+C水 Am水T2+C油 An^T1 = CAmT 上述公式中：1^为汽化潜热，1/1^;〇=(：汽4+(^(1-4)，(：汽为蒸汽比热容，1/〇^·!：); (^为原油比热容，J/(kg · °C ) ; ΔηιΛ为蒸汽与原油混合瞬间原油质量，kg ; Amn为蒸汽与 原油混合瞬间蒸汽质量，kg ;m为水、蒸汽与原油后混合液质量J1为重力火驱卸油后流到 脚尖处原有的初始温度，°C ;T2为油管脚尖出口处热水温度，°C ;fw为产出液含水率； 55 :根据所述第一温度场分布和所述脚尖处油水混合液的初始温度利用下述公式从所 述井筒脚尖开始计算所述脚尖至脚跟的第二温度场分布：
上述公式中，Tti为油管内壁温度，Tt。为油管内壁温度，Qa为油水混合液热损失，P为 油水混合液密度，P = P水fw+P Λ (l_fw)，为套管内壁半径，r。。为套管外壁半径，R1为 蒸汽与管内壁之间的热对流热阻，R 2为油管内外壁之间的热传导热阻，R3为环空热对流热 阻，Kcas为常数，T' 1为前一段混合液温度，在初始时，所述T' 1为所述计算得出的脚尖处 油水混合液的初始温度T ; 56 :根据计算得到的生产井混合液的第二温度场分布调节井口的注入参数，控制所述 混合液的温度。
2. 如权利要求1所述的一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法，其特征在 于，所述生产井井筒热损失的上限值的计算方法包括： 5101 :计算井筒径向指定位置的热阻R2、R3、R4、R 5 ; 5102 :计算地层温度?；; 5103 :采用下式计算井筒热损失上限值Qm :
上式中，R1为蒸汽与管内壁之间的热对流热阻，R2为油管内外壁之间的热传导热阻，R3 为环空热对流热阻，取值为〇, R4为套管壁的热传导热阻，R5为筛管与地层交界处的热传导 热阻，Ts为注入蒸汽温度，T 6为地层温度。
3. 如权利要求1所述的一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法，其特征在 于，用下述方法迭代计算得出所述生产井井筒从脚跟到脚尖的第一温度场分布： S301 :分别用k和Qk表示第k次循环和第k次迭代后的井筒热损失，所述生产井井筒 脚跟处开始，令所述I = 〇，k = l，Qk = NQm，0 < N < I ;获取所述井筒脚跟处指定位置的热 阻值和地层温度T6 ; 5302 :利用下式计算当前井段分段处的蒸汽的平均温度Ts : Ts = 195. 94Pk0 225-17. 8 上述中，P为井筒平均压力； 5303 :计算当前所述分段下述指定位置的各处温度： 油管内壁温度为：Tti = Ts-R1Q1Zdl ; 油管外壁温度为：Tt。= Tti-R2Qk/dl ; 筛管与地层交界处温度为：T。。= Te+R5Qk/dl ; 筛管内壁温度为：Tcd = Tra+R4Qk/dl ; 5304 :利用下述公式重新计算环空热对流热阻R3 :
上述公式中，R3为环空热对流热阻，m · K/W ;WAm2 · K) ;h。为环空内混合液的强迫对流 传热系数，WAm2 · K)，其计算公式为：
上述L的计算公式中：
上述公式中：Gr为Grashof数；Pr为Prandtl数；Kha为环空流体的导热系数，W/(ηι·Κ); g为重力加速度，m/s2 ; P an为环空流体在平均温度Tan下的密度，kg/m3 ; P m为环空流体 在平均温度Tan下的粘度，Can为环空流体在平均温度Tan下的热容， J(Hl3K);
5305 :井筒热损失校正； 5306 :利用所述井筒校正后的井筒热损失Qk重新计算S303中所述的各处的温度及相 应的热阻值； 5307 :令k = k+1, I = 1+dl，Qk+1 = Qk，Pk+1 = Pk ;以所述S306重新计算的所述指定位 置的热阻值的作为井筒下一分段的初始热阻值计算所述下一分段的总热阻值，并以所述下 一分段的总热阻值R作为所述井筒下一分段的初始热阻值利用公式：& = ^心计算所 述下一分段的热损失Qk ;以所述下一分段作为所述当前分段，重复步骤S303?S307进行迭 代计算，直到1>L，得到所述水平生产井井筒脚跟至脚尖的第一温度场分布数据；L为所述 井筒脚跟至脚尖长度。
4.如权利要求3所述的一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法，其特征在 于，所述井筒热损失校正方法包括： 53051 :基于重新计算获取的环空热对流热阻R3利用下式计算总热阻值R : R = 1^+?+?+?+? 53052 :基于所述总热阻值R重新计算当前分段的热损失Qk ; 所述当前分段的热损失Qk的计算公式为：
53053 :判断所述重新计算的当前分段的热损失Qk是否满足：QkSQ m，如果满足，则令Qk =Qm。
5. 如权利要求1所述的一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法，其特征在 于，计算所述脚尖处油水混合液的初始温度的计算公式中，L vAmjii与Ci^取值为0。
6. 如权利要求1?5中任意一项所述的一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制 方法，其特征在于，所述方法还包括： S501 :比较所述生产井中脚尖处油管的外部温度Tt。是否小于计算得出的脚尖处混合 液温度T1，在出现所述出现的情况时采用下述公式计算所述第二温度场分布：
7. 如权利要求6所述的一种重力火驱生产井混合液的温度计算、控制方法，其特征在 于，所述方法还包括： S7 :利用所述第二温度场分布计算所述脚跟泵入口处产出液的温度；如果所述脚跟泵 入口出产出液的温度小于预定温度阀值，则相应的调节井口注入参数以保障所述泵入口产 出液的温度不小于所述预定温度阀值。
8. -种生产井混合液的温度计算装置，其特征在于，所述装置包括： 参数获取单元，用于获取计算混合液温度所需的预置的特定参数； 热损失上限计算模块，用于计算生产井井筒热损失的上限值； 初始值设置模块，用于根据所述井筒热损失的上限值设置脚跟处井筒分段单元径向热 损失初始值； 第一温度场分布计算模块，用于根据所述设置的热损失初始值迭代计算得出所述生产 井井筒从脚跟到脚尖的第一温度场分布； 脚尖初始温度计算模块，用于根据所述第一温度场分布计算脚尖油管出口处热水温 度，并计算所述脚尖处油水混合液的初始温度： 第二温度场分布计算模块，用于根据所述第一温度场分布和所述脚尖处油水混合液的 初始温度利用下述公式从所述井筒脚尖开始计算所述脚尖至脚跟的第二温度场分布：
上述公式中，Tti为油管内壁温度，Tt。为油管内壁温度，Qa为油水混合液热损失，P为 油水混合液密度，P = P水fw+P Λ (l-fw)，Γε?为套管内壁半径，r。。为套管外壁半径，R1为 蒸汽与管内壁之间的热对流热阻，R2为油管内外壁之间的热传导热阻，R3为环空热对流热 阻，K cas为常数，T' 1为前一段混合液温度，在初始时，所述T' 1为所述计算得出的脚尖处 油水混合液的初始温度T。
9. 如权利要求8所述的一种生产井混合液的温度计算装置，其特征在于，所述第一温 度场分布计算模块，包括： 初始化模块，用于设置计算所述第一温度场分布的预置参数值； 指定温度计算模块，用于根据获取的参数计算当前所述分段下述指定位置的各处温 度： 环空热阻重计算模块，用于重新计算环空热对流热阻； 热损失校正模块，用于基于预定规则校正当前分段井筒热损失； 重计算模块，用于利用所述井筒校正后的井筒热损失重新计算指定温度计算模块和环 空热阻重计算模块所述的指定位置各处的温度及相应的热阻值； 迭代模块：用于循环迭代计算所述生产井从脚跟至脚尖处的第一温度场分布数据。
10. 如权利要求8或9所述的一种生产井混合液的温度计算装置，其特征在于，所述装 置还包括： 产出液温度计算模块，用于利用所述第二温度场分布计算所述脚跟泵入口处产出液的 温度。
11. 如权利要求10所述的一种生产井混合液的温度计算装置，其特征在于，所述装置 还包括： 产出液温度调控模块，用于基于所述计算得到的脚跟泵入口处产出液的温度调节相应 的井口注入参数，控制所述产出液的温度。
【文档编号】E21B43/243GK104392092SQ201410532342
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】马振, 彭松良, 曲绍刚, 屈振哲, 张成博, 于晓聪, 方梁锋, 崔冠麟, 李晨曦, 贺梦琪, 刘洪芹, 张 林 申请人:中国石油天然气股份有限公司