一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法及裝置。所述方法包括：計(jì)算生產(chǎn)井井筒熱損失的上限值；根據(jù)所述井筒熱損失的上限值設(shè)置腳跟處井筒分段單元徑向熱損失初始值；根據(jù)所述設(shè)置的熱損失初始值迭代計(jì)算得出所述生產(chǎn)井井筒從腳跟到腳尖的第一溫度場分布；根據(jù)所述第一溫度場分布計(jì)算腳尖油管出口處熱水溫度T2，并計(jì)算所述腳尖處油水混合液的初始溫度：根據(jù)所述第一溫度場分布和所述腳尖處油水混合液的初始溫度計(jì)算所述腳尖至腳跟的第二溫度場分布；根據(jù)計(jì)算得到的生產(chǎn)井混合液的第二溫度場分布調(diào)節(jié)井口的注入?yún)?shù)，控制所述混合物溫度。利用本申請中各個實(shí)施例，可以快速、準(zhǔn)確計(jì)算并控制生產(chǎn)井混合液的溫度。
【專利說明】一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油火驅(qū)開采【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種重力火驅(qū)中水平生產(chǎn)井混合液 的溫度計(jì)算、控制方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在石油開采領(lǐng)域，火驅(qū)開采法是一種常用的且非常重要的石油開采方法。該方法 通常是指將空氣或氧氣注入到地下油層里面，使其與油層中的有機(jī)燃料燃燒，用燃燒產(chǎn)生 的熱量加熱待開采原油，加熱后原油在重力的驅(qū)動下卸到水平生產(chǎn)井的水平段，然后通過 水平井的提升作用將石油開采出來的方法。
[0003] 火驅(qū)開采法是一種在油層內(nèi)部產(chǎn)生熱量的熱力采油技術(shù)，在石油開采領(lǐng)域具有明 顯技術(shù)優(yōu)勢和潛力，它具有驅(qū)油效率高（一般達(dá)80%?90%)、單位成本低（與蒸汽相當(dāng)）、 油藏適應(yīng)范圍廣（從薄油層到厚油層、從淺油層到深油層、從稀油到稠油，及已開發(fā)油藏） 等特點(diǎn)，是石油開采尤其是稠油開采的重要手段。常用的火驅(qū)開采方式是直井+水平井組 合。直井為注氣井，用于將燃燒產(chǎn)生的熱量向前推進(jìn)加熱待開采的原油。加熱后并達(dá)到一 定流動性的原油在重力的驅(qū)動作用下卸到水平生產(chǎn)井的水平段，原油通過水平段的篩管空 隙進(jìn)入油管和篩管的環(huán)空之間，最后通過生產(chǎn)管柱將原油舉升到地面。由于目前火驅(qū)開采 主要針對粘度較大的稠油、超稠油，因此在水平生產(chǎn)井內(nèi)原油的溫度一旦降低到一定閥值， 原油流動性就會變得非常差，對石油舉升造成很大困難。水平井內(nèi)原油的溫度是后續(xù)傳輸 過程中最重要的參數(shù)，直接影響到整個火驅(qū)采油效率及能耗
[0004] 在現(xiàn)場石油開采中常常需要對水平生產(chǎn)管的原油進(jìn)行伴熱，使其達(dá)到一定的溫 度，以保證原油在高溫狀態(tài)下的良好流動性?，F(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的油井測溫裝置采用的是套 管式溫度測量，這種測試裝置安裝和使用都十分費(fèi)時費(fèi)力，且使用和維護(hù)成本較高。同時， 在測定管道中流體溫度時，為了保護(hù)溫度計(jì)，通常會在管道中裝有測溫套管，導(dǎo)致該測試裝 置由于存在傳熱熱阻，導(dǎo)致測量溫度的準(zhǔn)確性不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請目的在于提供一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法及裝置， 能根據(jù)特定采集的參數(shù)及算法計(jì)算得出生產(chǎn)井內(nèi)原油的溫度，并可以根據(jù)計(jì)算得出的溫度 進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控，降低垂直生產(chǎn)井內(nèi)原油舉升難度，同時降低使用和維護(hù)成本，省時省力。
[0006] 本申請?zhí)峁┑囊环N重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法及裝置是這樣實(shí) 現(xiàn)的：
[0007] -種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法，所述方法包括：
[0008] Sl :計(jì)算生產(chǎn)井井筒熱損失的上限值；
[0009] S2 :根據(jù)所述井筒熱損失的上限值設(shè)置腳跟處井筒分段單元徑向熱損失初始值；
[0010] S3:根據(jù)所述設(shè)置的熱損失初始值迭代計(jì)算得出所述生產(chǎn)井井筒從腳跟到腳尖的 第一溫度場分布；
[0011] S4:根據(jù)所述第一溫度場分布計(jì)算腳尖油管出口處熱水溫度T2，并利用下述公式 計(jì)算所述腳尖處油水混合液的初始溫度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為汽化潛熱，J/kg ;C = C,汽fw+C油（l-fw)，C,汽為蒸汽比熱容，J/ (kg ? °C ) ;(^為原油比熱容，J/(kg ? °C ) ; Am油為蒸汽與原油混合瞬間原油質(zhì)量，kg ; Amn為蒸汽與原油混合瞬間蒸汽質(zhì)量，kg ;m為水、蒸汽與原油后混合液質(zhì)量J1為重力火驅(qū)卸 油后流到腳尖處原有的初始溫度，°C;T2為油管腳尖出口處熱水溫度，°C;fw為產(chǎn)出液含 水率；
[0014] S5:根據(jù)所述第一溫度場分布和所述腳尖處油水混合液的初始溫度利用下述公式 從所述井筒腳尖開始計(jì)算所述腳尖至腳跟的第二溫度場分布：

【權(quán)利要求】
1. 一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法，其特征在于，所述方法包括： 51 :計(jì)算生產(chǎn)井井筒熱損失的上限值； 52 :根據(jù)所述井筒熱損失的上限值設(shè)置腳跟處井筒分段單元徑向熱損失初始值； 53 :根據(jù)所述設(shè)置的熱損失初始值迭代計(jì)算得出所述生產(chǎn)井井筒從腳跟到腳尖的第一 溫度場分布； 54 :根據(jù)所述第一溫度場分布計(jì)算腳尖油管出口處熱水溫度T2，并利用下述公式計(jì)算 所述腳尖處油水混合液的初始溫度T : LvAm汽+C水 Am水T2+C油 An^T1 = CAmT 上述公式中：1^為汽化潛熱，1/1^;〇=(：汽4+(^(1-4)，(：汽為蒸汽比熱容，1/〇^·!：); (^為原油比熱容，J/(kg · °C ) ; ΔηιΛ為蒸汽與原油混合瞬間原油質(zhì)量，kg ; Amn為蒸汽與 原油混合瞬間蒸汽質(zhì)量，kg ;m為水、蒸汽與原油后混合液質(zhì)量J1為重力火驅(qū)卸油后流到 腳尖處原有的初始溫度，°C ;T2為油管腳尖出口處熱水溫度，°C ;fw為產(chǎn)出液含水率； 55 :根據(jù)所述第一溫度場分布和所述腳尖處油水混合液的初始溫度利用下述公式從所 述井筒腳尖開始計(jì)算所述腳尖至腳跟的第二溫度場分布：
上述公式中，Tti為油管內(nèi)壁溫度，Tt。為油管內(nèi)壁溫度，Qa為油水混合液熱損失，P為 油水混合液密度，P = P水fw+P Λ (l_fw)，為套管內(nèi)壁半徑，r。。為套管外壁半徑，R1為 蒸汽與管內(nèi)壁之間的熱對流熱阻，R 2為油管內(nèi)外壁之間的熱傳導(dǎo)熱阻，R3為環(huán)空熱對流熱 阻，Kcas為常數(shù)，T' 1為前一段混合液溫度，在初始時，所述T' 1為所述計(jì)算得出的腳尖處 油水混合液的初始溫度T ; 56 :根據(jù)計(jì)算得到的生產(chǎn)井混合液的第二溫度場分布調(diào)節(jié)井口的注入?yún)?shù)，控制所述 混合液的溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法，其特征在 于，所述生產(chǎn)井井筒熱損失的上限值的計(jì)算方法包括： 5101 :計(jì)算井筒徑向指定位置的熱阻R2、R3、R4、R 5 ; 5102 :計(jì)算地層溫度?；; 5103 :采用下式計(jì)算井筒熱損失上限值Qm :
上式中，R1為蒸汽與管內(nèi)壁之間的熱對流熱阻，R2為油管內(nèi)外壁之間的熱傳導(dǎo)熱阻，R3 為環(huán)空熱對流熱阻，取值為〇, R4為套管壁的熱傳導(dǎo)熱阻，R5為篩管與地層交界處的熱傳導(dǎo) 熱阻，Ts為注入蒸汽溫度，T 6為地層溫度。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法，其特征在 于，用下述方法迭代計(jì)算得出所述生產(chǎn)井井筒從腳跟到腳尖的第一溫度場分布： S301 :分別用k和Qk表示第k次循環(huán)和第k次迭代后的井筒熱損失，所述生產(chǎn)井井筒 腳跟處開始，令所述I = 〇，k = l，Qk = NQm，0 < N < I ;獲取所述井筒腳跟處指定位置的熱 阻值和地層溫度T6 ; 5302 :利用下式計(jì)算當(dāng)前井段分段處的蒸汽的平均溫度Ts : Ts = 195. 94Pk0 225-17. 8 上述中，P為井筒平均壓力； 5303 :計(jì)算當(dāng)前所述分段下述指定位置的各處溫度： 油管內(nèi)壁溫度為：Tti = Ts-R1Q1Zdl ; 油管外壁溫度為：Tt。= Tti-R2Qk/dl ; 篩管與地層交界處溫度為：T。。= Te+R5Qk/dl ; 篩管內(nèi)壁溫度為：Tcd = Tra+R4Qk/dl ; 5304 :利用下述公式重新計(jì)算環(huán)空熱對流熱阻R3 :
上述公式中，R3為環(huán)空熱對流熱阻，m · K/W ;WAm2 · K) ;h。為環(huán)空內(nèi)混合液的強(qiáng)迫對流 傳熱系數(shù)，WAm2 · K)，其計(jì)算公式為：
上述L的計(jì)算公式中：
上述公式中：Gr為Grashof數(shù)；Pr為Prandtl數(shù)；Kha為環(huán)空流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(ηι·Κ); g為重力加速度，m/s2 ; P an為環(huán)空流體在平均溫度Tan下的密度，kg/m3 ; P m為環(huán)空流體 在平均溫度Tan下的粘度，Can為環(huán)空流體在平均溫度Tan下的熱容， J(Hl3K);
5305 :井筒熱損失校正； 5306 :利用所述井筒校正后的井筒熱損失Qk重新計(jì)算S303中所述的各處的溫度及相 應(yīng)的熱阻值； 5307 :令k = k+1, I = 1+dl，Qk+1 = Qk，Pk+1 = Pk ;以所述S306重新計(jì)算的所述指定位 置的熱阻值的作為井筒下一分段的初始熱阻值計(jì)算所述下一分段的總熱阻值，并以所述下 一分段的總熱阻值R作為所述井筒下一分段的初始熱阻值利用公式：& = ^心計(jì)算所 述下一分段的熱損失Qk ;以所述下一分段作為所述當(dāng)前分段，重復(fù)步驟S303?S307進(jìn)行迭 代計(jì)算，直到1>L，得到所述水平生產(chǎn)井井筒腳跟至腳尖的第一溫度場分布數(shù)據(jù)；L為所述 井筒腳跟至腳尖長度。
4.如權(quán)利要求3所述的一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法，其特征在 于，所述井筒熱損失校正方法包括： 53051 :基于重新計(jì)算獲取的環(huán)空熱對流熱阻R3利用下式計(jì)算總熱阻值R : R = 1^+?+?+?+? 53052 :基于所述總熱阻值R重新計(jì)算當(dāng)前分段的熱損失Qk ; 所述當(dāng)前分段的熱損失Qk的計(jì)算公式為：
53053 :判斷所述重新計(jì)算的當(dāng)前分段的熱損失Qk是否滿足：QkSQ m，如果滿足，則令Qk =Qm。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法，其特征在 于，計(jì)算所述腳尖處油水混合液的初始溫度的計(jì)算公式中，L vAmjii與Ci^取值為0。
6. 如權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)所述的一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制 方法，其特征在于，所述方法還包括： S501 :比較所述生產(chǎn)井中腳尖處油管的外部溫度Tt。是否小于計(jì)算得出的腳尖處混合 液溫度T1，在出現(xiàn)所述出現(xiàn)的情況時采用下述公式計(jì)算所述第二溫度場分布：
7. 如權(quán)利要求6所述的一種重力火驅(qū)生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算、控制方法，其特征在 于，所述方法還包括： S7 :利用所述第二溫度場分布計(jì)算所述腳跟泵入口處產(chǎn)出液的溫度；如果所述腳跟泵 入口出產(chǎn)出液的溫度小于預(yù)定溫度閥值，則相應(yīng)的調(diào)節(jié)井口注入?yún)?shù)以保障所述泵入口產(chǎn) 出液的溫度不小于所述預(yù)定溫度閥值。
8. -種生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算裝置，其特征在于，所述裝置包括： 參數(shù)獲取單元，用于獲取計(jì)算混合液溫度所需的預(yù)置的特定參數(shù)； 熱損失上限計(jì)算模塊，用于計(jì)算生產(chǎn)井井筒熱損失的上限值； 初始值設(shè)置模塊，用于根據(jù)所述井筒熱損失的上限值設(shè)置腳跟處井筒分段單元徑向熱 損失初始值； 第一溫度場分布計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述設(shè)置的熱損失初始值迭代計(jì)算得出所述生產(chǎn) 井井筒從腳跟到腳尖的第一溫度場分布； 腳尖初始溫度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一溫度場分布計(jì)算腳尖油管出口處熱水溫 度，并計(jì)算所述腳尖處油水混合液的初始溫度： 第二溫度場分布計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述第一溫度場分布和所述腳尖處油水混合液的 初始溫度利用下述公式從所述井筒腳尖開始計(jì)算所述腳尖至腳跟的第二溫度場分布：
上述公式中，Tti為油管內(nèi)壁溫度，Tt。為油管內(nèi)壁溫度，Qa為油水混合液熱損失，P為 油水混合液密度，P = P水fw+P Λ (l-fw)，Γε?為套管內(nèi)壁半徑，r。。為套管外壁半徑，R1為 蒸汽與管內(nèi)壁之間的熱對流熱阻，R2為油管內(nèi)外壁之間的熱傳導(dǎo)熱阻，R3為環(huán)空熱對流熱 阻，K cas為常數(shù)，T' 1為前一段混合液溫度，在初始時，所述T' 1為所述計(jì)算得出的腳尖處 油水混合液的初始溫度T。
9. 如權(quán)利要求8所述的一種生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算裝置，其特征在于，所述第一溫 度場分布計(jì)算模塊，包括： 初始化模塊，用于設(shè)置計(jì)算所述第一溫度場分布的預(yù)置參數(shù)值； 指定溫度計(jì)算模塊，用于根據(jù)獲取的參數(shù)計(jì)算當(dāng)前所述分段下述指定位置的各處溫 度： 環(huán)空熱阻重計(jì)算模塊，用于重新計(jì)算環(huán)空熱對流熱阻； 熱損失校正模塊，用于基于預(yù)定規(guī)則校正當(dāng)前分段井筒熱損失； 重計(jì)算模塊，用于利用所述井筒校正后的井筒熱損失重新計(jì)算指定溫度計(jì)算模塊和環(huán) 空熱阻重計(jì)算模塊所述的指定位置各處的溫度及相應(yīng)的熱阻值； 迭代模塊：用于循環(huán)迭代計(jì)算所述生產(chǎn)井從腳跟至腳尖處的第一溫度場分布數(shù)據(jù)。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的一種生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算裝置，其特征在于，所述裝 置還包括： 產(chǎn)出液溫度計(jì)算模塊，用于利用所述第二溫度場分布計(jì)算所述腳跟泵入口處產(chǎn)出液的 溫度。
11. 如權(quán)利要求10所述的一種生產(chǎn)井混合液的溫度計(jì)算裝置，其特征在于，所述裝置 還包括： 產(chǎn)出液溫度調(diào)控模塊，用于基于所述計(jì)算得到的腳跟泵入口處產(chǎn)出液的溫度調(diào)節(jié)相應(yīng) 的井口注入?yún)?shù)，控制所述產(chǎn)出液的溫度。
【文檔編號】E21B43/243GK104392092SQ201410532342
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】馬振, 彭松良, 曲紹剛, 屈振哲, 張成博, 于曉聰, 方梁鋒, 崔冠麟, 李晨曦, 賀夢琪, 劉洪芹, 張 林 申請人:中國石油天然氣股份有限公司