氣舉井井筒溫度場分布研究

王洪松龔秋紅 馮學謙宋曉俊張賢波李坤

（1.塔里木油田公司；2.江漢石油勘察設計研究院）

氣舉井井筒溫度場分布研究

王洪松1龔秋紅2馮學謙1宋曉俊1張賢波1李坤1

（1.塔里木油田公司；2.江漢石油勘察設計研究院）

以“開式熱流體反循環溫度場分布”模型和Beggs-Brill井筒多相管流計算方法為基礎，在已知地層參數和井筒參數的條件下，考慮井筒內的傳熱方式為垂直井筒中的穩態熱傳導和對流換熱，地層中的傳熱方式為非穩態熱傳導，井筒中的流動方式為氣液兩相混合流動，根據能量守恒定律及傳熱學原理，推導出了氣舉井生產流體和注入氣體沿井筒的溫度場分布計算模型。根據模型編寫了計算機程序，實現了注氣壓力、注氣量等重要參數的計算，并能夠對產油量、注氣壓力、注氣量等參數進行敏感性分析。

氣舉井 傳熱系數 溫度場 程序 敏感性分析

氣舉采油技術一般應用在深井、超深井中，其流程長，流型豐富，且溫度變化范圍大，井筒和環空中流體溫度的變化對氣液兩相流的流型和流壓有著非常顯著的影響。雖然國內外對采油管柱的溫度場分布做了很多研究工作，但大都集中在自噴井和熱采井上，對連續氣舉條件下井筒流體溫度場分布所做的研究工作甚少。鑒于溫度場分布對氣舉設計和運行的重要作用以及目前的研究狀況，很有必要對此做深入全面的研究，對氣舉采油進行優化設計，使氣舉系統處于最優工作狀態，達到高產、高效、節能的效果[1-5]。

1 模型建立

模型建立的條件是：油井為垂直井；井筒中混合物為氣液兩相；氣舉閥前后的壓差處于最優狀況，即壓差等于閥阻壓力。該模型同時考慮了注氣溫度、注氣量、氣舉閥前后溫度的降低等因素對井筒溫度場的影響，通過對溫度、壓力的循環迭代，對氣舉井井筒溫度場進行求解[2]。

確定傳熱系數，包括氣舉閥下部從油管流體到地層的傳熱系數，油管流體到環空井液的傳熱系數，氣舉閥上部油管內外流體間的傳熱系數，環形空間流體與地層間的傳熱系數[3]。

模型計算框圖[4-5]見圖1。

2 軟件研制

綜合一整套氣舉井井筒溫度場分布計算模型和方法，采用Visual Basic語言編制了氣舉井井筒溫度場分布計算程序。整個軟件采用人機對話方式，界面友好，操作方便[5]。

該軟件主要分為數據錄入模塊、數值計算模塊、數值結果輸出模塊及曲線輸出模塊四大部分。

1）數據錄入模塊：載入已存在的基礎數據或手工輸入計算所需的數據。

2）數值計算模塊：這是整個程序的核心，該模塊按照錄入的數據完成溫度場分布計算，并可以對注氣壓力、注氣量等參數進行敏感性分析。

3）數值結果輸出模塊：完成錄入數據計算結果的屏幕輸出或文件輸出。

4）曲線輸出模塊：繪制文件輸出結果曲線。

該軟件主要包括軟件載入窗體、最優狀況下數據計算窗體、產油量敏感性分析窗體、注氣溫度敏感性分析窗體、注氣量敏感性分析窗體、注氣壓力敏感性窗體、注氣時間敏感性分析窗體，每個窗體又附帶有曲線輸出窗體，見圖2～圖5。

3 功能介紹

通過研制開發的計算軟件可以對氣舉井井筒溫度場數據進一步分析，研究其隨產油量、注氣量及注氣壓力等參數的變化趨勢，進而求得最優注氣量、注氣壓力及氣舉閥直徑。

3.1 最優狀況下的井筒溫度場分布

氣舉閥上部，井筒溫度大于環空溫度；氣舉閥下部，井筒溫度與環空溫度相一致。氣舉閥上下，井筒溫度、環空溫度都有一定的溫度突變，井筒中變化較小，環空變化較大。井筒中溫度場曲線具有一定的直線性。

3.2 最優狀況下的井筒壓力場分布

氣舉閥上部，壓力梯度較小，曲線近乎于呈直線變化；氣舉閥下部，壓力梯度較大，曲線也近乎于呈直線變化。

3.3 井筒溫度場隨產油量的變化

在一定產量范圍內，隨著產油量的增加，井筒溫度逐漸增加，在圖上顯示為曲線逐漸向上偏移。井筒深度越小，增加幅度越大，但是同一深度下的增加幅度逐漸減小。到一定產量，沿氣舉閥向上，會出現曲線先向下偏移，后向上偏移的現象。這是由于：產量較低時，隨著產量的增加，注氣量近乎于線性增長，注氣溫度對井筒溫度影響幾乎保持一致，而產油量越高，經過一定井筒長度，溫度降低幅度越小；產量較高時，注氣量開始呈指數增長，注入氣體溫度對井筒溫度影響越來越大，導致沿氣舉閥向上的一段距離內，井筒溫度曲線向下偏移；由于產油量越高，經過一定井筒長度所產生的溫降越小，使得井筒溫度曲線又向上偏移。

3.4 井筒溫度場隨注氣量的變化

隨著注氣量的增加，氣舉閥上部井段，溫度逐漸下降。在氣舉閥處下降幅度最大，隨著井筒深度的減小，下降幅度逐漸減小，直到下降幅度趨于0。這是由于注入氣體溫度較低，注氣量越大，使得井筒溫度降低幅度越大。井筒溫度越低，油管向環空中散熱量越少，使得越靠近井口的井段井筒溫度下降幅度越小。

3.5 井筒溫度場隨注氣壓力的變化

隨著注氣壓力的增加，氣舉閥上部井段井筒溫度逐漸降低，溫度曲線向下偏移。氣舉閥處降低幅度最大；隨著井筒深度不斷的減小，降低幅度逐漸減小，直至趨近于0。這是由于注氣壓力越大，氣舉閥前后壓差越大，致使氣體通過氣舉閥溫降越大，井筒中溫度越低。井筒中溫度越低，向環空中散熱越少，隨著井筒深度的減小，井筒溫度降低幅度也逐漸減小。

3.6 井筒溫度場隨注氣溫度的變化

注氣溫度對氣舉井井筒溫度場分布影響不大，主要集中在靠近井口井段，注氣溫度越高，該井段井筒溫度越高。

3.7 井筒溫度場隨注氣時間的變化

隨著注氣時間的增加，氣舉井井筒溫度逐漸增加，這是因為地層熱阻受注氣時間影響，注氣時間越長，地層熱阻越大，環空向地層散熱量越少，井筒溫度越高，但增加幅度逐漸減小。

4 結論

1）注氣點以上和注氣點以下氣舉管柱傳熱系數相差很大，所以在實際工程計算時必須分別予以考慮，并且可以忽略油管和套管傳熱的影響。

2）氣舉閥上下兩井段，溫度梯度和壓力梯度相差較大。氣舉閥上部，溫度梯度較大，壓力梯度較小；氣舉閥下部，溫度梯度較小，壓力梯度較大。

3）通過對產油量的敏感性分析，可以發現：在一定的產油量區間內，隨著產油量的增加，注氣量成線性增加。這段區間內，井筒溫度隨著產油量呈線性增加，這段區間可以認為是產油量最合理區間。

4）隨著注氣量增加，井筒溫度不斷下降，對生產產生不利影響，所以建議采用較小的井口壓力，以此來滿足較小的注氣量。

5）通過對注氣壓力的敏感性分析，可以看出，在最優注氣壓力的基礎上，隨著注氣壓力的增加，氣舉閥前后溫降呈直線增加，導致井筒溫度不斷下降，所以建議采用大孔徑的氣舉閥，以此來滿足最優注氣壓力。

6）注氣溫度對井筒溫度場的影響主要集中在井口附近，影響較小，在實際生產中可以忽略不計。

7）地層傳熱為非穩態傳熱，隨著注氣時間的增加，地層熱阻逐漸增大，使得井筒溫度逐漸增大。

8）井筒溫度場分布模型是在井筒中為油氣兩相混合流動的情況下建立的，如果在油、氣、水三相流動的前提下建立模型，將會有更高的適應性。

9）井筒溫度場分布模型是針對于垂直井筒的特殊模型，對于水平井、斜井尚未分析，具有一定的局限性。

[1]李安.連續氣舉條件下舉液管柱傳熱系數的確定[J]．石油機械，2005，33(2)：8-10．

[2]高學仕，張立新，潘迪超,等．熱采井筒瞬態溫度場的數值模擬分析[J].石油大學報(自然科學版)，2001，25(2)：67-69．

[3]郭春秋，李穎川.氣井壓力溫度預測綜合數值模擬[J]．石油學報，2001，22(3)：100-104．

[4]董長銀，張琪，李志芬,等.油管摻液稠油泵井筒流體溫度分布計算[J].石油大學學報(自然科學版)，2002，26(2)：38-40．

[5]陳德春，張琪，張松亭,等.油套環空和空心抽油桿摻化學劑抽油井舉升工藝計算模型[J].石油大學學報(自然科學版)，2001，25(2)：22-25．

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.002

王洪松，2006年畢業于中國石油大學（華東），工程師，主要研究方向為油氣田地面工程工藝及其自動化，E-mail：wanghongsong-tlm@petrochina.com.cn，地址：新疆庫爾勒塔里木油田開發事業部塔中作業區，841000。

2011-06-04)