井口出液溫度計算方法與應用分析

1大慶油田工程有限公司 2大慶油田采油九廠 3青海油田勘探開發研究院

井口出液溫度計算方法與應用分析

亓福香1汪壽琴2吳瑾3

1大慶油田工程有限公司 2大慶油田采油九廠 3青海油田勘探開發研究院

在地面集油工藝建設中，油井井口出液溫度的準確性直接關系到工藝設計參數的選取，而大慶外圍油田目前尚未形成成熟的井口出液溫度計算方法。為此，開展了井口出液溫度計算模型的適用性分析。不同的井口出液溫度計算模型有其適用范圍，在設計時，應結合油井產液量情況選擇應用。熱力計算模型適用于單井產液量≥6.5 t/d的油井，而擬合計算模型適用于單井產液量＜6.5 t/d的油井，井口出液溫度計算誤差可控制在3%左右。

井口出液溫度；計算模型；集油系統；參數

在地面集油工藝建設中，油井井口出液溫度的準確性直接關系到工藝設計參數的選取，而大慶外圍油田目前尚未形成成熟的井口出液溫度計算方法。因此，針對井口出液溫度的合理確定及對集油的影響進行了分析。

1井口出液溫度計算模型

目前大慶外圍油田井口出液溫度的選取通常有兩種方式：直接采用經驗值（10～13℃）；采用老區的經驗公式計算。但采用這兩種方法得到的井口出液溫度與實測值相比誤差較大。就外圍敖古拉油田而言，產液量高（日產液21 t）的油井井口出液溫度高達36℃，而產液量低（日產液2 t）的油井井口出液溫度僅11℃。針對這種情況，應采用不同方法對井口出液溫度進行理論計算。

分析認為，井口出液溫度與地層條件、井筒特性、流體組成及其物性有關。目前普遍采用的井口出液溫度計算方法有兩種：一種是采用傳熱學的方法，從井底開始對井筒內混合物進行熱力計算，從而得出井口剩余溫度[1]；另一種是對現場實測數據進行擬合處理，從而推導出井口出液溫度的計算模型。

1.1 熱力計算模型

在油井舉升中，油井產液在油管內從井底上升到井口，其溫度的變化依據傳熱學理論可以看作是具有內熱源且徑向是無限大的圓筒壁的熱量傳遞過程，在徑向上為穩態傳熱，在軸向上為非穩態傳熱。這樣，油井產物從井底到井口，其溫度變化主要受介質流速、井筒周圍環境溫度（地層溫度）以及從油管到地層之間的介質傳熱效果的影響。又由于油井深度多在1 000 m以上，所以地層溫度從地表到井底可看作是一個穩態升溫過程。采用傳熱學理論推導出的熱力計算模型如下

式中TL為距井底L處的介質溫度（℃）；TQ為井底溫度（℃）；T0為油管周圍的介質溫度（℃）；L為油管長度（m）；G為油管內介質的質量流率（kg/s）；c為介質的比熱容［kJ/（kg·℃）］；D為油管的外直徑（m）；K為油管到井筒周圍的總傳導系數［W/（m·K）］。

1.2 擬合計算模型

曲線擬合是根據實測數據確定自變量和函數之間的關系。擬合時首先假定一個經驗公式，然后根據最小二乘法原理確定待定系數。擬合計算模型如下

式中T為井口出液溫度（℃）；Q為井口產液量（t/d）；fw為質量含水率。

2計算模型的適用性分析

井口實測出液溫度與油井產液量的關系見圖1，熱力計算模型、擬合計算模型、老區經驗公式計算的井口出液溫度值，以及井口實測溫度值與單井產液量的關系見圖2，計算值、實測值誤差與產液量的關系見圖3。由圖1、圖2、圖3可看出：①井口出液溫度主要是隨產液量的增大而增大，由于井口產液量大，井筒內介質流速快，在相同的起點溫度和環境條件下，井口出液流速快時溫降小；②當產液量＜6.5 t/d時，應采用擬合計算模型計算井口出液溫度；③當產液量≥6.5 t/d時，應采用熱力計算模型計算井口出液溫度。

圖1 實測出液溫度與產液量的關系

圖2 溫度與產液量的關系

圖3 溫度計算值、實測值誤差與產液量的關系

3井口出液溫度對設計參數的影響

目前大慶外圍油田主要有單管樹狀電加熱集油流程和單管環狀摻水集油流程，井口出液加熱熱源來源于井口電加熱器或站場供摻水。其中電加熱器功率主要取決于產液量及井口出液溫度，而摻水量的大小及溫度是在控制進站溫度及壓力情況下由集油環管徑、長度、所帶井數及井口出液溫度等因素決定。對于在運系統，運行費用與運行參數緊密關聯，由于井口出液溫度不可調，對于低產液井（單井產液量＜6.5 t/d），在通常的設計計算中，井口出液溫度取值與實際基本吻合；而對于高產液井（單井產液量≥6.5 t/d），井口出液溫度取值普遍偏低。所以，下面主要分析高產井在新建集油系統或改建集油系統設計時，井口出液溫度對其建設的影響程度。

3.1 單管樹狀電加熱集油流程

以敖古拉油田部分井為例進行計算得出，單井產液量和含水率越高的井，其井口溫度對電加熱器功率的選取影響越大，如果在設計時所采用的井口出液溫度值偏低，將出現大馬拉小車及資源浪費問題。就敖古拉油田而言，如果井口出液溫度按熱力計算模型或擬合計算模型計算，電加熱器的設備投資將節省3.1萬元，見表1。

3.2 單管環狀摻水集油流程

單管環狀摻水集油流程的井口出液由聯合站或轉油站提供熱水加熱，其加熱溫度由進站溫度控制，滿足原油凝固點溫度進站。整個集油流程的耗熱量主要包括給井口出液升溫的耗熱量和集油管道的散熱量。如前所述，目前采用的井口出液溫度值誤差較大的主要原因是單井出液量較高。因此，選取產液量相對較高的敖古拉油田1#6閥組間的2環和3環油井參數進行計算分析。油井物性參數見表2，油井生產參數（單井平均值）見表3，不同井口出液溫度下的計算參數見表4。從表4可知，在一定回油壓力和回油溫度下，當油井的集油系統在新建或者改造時，如果井口溫度按經驗值（10℃）計算，為了滿足進站條件，平均單井摻水量、摻水溫度、摻水壓力都比實際（實測溫度為20℃）需要的高，站內每口井加熱設備熱負荷將增加9.123 kW，轉油站摻水泵單井平均排量將增加0.17 m3，能耗費用將增加21.298元，設備費用也將增加。由此可見，對于高產液井集油工藝的建設，其井口出液溫度的準確取值對集油系統的工程投資和運行能耗將產生明顯影響。

表1 井口電加熱器功率

表2 物性參數

表3 生產參數

表4 不同井口溫度的計算參數

4結論

不同的井口出液溫度計算模型有其適用范圍，在設計時，應結合油井產液量實際情況選擇應用；熱力計算模型適用于單井產液量≥6.5 t/d的油井，而擬合計算模型適用于單井產液量＜6.5 t/d的油井，井口出液溫度計算誤差可控制在3%左右；合理確定油井井口出液溫度，可降低集油系統的工程投資和運行投資。

[1]魏立新，劉揚．油井出油溫度最優化擬和方法[J]．大慶石油學院學報，2004，2（28）：54-56.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.016

亓福香：工程師，2008年畢業于大慶石油學院油氣儲運工程專業，從事油氣集輸設計工作。

2015-01-05

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