油井熱洗過程中井筒溫度場研究

宋奇，楊蕾，羅江濤，王志明，王建華

（1.中國石化江蘇油田分公司工程技術研究院，江蘇揚州225009；2.中國石化江蘇油田分公司采油二廠，江蘇金湖211600）

油井熱洗過程中井筒溫度場研究

宋奇1，楊蕾1，羅江濤1，王志明1，王建華2

（1.中國石化江蘇油田分公司工程技術研究院，江蘇揚州225009；2.中國石化江蘇油田分公司采油二廠，江蘇金湖211600）

油井熱洗是保持油井正常生產最常用的維護措施之一，但影響油井熱洗效果的最重要因素是熱洗介質在整個井筒內的溫度分布，若洗井溫度、洗井排量等參數設置不合理，熱洗介質在井筒結蠟段的溫度就會低于熔蠟溫度，進而使得洗井效果不明顯，或者洗井后產油恢復周期長，甚至出現洗井后產量急劇下降等現象。針對以上問題，本文建立了油井熱洗時井筒溫度分布數學模型，通過模型可以直觀的反映油井熱洗時井筒內的溫度變化，并在此基礎上對洗井溫度、洗井排量對熱洗井筒溫度分布規律進行了討論，同時提出了油井熱洗時工藝參數優化的基本原則與方法，并在W15-12井油井熱洗進行了現場應用，W15-12油井通過熱洗參數優化后，洗井過程中上下行電流和載荷均有一定程度的下降，實現了較好的清蠟效果。

油井熱洗；溫度分布；數學模型；洗井參數

油井熱洗[1]是保持油井正常生產最常用的維護措施之一，可以有效防止油井結蠟造成的管桿卡，降低抽采設備負荷，延長油井免修期，降低開采成本。而影響油井熱洗效果的最重要因素是熱洗介質在整個井筒內的溫度分布，若洗井溫度、洗井排量等工藝參數設置不合理，熱洗介質在井筒結蠟段的溫度就會低于熔蠟溫度，進而導致洗井效果不明顯，或者洗井后產油恢復周期長，甚至出現洗井后產量急劇下降等現象。

針對以上問題，本文建立了油井熱洗時井筒溫度分布數學模型，通過模型可以直觀的反映油井熱洗時井筒內的溫度變化，并在此基礎上對洗井溫度、洗井排量對熱洗井筒溫度分布規律進行了討論，進而提出了油井熱洗時工藝參數優化的基本原則與方法[1-3]。

1 油井熱洗時井筒溫度分布數學模型

模型基于以下假設條件：（1）井筒向地層中的散熱損失是徑向的，不考慮井深方向的傳熱；（2）井筒中的傳熱是穩態傳熱；（3）井筒中流體比熱容的變化不大，對計算影響很小，視為常數，并且不考慮油管、套管、水泥及環空流體的熱容量；（4）油井產量恒定。

根據以上假設，由能量平衡原理建立洗井過程中井筒溫度分布模型，能量平衡方程組為：

式中：W-洗井液體的水當量（流量與比熱之積），W/℃；t-套管內洗井液注入段的溫度，℃；θ-油管內洗井液返回段的溫度，℃；l-計算點的深度，m；K1-油管流體與油套環空流體的傳熱系數，W/（m·k）；Ke-油套環空內流體與地層之間的傳熱系數，W/（m·k）；t0-地表年平均溫度（即恒溫層溫度），℃；m-地溫梯度，℃/m；te-地層溫度，℃。

由方程組（1）可得：

解之得環空內水的溫度與油管內產液溫度分別為：

2 油井熱洗時井筒溫度分布規律

以洗井排量為10 m3/h，洗井溫度為90℃的熱水對油井進行洗井。在熱洗過程中，洗井液由油套環空至深井泵吸入口，是一個降溫過程；在油管中，洗井液從泵吸入口到井口是一個升溫過程，油管中的溫度在井深位置上的溫度都高于熔蠟溫度（60℃），說明采用10 m3/h，90℃的熱水可以達到熱洗效果。

在計算模擬過程中發現，若洗井排量、洗井溫度等參數選擇不合理，洗井液在整個井筒內結蠟段的溫度不一定高于熔蠟溫度，致使熱洗介質在油井內達不到熔蠟效果，甚至還有可能將上部熔化的蠟帶到下部重新析出。下面重點討論洗井溫度及排量[2]對熱洗過程中的井筒溫度分布規律的影響。

2.1 入井液溫度對熱洗井筒溫度分布規律的影響

洗井排量恒定為10 m3/h時，計算得到入井液溫度分別為60℃、70℃、80℃、90℃、100℃下的油管內熱洗水溫度分布情況及井口返出液、結蠟段溫度（見圖1、表1）。

圖1 不同注水溫度時油管熱洗水溫度

表1 洗井排量（10 m3/h）恒定時，不同注水溫度時井口和結蠟段溫度

從圖1、表1可知，增大洗井液的注入溫度可以有效提高油管內熱洗水溫度。當原油熔蠟溫度為60℃，洗井排量10 m3/h，入井液溫度低于80℃時，即使增加洗井時間，井筒結蠟段的熱洗水溫度仍低于熔蠟溫度，達不到預期的清蠟效果。

2.2 洗井排量對熱洗井筒溫度分布規律的影響

圖2 不同洗井排量時油管熱洗水溫度

洗井溫度恒定為90℃時，計算得到洗井排量分別為4 m3/h、6 m3/h、8 m3/h、10 m3/h、12 m3/h、15 m3/h下的油管內熱洗水溫度分布情況（見圖2）及井口、結蠟段熱洗水溫度（見表2）。

表2 洗井溫度（90℃）恒定時，不同洗井排量時井口和結蠟段溫度

從圖2、表2可知，提高洗井液流量有利于提高清蠟效果，排量增加，井筒溫度增加，當排量增加到一定程度時，溫度趨于穩定，增溫效果不明顯。當原油熔蠟溫度為60℃，洗井溫度為90℃時，洗井液注入排量為8 m3/h時，恰可滿足原油熔蠟溫度的要求，若洗井排量低于8 m3/h時，結蠟段熱水溫度低于熔蠟溫度，達不到清蠟效果。同時排量過高，易導致熱洗水溫度升高過快進而造成蠟卡或注入量過大使入井液更易侵入地層。

3 油井熱洗時工藝參數優化

3.1 油井熱洗時工藝參數優化的基本原則與方法

基于上述油井熱洗過程中井筒溫度場分布規律的研究，確定了油井熱洗時工藝參數優化設計的基本原則和方法。

油井熱洗過程中工藝參數優化設計的基本原則為：（1）洗井過程中熱洗水在結蠟段的溫度必須高于熔蠟溫度；（2）洗井排量、壓力應在滿足第一點要求下選取較小值，以減少洗井液對地層的漏失；（3）在滿足以上兩點要求的基礎上，確定洗井過程中最優的洗井液注入溫度。

油井洗井過程中工藝參數優化設計的基本方法：（1）根據現場作業資料記錄或井筒結蠟點公式計算[3]，確定井筒結蠟點；（2）利用油井熱洗過程中井筒溫度場分布模型，計算得到不同洗井溫度及排量下的熱洗水溫度分布情況，結合以上的基本原則，優化得到洗井工藝參數。

3.2 實例計算

以JD區塊為例，JD區塊原油結蠟段主要在700 m～800 m，原油熔蠟溫度55℃左右，結合上述基本原則和方法，計算不同下泵深度油井的熱洗工藝參數（見表3～表5）。

從表3～表5可以看出，當下泵深度為1 000 m時，熔蠟階段的最佳洗井溫度為90℃、最佳洗井排量為12 m3/h；下泵深度為1 500 m時，熔蠟階段的最佳洗井溫度為90℃、最佳洗井排量為12 m3/h；下泵深度為2 000 m時，熔蠟階段的最佳洗井溫度為80℃，最佳洗井排量為10 m3/h。

表3 下泵深度為1 000 m時，不同洗井排量、溫度時熱洗水在結蠟段溫度

表4 下泵深度為1 500 m時，不同洗井排量、溫度時熱洗水在結蠟段溫度

表5 下泵深度為2 000 m時，不同洗井排量、溫度時熱洗水在結蠟段溫度

4 現場應用

W15斷塊屬中孔低滲儲層，原油凝固點35℃。W15-12井下泵深度為1 402 m，目前熱洗介質主要是污水，排量一般控制在6 m3/h～8 m3/h，目前油井結蠟段集中在170 m以上。根據上述模型計算不同熱洗參數下的熱洗水在結蠟段及井口返出液溫度（見表6）。

結合油井熱洗時工藝參數優化設計的基本原則和方法，當洗井排量在6 m3/h時，洗井溫度在80℃時，熱洗水在結蠟段溫度高于熔蠟溫度（55℃），因此選取洗井液溫度80℃，為了防止結蠟段突然高溫，造成蠟塊未溶解而直接脫落，故替液階段用80℃～90℃洗井液，熔蠟階段用90℃～95℃，排蠟階段用90℃。其施工參數（見表7）。

W15-12井通過熱洗參數優化后，洗井過程中回壓由1.5 MPa降低為0.8 MPa，油井上下行電流由51/ 46降低至41/40，并穩定一段時間，說明油井熱洗過程中具有較好的熔蠟效果，且記錄的井口返出液溫度與模型計算的熱洗水返出溫度基本吻合，從而也驗證了模型的準確性。對比列出了油井熱洗前后示功圖的變化情況（見圖3、圖4），由圖3、圖4可知，熱洗前后最大載荷由57.75 kN降低至42.22 kN，載荷恢復至正常水平，實現較好的清蠟效果。

表6 下泵深度為1 402 m時，不同洗井排量、溫度時熱洗水在結蠟段溫度

表7 W15-12井熱洗工藝參數優化施工過程

圖3 W15-12井熱洗前示功圖（6.2 9:00）

圖4 W15-12井熱洗后示功圖（6.2 16:30）

5 結論

（1）建立了油井熱洗時井筒溫度場分布模型，該模型計算方法簡單、準確，利用模型可以得到不同洗井參數下的油井熱洗水溫度分布情況。

（2）討論了洗井溫度及洗井排量對井筒溫度分布規律的影響。增大洗井液的注入溫度可以有效提高油管內熱洗水溫度；適當提高洗井液排量有利于提高清蠟效果。

（3）提出了油井熱洗時工藝參數優化設計的基本原則和方法。

［1］劉正杰.油井熱洗工藝應用研究［J］.科技信息，2011，（7）：780-783.

［2］曾祥林，劉永輝，李玉軍.預測井筒壓力及溫度分布的機理模型［J］.西安石油學院學報（自然科學版），2003，18（2）：40-44.

［3］彭太祥，林剛.W斷塊油井熱洗工藝參數研究［J］.石油化工應用，2013，32（8）：82-84.

Research of the wellbore temperature field during the flushing of oil well

SONG Qi1，YANG Lei1，LUO Jiangtao1，WANG Zhiming1，WANG Jianhua2
（1.Petroleum Engineering Research Institute of Jiangsu Oilfield Company，Sinopec，Yangzhou Jiangsu 225009，China；2.The Second Production Factory of Jiangsu Oilfield Company，Sinopec，Jinhu Jiangsu 211600，China）

Flushing is one of the most commonly measures to keep the normal production of the oil wells,but the most important factors,which influent the flushing effect of oil well is the temperature distribution of thermal medium throughout the wellbore.If the temperature and fluid volume of the thermal medium are not unreasonable,the temperature in place of deposition in the wellbore will be lower than the soluble temperature,which makes the flushing effect is not obvious and the time recovery of the oil production is too long.To solve these problems,this paper established a mathematical model of wellbore temperature distribution，which can reflect the change of temperature thorough the wellbore.And discussing the rules of the temperature distribution in different flushing temperature and flushing fluid volume.Atthe same time，proposing the basic principles and method of flushing parameter optimization.The method has been applied on W15-12 well.W15-12 well during the flushing,the electric current and load have a certain degree TDD flushing process has current and load all have decreased to some degree,which achieve the good paraffin removal effect.

oil well flushing；temperature distribution；mathematical model；flushing parameter

TE311

A

1673-5285（2017）01-0042-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.01.013

2016－11-03

宋奇（1987-），工程師，2012年畢業于中國石油大學（華東）油氣田開發工程專業，現從事注水開發工作，郵箱：song_qi.jsyt@sinopec.com。