海上热采井注多元热流体的井筒传热分析物理学专业.docx

致谢 题 目 海上热采井注多元热流体的井筒 传热分析 摘要 在海上稠油热采过程中，多元热流体作为注入介质，提高加热稠油油藏效率是其关键技术，通过有效的对稠油油藏进行加热，达到促进稠油流动的目的。在稠油加热过程中，海水会对其产生影响，导致井筒出现非常大的热损耗，在加剧能量消耗的同时，也会对稠油的质量与产量产生不利影响，因此海上稠油热采一直对如何降低海水的影响极为关注。 本设计结合以前陆地井筒传热模型并考虑海上井的特殊井身结构以及影响较为严重的海上环境，专门为建立的海上热采模型配置了热水结构。本文首先验证、评估了海上热采井注的热流体传热模型，确定所建模型的准确性和可用性。其次是在不同条件下改变注入参数得出影响井筒传热的因素。 关键词： IV Abstract In the process of thermal recovery of offshore heavy oil, one of the most important technologies is how to efficiently heat the heavy oil reservoir, so as to effectively reduce the viscosity of heavy oil and improve the liquidity of heavy oil, so that the heavy oil flows into the production Wells. Due to the influence of sea water, the heat loss of the well above the formation is very large, and the heat loss of the thermal fluid in the offshore wellbore to the environment directly affects the production of heavy oil. Therefore, it is very important to analyze the heat loss in the wellbore of the offshore thermal fluid injection well. In this design, combined with the previous simple heat transfer model of land Wells and considering the special well body structure and external environment of offshore Wells, the heat transfer model of well bore with nominal hot water injection in offshore thermal production Wells is established. Firstly, the accuracy and availability of the model are confirmed by verifying and evaluating the wellbore heat transfer model of multielement thermal fluid with hot water injection in offshore thermal production Wells. Secondly, the factors affecting the heat transfer of the well are obtained by changing the injection parameters under different conditions. Key words: 目录 摘要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1 选题的目的及意义 1 1.2 井筒传热研究现状 1 2 海上含多元热流体井筒传热模型建立 4 2.1 海上热采井井筒传热模型 4 2.2 空气段与海水段 5 2.3 地层段 8 2.4 环境温度 10 3 海上井筒注多元热流体井筒传热分析 12 3.1 海上井筒注含热水多元热流体计算模型 12 3.1.1 井筒压力计算模型 12 3.1.2 井筒温度计算模型 12 3.2 海上热采井注多元热流体井筒传热模型验证 13 3.3 海上热采井注多元热流体井筒热损评估 16 3.4 海上热采井注含蒸汽多元热流体热损评估 18 4 关键因素对井筒热损失的影响 20 4.1 海上热采井注多元热流体关键因素对井筒热损影响 20 4.1.1 注入流量的影响 20 4.1.2 注入温度的影响 21 4.1.3 注入压力的影响 22 4.1.4 不同注入比的影响 23 4.1.5 隔热油管导热率影响 25 4.1.6 隔热油管深度的影响 26 4.1.7 注入时间的影响 27 4.1.8 井筒结构的影响 28 4.1.9 海水段深度的影响 29 4.1.10 环境温度的影响 30 4.2 海上井筒注含蒸汽多元热流体关键因素对井筒热损影响 31 4.2.1 注入流量的影响 31 4.2.2 注入温度的影响 32 4.2.3 注入压力的影响 33 4.2.4 不同注入比的影响 34 4.2.5 蒸汽的注入干度影响 35 4.2.6 隔热油管导热率的影响 36 5结论 38 参考文献 39 致谢 41 榆林学院本科毕业设计 1 绪论 1.1 选题的目的及意义 在海上稠油热采过程中，提高加热稠油油藏效率是其关键技术，通过有效的对稠油油藏进行加热，达到促进稠油流动的目的。在稠油加热过程中，海水会对其产生影响，导致井筒出现非常大的热损耗，在加剧能量消耗的同时，也会对稠油的质量与产量产生不利影响，因此海上稠油热采一直对如何降低海水的影响极为关注。 多元热流体井筒流动与传热模型的设计是以道尔顿定律为基础的，在设计时，同时考虑理想气体的混合规则，以此为设计原则，发现设计与实际并没有完全重合，二者之间存在一定的误差；同时，在井筒内注入热水多元流体房等方面的分析上，该模型同样不具有适用性。为了提高分析的精度与能力，适用于海上分析的模型应运而生。本设计考虑到井筒需要工作在海洋中，工作环境与设计结构都不同于传统模型。通过对海上井筒不同层段的传热情况分析，利用海上井筒注热水多元流体井筒传热和海上井筒注含蒸汽多元流体传热模型，在低压与高压的情况下，通过改变注入多元热流体的注入参数（热水流量、氮气流量、二氧化碳流量、注入温度、注入压力），利用以往的计算情况进行分析，从而得出影响因素。 1.2 井筒传热研究现状 注多元热流体吞吐热力采油是一种新型的采油技术，在稠油的采集率方面，具有较高的优越性。以发生条件的不同作为划分的标准，可以将多元热流体发生器分为三种相态，分别是： (1)含过热蒸汽；(2)含饱和蒸汽；(3)含热水。 在上述三种相态中，含过热蒸汽相态的发生器应用范围较广，研究成果也多是该类型发生器的研究。 （1）国内发展现状 林日亿[20]等是我国最早一批建立注蒸汽 －氮气井筒流动与传热模型的学者，通过该模型的建立，他们完成了在井筒中，含蒸汽多元热流体的传热规律与流动情况的分析；而后，基于同样的学术目的，李兆敏[21]等同样建立了井筒流动与传热模型，该模型以含蒸汽的发生器为基础。 杨德伟[12]等对比四种筒内蒸汽摩阻压降计算方法发现Friedel法和Begges Bril1法可以较为精准的预测井筒内蒸汽压力和千度。 倪学锋[13]同样对井筒流动过程进行了分析，分析的方面包括物性参数变化、摩擦力等。 冯少波[14]等建立了注蒸汽井筒-地层温度场模型，建立的原则参考能量守恒与质量守恒，对井筒内温度场的分布、消耗等进行了分析。 周体尧[15]等将过热蒸汽PVT数据体引入分析中，对井筒内的整齐相变进行了考量，并通过改变井筒内的温度、压力等可变条件，分析了井筒内的加热范围与温度分布。 王弥康[11]等人的研究是基于国外的研究成果进行的，他们认为Hasan-Kabir模型可以有效的分析井筒工作中所损失的热能，并建立了稳定传热与非稳态导热模型。 黄永华[19]和年永乐[30]等人建立了注热水和注整齐流动与传热模型，该模型建立的基础是瞬态导热函数，在具体的分析方面，具有分析结果精度高的特点。 （2）国外发展现状 Dong[22,23]等以李兆敏模型为设计基础，分析了多元热流体的流动与传热过程，其分析模型结构采取了垂直式与水平式两种，分析结果具有结构对比的效果。研究表明，在这两种模型中，理想气体混合物是由多元热流体转化的，将其放置到高压环境中即可得到。同时，还对传热问题进行了分析，利用道尔顿定律建立了流动与传热模型，该模型适用于陆地。 Ramey[1,2]等在传热分析方面，是最早建立热采井井筒模型进行的，他们建立的模型可以分为两个部分，分别为纵向流动与沿径方向的传热，其中纵向流动是热流体延井筒进行的，而沿径方向流动是指与地层的传热交互，通过与外部环境的交流，分析温度分布。Ramey认为，可以用瞬态导热方程表示非稳态传热，代表井筒与地层传热过程，瞬态导热方程提出后，逐渐得到了学术界的认可，成为了相关研究的基础理论。瞬态导热方程一方面为后来的研究人员提供便利[3,4]，另一方面又被研究人员完善。但是，瞬态导热方程同样存在一定的缺陷，在具体的分析中，没有考虑到相变、摩擦力等方面的影响，因此Ramey模型在分析热采井井筒内注多相流传热时误差较大，而对于单相流体井筒传热分析精度较高。 Carslaw和Jaejar[16]首先对地层中的传热机理进行了分析，该机理具有非稳态性，以瞬态导热方程为研究基础，精确的推到了底层传热过程。 Cheng[17]等在进行传热过程分析时，优先考虑了热容的影响，在此基础上，通过运用瞬态导热方程机型分析，结果表明，瞬态导热方程在周期内底层传热计算方面，具有独到的分析特点，分析结果不仅具有精度，而且分析周期较长，可以普遍推广。 Satter[5]等在Ramey模型基础上建立了热采井井筒注蒸汽流动与传热过程，建立过程中，将蒸汽相变因素引入其中。 Willhite[6]等经过研究，推导出了井的总传热系数，并在热采井井筒传热模型的基础上得到了瞬态导热方程在初期的方程结构。 Wooley G R[7]和Faroup[8]等建立的模型与以往不同，具有复杂的特点，分别对不同结构的井筒传热过程进行了分析，并考虑了摩擦力对传热的影响。 Chiu[9]等建立出垂直井筒热损失的半解析模型，并创新型的建立了斜井式模型。 Sagar[10]在进行井内温度分析时，考虑到了多相流动能变化的影响。 查阅资料，了解井筒模型建立方法以及相关资料 1.4 设计路线 确定模型的准确性和可用性 海上井筒注含蒸汽多元热流体井筒热损评估 海上热采井注多元热流体井筒评估 得出结论 在高压和低压条件下，通过改变不同注入参数，分析影响井筒传热因素 对海上注多元热流体井筒传热模型进行评估与验证 建立海上注多元热流体井筒传热模型 2 海上含多元热流体井筒传热模型建立 2.1 海上热采井井筒传热模型 由于海上热采井自上而下的外部环境不同，分别为空气段、海水段、淤泥段、地层段。因此海上热采井注多元热流体井筒结构如图2.1所示。 图2-1 海上热采井井筒结构 为了将海上油井注多元热流体传热模型进行简化，做出以下假设： (