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(kāi)發(fā)研究院

井口出液溫度計(jì)算方法與應(yīng)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(kāi)發(fā)研究院

在地面集油工藝建設(shè)中，油井井口出液溫度的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到工藝設(shè)計(jì)參數(shù)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(jì)算方法。為此，開(kāi)展了井口出液溫度計(jì)算模型的適用性分析。不同的井口出液溫度計(jì)算模型有其適用范圍，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合油井產(chǎn)液量情況選擇應(yīng)用。熱力計(jì)算模型適用于單井產(chǎn)液量≥6.5 t/d的油井，而擬合計(jì)算模型適用于單井產(chǎn)液量＜6.5 t/d的油井，井口出液溫度計(jì)算誤差可控制在3%左右。

井口出液溫度；計(jì)算模型；集油系統(tǒng)；參數(shù)

在地面集油工藝建設(shè)中，油井井口出液溫度的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到工藝設(shè)計(jì)參數(shù)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(jì)算方法。因此，針對(duì)井口出液溫度的合理確定及對(duì)集油的影響進(jìn)行了分析。

1井口出液溫度計(jì)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(jīng)驗(yàn)值（10～13℃）；采用老區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。但采用這兩種方法得到的井口出液溫度與實(shí)測(cè)值相比誤差較大。就外圍敖古拉油田而言，產(chǎn)液量高（日產(chǎn)液21 t）的油井井口出液溫度高達(dá)36℃，而產(chǎn)液量低（日產(chǎn)液2 t）的油井井口出液溫度僅11℃。針對(duì)這種情況，應(yīng)采用不同方法對(duì)井口出液溫度進(jìn)行理論計(jì)算。

分析認(rèn)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(guān)。目前普遍采用的井口出液溫度計(jì)算方法有兩種：一種是采用傳熱學(xué)的方法，從井底開(kāi)始對(duì)井筒內(nèi)混合物進(jìn)行熱力計(jì)算，從而得出井口剩余溫度[1]；另一種是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，從而推導(dǎo)出井口出液溫度的計(jì)算模型。

1.1 熱力計(jì)算模型

在油井舉升中，油井產(chǎn)液在油管內(nèi)從井底上升到井口，其溫度的變化依據(jù)傳熱學(xué)理論可以看作是具有內(nèi)熱源且徑向是無(wú)限大的圓筒壁的熱量傳遞過(guò)程，在徑向上為穩(wěn)態(tài)傳熱，在軸向上為非穩(wěn)態(tài)傳熱。這樣，油井產(chǎn)物從井底到井口，其溫度變化主要受介質(zhì)流速、井筒周?chē)h(huán)境溫度（地層溫度）以及從油管到地層之間的介質(zhì)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(gè)穩(wěn)態(tài)升溫過(guò)程。采用傳熱學(xué)理論推導(dǎo)出的熱力計(jì)算模型如下

式中TL為距井底L處的介質(zhì)溫度（℃）；TQ為井底溫度（℃）；T0為油管周?chē)慕橘|(zhì)溫度（℃）；L為油管長(zhǎng)度（m）；G為油管內(nèi)介質(zhì)的質(zhì)量流率（kg/s）；c為介質(zhì)的比熱容［kJ/（kg·℃）］；D為油管的外直徑（m）；K為油管到井筒周?chē)目倐鲗?dǎo)系數(shù)［W/（m·K）］。

1.2 擬合計(jì)算模型

曲線擬合是根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定自變量和函數(shù)之間的關(guān)系。擬合時(shí)首先假定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，然后根據(jù)最小二乘法原理確定待定系數(shù)。擬合計(jì)算模型如下

式中T為井口出液溫度（℃）；Q為井口產(chǎn)液量（t/d）；fw為質(zhì)量含水率。

2計(jì)算模型的適用性分析

井口實(shí)測(cè)出液溫度與油井產(chǎn)液量的關(guān)系見(jiàn)圖1，熱力計(jì)算模型、擬合計(jì)算模型、老區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的井口出液溫度值，以及井口實(shí)測(cè)溫度值與單井產(chǎn)液量的關(guān)系見(jiàn)圖2，計(jì)算值、實(shí)測(cè)值誤差與產(chǎn)液量的關(guān)系見(jiàn)圖3。由圖1、圖2、圖3可看出：①井口出液溫度主要是隨產(chǎn)液量的增大而增大，由于井口產(chǎn)液量大，井筒內(nèi)介質(zhì)流速快，在相同的起點(diǎn)溫度和環(huán)境條件下，井口出液流速快時(shí)溫降小；②當(dāng)產(chǎn)液量＜6.5 t/d時(shí)，應(yīng)采用擬合計(jì)算模型計(jì)算井口出液溫度；③當(dāng)產(chǎn)液量≥6.5 t/d時(shí)，應(yīng)采用熱力計(jì)算模型計(jì)算井口出液溫度。

圖1 實(shí)測(cè)出液溫度與產(chǎn)液量的關(guān)系

圖2 溫度與產(chǎn)液量的關(guān)系

圖3 溫度計(jì)算值、實(shí)測(cè)值誤差與產(chǎn)液量的關(guān)系

3井口出液溫度對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響

目前大慶外圍油田主要有單管樹(shù)狀電加熱集油流程和單管環(huán)狀摻水集油流程，井口出液加熱熱源來(lái)源于井口電加熱器或站場(chǎng)供摻水。其中電加熱器功率主要取決于產(chǎn)液量及井口出液溫度，而摻水量的大小及溫度是在控制進(jìn)站溫度及壓力情況下由集油環(huán)管徑、長(zhǎng)度、所帶井?dāng)?shù)及井口出液溫度等因素決定。對(duì)于在運(yùn)系統(tǒng)，運(yùn)行費(fèi)用與運(yùn)行參數(shù)緊密關(guān)聯(lián)，由于井口出液溫度不可調(diào)，對(duì)于低產(chǎn)液井（單井產(chǎn)液量＜6.5 t/d），在通常的設(shè)計(jì)計(jì)算中，井口出液溫度取值與實(shí)際基本吻合；而對(duì)于高產(chǎn)液井（單井產(chǎn)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(chǎn)井在新建集油系統(tǒng)或改建集油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，井口出液溫度對(duì)其建設(shè)的影響程度。

3.1 單管樹(shù)狀電加熱集油流程

以敖古拉油田部分井為例進(jìn)行計(jì)算得出，單井產(chǎn)液量和含水率越高的井，其井口溫度對(duì)電加熱器功率的選取影響越大，如果在設(shè)計(jì)時(shí)所采用的井口出液溫度值偏低，將出現(xiàn)大馬拉小車(chē)及資源浪費(fèi)問(wèn)題。就敖古拉油田而言，如果井口出液溫度按熱力計(jì)算模型或擬合計(jì)算模型計(jì)算，電加熱器的設(shè)備投資將節(jié)省3.1萬(wàn)元，見(jiàn)表1。

3.2 單管環(huán)狀摻水集油流程

單管環(huán)狀摻水集油流程的井口出液由聯(lián)合站或轉(zhuǎn)油站提供熱水加熱，其加熱溫度由進(jìn)站溫度控制，滿足原油凝固點(diǎn)溫度進(jìn)站。整個(gè)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(chǎn)液量相對(duì)較高的敖古拉油田1#6閥組間的2環(huán)和3環(huán)油井參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。油井物性參數(shù)見(jiàn)表2，油井生產(chǎn)參數(shù)（單井平均值）見(jiàn)表3，不同井口出液溫度下的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表4。從表4可知，在一定回油壓力和回油溫度下，當(dāng)油井的集油系統(tǒng)在新建或者改造時(shí)，如果井口溫度按經(jīng)驗(yàn)值（10℃）計(jì)算，為了滿足進(jìn)站條件，平均單井摻水量、摻水溫度、摻水壓力都比實(shí)際（實(shí)測(cè)溫度為20℃）需要的高，站內(nèi)每口井加熱設(shè)備熱負(fù)荷將增加9.123 kW，轉(zhuǎn)油站摻水泵單井平均排量將增加0.17 m3，能耗費(fèi)用將增加21.298元，設(shè)備費(fèi)用也將增加。由此可見(jiàn)，對(duì)于高產(chǎn)液井集油工藝的建設(shè)，其井口出液溫度的準(zhǔn)確取值對(duì)集油系統(tǒng)的工程投資和運(yùn)行能耗將產(chǎn)生明顯影響。

表1 井口電加熱器功率

表2 物性參數(shù)

表3 生產(chǎn)參數(shù)

表4 不同井口溫度的計(jì)算參數(shù)

4結(jié)論

不同的井口出液溫度計(jì)算模型有其適用范圍，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合油井產(chǎn)液量實(shí)際情況選擇應(yīng)用；熱力計(jì)算模型適用于單井產(chǎn)液量≥6.5 t/d的油井，而擬合計(jì)算模型適用于單井產(chǎn)液量＜6.5 t/d的油井，井口出液溫度計(jì)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(tǒng)的工程投資和運(yùn)行投資。

[1]魏立新，劉揚(yáng)．油井出油溫度最優(yōu)化擬和方法[J]．大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，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(yè)于大慶石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)，從事油氣集輸設(shè)計(jì)工作。

2015-01-05

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