王志堅(jiān) 高志衛(wèi) 孫立柱

摘 要：為了提升稠油井筒加熱的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒傳熱節(jié)能精細(xì)化管理，需要開(kāi)展稠油井筒傳熱規(guī)律精細(xì)描述和運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化研究。因此本文在閉式熱水循環(huán)傳統(tǒng)換熱模型的基礎(chǔ)上，對(duì)加熱井筒傳熱過(guò)程進(jìn)行模擬分析。建立閉式熱水循環(huán)加熱井筒傳熱過(guò)程的物理模型、數(shù)學(xué)模型，模擬研究了能流參數(shù)對(duì)產(chǎn)液溫度的影響。

關(guān)鍵詞：閉式熱水循環(huán)；能流參數(shù)；產(chǎn)液溫度

閉式循環(huán)加熱工藝?yán)醚h(huán)水為載體，加以隔熱管對(duì)熱水進(jìn)行保溫，將熱量源源不斷的輸送到井底，使產(chǎn)液溫度得以提升，能夠很好的在對(duì)稠油進(jìn)行保溫和降粘的同時(shí)降低注入的循環(huán)量，節(jié)約能耗的效果十分明顯。閉式熱流體循環(huán)工藝適用于原油粘度大、含蠟多、高凝固點(diǎn)的油井。該技術(shù)是通過(guò)在井筒中建立循環(huán)通道，通過(guò)熱流體在井筒內(nèi)的循環(huán)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原油的加熱，從而防止原油析蠟?zāi)蘙1，2]。由于超稠油的特殊性質(zhì)，在開(kāi)采時(shí)給井筒加熱配套的需求增加很多難度，而優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)是減少井筒加熱耗能的有效方法。目前電加熱運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化主要依靠觀察光桿上下行變化進(jìn)行摸索。閉式循環(huán)加熱技術(shù)雖然較井筒電加熱耗電量大幅下降，但循環(huán)深度、井口循環(huán)流體溫度等運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化還缺少理論依據(jù)，依然有優(yōu)化空間。在井筒加熱技術(shù)的應(yīng)用方面，在配套決策、運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化和運(yùn)行時(shí)段優(yōu)化等方面還有較大的提升空間。因此需要實(shí)現(xiàn)井筒傳熱節(jié)能精細(xì)化管理，為實(shí)現(xiàn)稠油井筒加熱舉升降低能耗做出一定的指導(dǎo)[3]。

1 物理模型

如圖1所示為閉式熱水循環(huán)結(jié)構(gòu)圖，可以看到在閉式熱水循環(huán)系統(tǒng)中，熱源為流入保溫管的循環(huán)熱水，在循環(huán)熱水向下流動(dòng)的過(guò)程中將熱能傳遞給保溫管外上反的循環(huán)水，上反液從注入液中吸收熱量再通過(guò)空心桿傳遞給油管內(nèi)的油氣水混合產(chǎn)液，油氣水混合產(chǎn)液在吸收了上反液傳遞的熱量之后流動(dòng)性增強(qiáng)，在油管內(nèi)向地面舉升，產(chǎn)液將熱量經(jīng)由油管、油套環(huán)空層、套管、水泥環(huán)最后傳向地層。

2 數(shù)學(xué)模型

2.1 數(shù)學(xué)模型

圖2所示為計(jì)算的典型的閉式熱流體循環(huán)的產(chǎn)液溫度分布。由圖可以看出，在非加熱段（1181～1662m），由于產(chǎn)液在流經(jīng)井筒時(shí)將熱量散耗，產(chǎn)液溫度隨深度的減小而慢慢減??；當(dāng)產(chǎn)液流經(jīng)井筒加熱部分時(shí)，產(chǎn)液溫度明顯上升。在加熱初始階段，由于產(chǎn)液從上反的循環(huán)水中獲得的熱量不足以彌補(bǔ)產(chǎn)液向地層耗散的熱量，故在加熱初始階段會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)液溫度略微下降的現(xiàn)象。之后，隨著井深的減小，產(chǎn)液與上反循環(huán)水之間的換熱量增加，產(chǎn)液溫度慢慢升高[4]。

2.2 傳熱系數(shù)的確定

3 能流參數(shù)計(jì)算與分析

設(shè)計(jì)條件為產(chǎn)油量0.87t/d，含水率0.7，油氣比15，產(chǎn)液的粘度14014mPa·s，油層深度1662m，動(dòng)液面深度1333m，下泵深度1494m，傳熱深度為1181 m，地表溫度15℃。

3.1 注入溫度的影響

如圖4，由于循環(huán)水未將熱量傳遞給井底產(chǎn)液，所以在非加熱段產(chǎn)液溫度與原始溫度相同并未發(fā)生改變，在加熱段，由于循環(huán)水將熱量傳遞給了產(chǎn)液，所以產(chǎn)液在吸收熱量之后溫度逐漸上升，且循環(huán)水的注入溫度越高產(chǎn)液溫度也將越高[6]。

3.2 循環(huán)量的影響

圖5循環(huán)水的循環(huán)量對(duì)產(chǎn)液溫度沿井深分布的影響曲線(xiàn)。由圖可以看出：在非加熱段產(chǎn)液溫度與原始溫度相同并未發(fā)生改變。在加熱段，由于循環(huán)量增大使得循環(huán)水的溫度也相應(yīng)升高，進(jìn)而使得循環(huán)水將更多的熱量傳遞給產(chǎn)液，因此，加大循環(huán)水的流量可以使產(chǎn)液溫度相應(yīng)升高[7，8]。

3.3 產(chǎn)出液量的影響

由圖6可以看出，產(chǎn)出液量的變化對(duì)井筒溫度分布的影響分為兩個(gè)部分，加熱段以下產(chǎn)出液溫度隨著產(chǎn)出液量的增大而增大。加熱段部分，隨著產(chǎn)液量增大，每增大1℃所消耗的熱流增大，而熱流體攜帶的熱量是一定的，所以產(chǎn)出液溫度隨產(chǎn)液量增大而減小。特別的，當(dāng)產(chǎn)出液量非常小時(shí)，由于產(chǎn)出液流動(dòng)太慢，使得各段傳熱系數(shù)減小，減弱傳熱效果。盡管加熱開(kāi)始階段產(chǎn)液溫度高，但由于傳熱系數(shù)小，產(chǎn)出液溫度降低[9]。

4 結(jié)論

本文通過(guò)建立閉式熱水循環(huán)加熱井筒傳熱過(guò)程的物理模型、數(shù)學(xué)模型以及計(jì)算幾種能流參數(shù)（循環(huán)水注入溫度、循環(huán)水循環(huán)量、產(chǎn)出液量）對(duì)產(chǎn)液溫度的影響，來(lái)分析幾種參數(shù)對(duì)油井溫度分布的影響。得到以下結(jié)論：

1）隨注入溫度的升高，非加熱段時(shí)三種循環(huán)水溫對(duì)產(chǎn)液溫度的影響不明顯，但在加熱段，因?yàn)楫a(chǎn)液吸收溫度后溫度上升，所以循環(huán)水注入溫度越高相應(yīng)產(chǎn)液溫度也將越高；

2）與循環(huán)水注入溫度的影響相同，在非加熱段產(chǎn)液溫度與原始溫度相同并未發(fā)生改變。而加熱段，隨循環(huán)水量的增加，循環(huán)水溫也升高，因此增加循環(huán)水量會(huì)提高產(chǎn)液溫度；

3）在加熱段，產(chǎn)液量溫度與產(chǎn)出量成正相關(guān)，隨產(chǎn)液量的增加，產(chǎn)出液反而減小，并且，當(dāng)產(chǎn)出液量極小時(shí)，產(chǎn)出液流速較小，導(dǎo)致傳熱效果較差，產(chǎn)出液溫度降低。

參考文獻(xiàn)

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[9]宋輝.高凝稠油油井瞬態(tài)溫度場(chǎng)研究.石油鉆采工藝，2004，26（s1）：1-4.

作者簡(jiǎn)介

王志堅(jiān)（1968-），高級(jí)工程師，新春公司采油工程首席專(zhuān)家，主要從事采油工藝技術(shù)及采油工程管理工作。