一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及煙道氣驅領域，尤其涉及一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方法及裝置。本申請實施例將井筒分成若干段，求出相應段的物性參數，采用迭代法求解，計算得到井筒油管內的煙道氣溫度分布。該方法能精確計算煙道氣驅工藝情況下，任意流動狀況、任意時刻沿注氣井井筒的溫度分布。根據本申請獲得的井筒溫度分布，能夠有效預測到達油層的煙道氣溫度，以調整注氣量及煙道氣初始溫度，進而保證煙道氣驅工藝的順利實施。
【專利說明】
一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及煙道氣驅領域，尤其涉及一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方 法及裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著油田開發后期一些矛盾的日益突顯，如何最大程度挖潛剩余油已成為當前石 油科技的一個難題。煙道氣是天然氣、原油或煤炭等有機物在完全燃燒后生成的產物，主要 成分為氮氣和二氧化碳。煙道氣驅的驅替效果介于二氧化碳驅和氮氣驅之間。早期煙道氣 驅氣源主要是產出天然氣燃燒后的產物，在注入前必須經過一系列裝置的處理才能達到注 入要求。隨著人們對溫室氣體減排重要性的認識的提高，將工廠產生的煙道氣經處理后注 入油藏既可減少溫室氣體排放又可提高原油采收率，為此，很多油田開展了煙道氣吞吐增 產技術試驗，并在室內開展一系列實驗對煙道氣吞吐機理進行了研究，結果表明：煙道氣能 大幅提高地層能量，有利于吞吐現場試驗。而且煙道氣的溫度越高，熱焓值越大，進入地層 后補充的能量就越大，米收率提尚的也就越明顯。
[0003] 利用煙道氣提高原油采收率，需要通過優化管柱結構、注氣壓力、注氣排量等參數 以達到最高的井底溫度，從而滿足油藏工程的條件。其中，計算煙道氣驅注氣井井筒溫度分 布是實現滿足油藏工程條件的關鍵，但是，目前尚未提出針對上述煙道氣驅注氣井井筒溫 度分布的確定方法。

【發明內容】

[0004] 本申請實施例提供了一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方法及裝置，以至 少解決目前尚未有煙道氣驅工藝下井筒溫度分布確定的問題。
[0005] 為達到上述目的，一方面，本申請實施例提供了一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分 布的確定方法，包括：
[0006] 步驟1，將井筒在軸向上劃分為多個井筒單元，每個井筒單元的長度為dl;令1=0， k=l，其中，1表示井筒的當前計算長度，k表示迭代次數；
[0007] 步驟2,計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失；
[0008] 步驟3,根據煙道氣的初始溫度和所述熱損失，計算所述井筒油管內的煙道氣溫 度；
[0009] 步驟4，令1 = 1+dl，k = k+l，根據地層溫度的變化，重復執行上述步驟2至步驟3，進 行迭代計算，直到1多L，則迭代結束，得到所述井筒油管內的煙道氣溫度分布曲線，其中，L 表不油管的總長度。
[0010] 另一方面，本申請實施例還提供了一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定裝 置，包括：
[0011] 劃分單元，用于將井筒在軸向上劃分為多個井筒單元，每個井筒單元的長度為dl; 令1 = 0,k=l，其中，1表示井筒的當前計算長度，k表示迭代次數；
[0012] 熱損失計算單元，用于計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失；
[0013] 煙道氣溫度計算單元，用于根據煙道氣的初始溫度和所述熱損失，計算所述井筒 油管內的煙道氣溫度；
[0014]迭代計算單元，用于令l = l+dl，k = k+l，根據地層溫度的變化，利用熱損失計算單 元和煙道氣溫度計算單元進行迭代計算，直到1多L，則迭代結束，得到所述井筒油管內的煙 道氣溫度分布曲線，其中，L表示油管的總長度。
[0015] 本申請實施例將井筒分成若干段，求出相應段的物性參數，采用迭代法求解，計算 得到井筒油管內的煙道氣溫度分布。該方法能精確計算煙道氣驅工藝情況下，任意流動狀 況、任意時刻沿注氣井井筒的溫度分布。根據本申請獲得的井筒溫度分布，能夠有效預測到 達油層的煙道氣溫度，以調整注氣量及煙道氣初始溫度，進而保證煙道氣驅工藝的順利實 施。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017] 圖1是本申請實施例的煙道氣注氣井井筒的結構示意圖；
[0018] 圖2是本申請實施例的井筒溫度分布的確定方法的流程圖；
[0019] 圖3是本申請實施例的井筒溫度分布的確定裝置的結構圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實 施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護 的范圍。
[0021] 下面結合附圖，對本申請實施例的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0022] 參考圖2所示，本申請實施例提供了一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方 法，該方法包括如下的步驟S1至步驟S4。
[0023] S1，將井筒在軸向上劃分為多個井筒單元，每個井筒單元的長度為dl;令l = 0，k = 1，其中，1表示井筒的當前計算長度，k表示迭代次數。
[0024] S2,計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失。
[0025] S3,根據煙道氣的初始溫度和所述熱損失，計算所述井筒油管內的煙道氣溫度。
[0026] S4,令1 = 1+(11沽=1^+1，根據地層溫度的變化，重復執行上述步驟2至步驟3，進行 迭代計算，直到1多L，則迭代結束，得到所述井筒油管內的煙道氣溫度分布曲線，其中，L表 不油管的總長度。
[0027]通過上述方法，綜合考慮井身和油管柱結構、井筒徑向傳熱及地層熱物理性質等 多種因素沿井深的變化，將井筒分成若干段，求出相應段的物性參數，部分物性參數是溫度 的函數，采用迭代法求解，計算得到油管的溫度分布。該方法能精確計算煙道氣驅工藝情況 下，任意流動狀況、任意時刻沿注氣井井筒的溫度分布。同時，該方法簡單方便，具有較高的 精度，迭代次數低，計算效率高，具有非常好的穩定性和收斂性。根據井筒的溫度分布，能夠 有效預測到達油層的煙道氣溫度，以調整注氣量及煙道氣初始溫度，進而保證煙道氣驅工 藝的順利實施。
[0028] 本發明實施例中的主要假設條件為：
[0029] (1)流體流動狀態為穩定單向流動，流體為氣體單相流；
[0030] (2)井筒內傳熱為穩定傳熱；
[0031] (3)地層傳熱為不穩定傳熱，且服從Ramey的無因次時間函數；
[0032] (4)井身結構如圖丨所示:油管一油套環空一套管一水泥環一地層；
[0033] (5)井筒和周圍地層中的熱損失是徑向的，同時也考慮煙道氣流動沿井深方向的 傳執. I ?、、、，
[0034] (6)地層溫度按線性變化，已知地溫梯度和地表溫度；
[0035] (7)油套管同心。
[0036] 本申請實施例中所述井筒沿徑向從內至外依次包括:油管、套管和水泥環，井筒外 部為地層，本申請實施例中所述井筒溫度場分布指的是沿井筒油管徑向內煙道氣溫度場分 布。如圖1所示的井身結構，取井口為坐標原點，豎直向下為正，從井口開始計算。
[0037] 在一個實施例中，所述計算井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失，包括：
[0038] 分別計算所述井筒在所述當前計算長度時地層的熱阻、水泥環的熱阻、套管內外 壁之間的熱阻、油套環空中的空氣與套管之間的熱阻、油管內外壁之間的熱阻以及油管內 空氣的熱對流熱阻；
[0039] 根據上述計算的熱阻獲得所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的總熱阻；
[0040] 根據地層溫度、煙道氣的初始溫度和所述總熱阻，計算所述井筒在所述當前計算 長度下徑向上的熱損失。
[0041] 在一個實施例中，可以采用以下公式計算地層的熱阻R1:
[0042] (1)
[0043] α；
[0044] 其中，表示地層導熱系數，單位為W/(m · 1〇;&1表示地層平均散熱系數，單位為 m2/d;t表示油井生產時間;rh表示井筒半徑（即注氣井中軸線到水泥環外壁的距離），單位為 m〇
[0045] 在一個實施例中，可以采用以下公式計算水泥環的熱阻R2:
[0046]
(3>
[0047] 其中，Kcem表示水泥環導熱系數，單位為W/(m · K) ;rh表示井筒半徑，單位為m;rc。表 示套管外壁半徑，單位為m。
[0048]在一個實施例中，可以采用以下公式計算套管內外壁之間的熱阻R3:
[0049]
⑷
[0050] 其中，表示套管導熱系數，單位為W/(m· K);rc；i表示套管內壁半徑，單位為m; r。。表示套管外壁半徑，單位為m。
[0051] 在一個實施例中，可以采用以下公式計算油套環空中的空氣與套管之間的熱阻 R4：
[0052]
(5)
[0053] 其中，h。表示油套環空中空氣的自然對流傳熱系數，單位為W/(m2 · K);hr表示油套 環空中空氣的熱輻射傳熱系數，單位為W/(m2 · K) ;rc；1表示套管內壁半徑。
[0054] 采用以下公式計算熱輻射傳熱系數hr:
[0055]
[0056]
[0057] IUJ. it 1-t v t-i /
[0058] 其中，δ表示Stefan-Boltzmann(斯特藩-玻爾茲曼）常數，取值為2.189X10- 8W/ (m2 · K) ;Ftci表不油管外壁表面向套管內壁表面福射有效系數;Tt。表不油管外壁溫度;Tci表 示套管內壁溫度; ε。表示油管外壁黑度;表示套管內壁黑度;rt。表示油管外壁半徑；
[0059] 采用以下公式計算自然對流傳熱系數h。：
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 其中，Gr表示Grashof數(格拉曉夫數）；Pr表示Prandtl數(普朗特數）；Kh a表示油套 環空的空氣的導熱系數，單位為W/(m · K);g表示重力加速度，單位為m/s2;Tan表示油管外壁 與套管內壁之間的平均溫度;p an表示油套環空的空氣在平均溫度Tan下的密度，單位為kg/ m3;Uan表示油套環空的空氣在平均溫度Tan下的粘度，單位為mPa · s;Can表示油套環空的空 氣在平均溫度Tan下的熱容，單位為J(m3 · Κ);β表示油套環空中空氣的體積熱膨脹系數，為 一常數，取值可以為1.78 Χ10_3。
[0065] 在一個實施例中，可以采用以下公式計算油管內外壁之間的熱阻R5:
[0066]
(13)
[0067] 其中，Ktub表示油管導熱系數，單位為W/(m · K);rt。表示油管外壁半徑，單位為m; rtl表示油管內壁半徑，單位為m。
[0068] 在一個實施例中，可以采用以下公式計算油管內空氣的熱對流熱阻R6:
[0069]
( ]4)
[0070] 其中，hf表示油管內空氣的導熱系數系數，取值為0.05W/(m · K);rti表示油管內壁 半徑;rt。表示油管外壁半徑。
[0071] 在一個實施例中，根據辦至辦采用以下公式計算所述總熱阻R:
[0072] R = Ri+R2+R3+R4+R5+R6 (15)
[0073] 在圖1中，將井筒在軸向上分成若干個井筒單元，煙道氣的初始溫度（即煙道氣在 井口的注入溫度)是已知的，可以通過測量獲取，主要熱損失是在徑向上的熱損失。
[0074] 在一個實施例中，根據地層溫度、煙道氣的初始溫度和所述總熱阻，計算所述井筒 在所述當前計算長度下徑向上的熱損失，包括:根據能量守恒定律，采用以下公式計算熱損 失：
[0075] (16)
[0076] 其中，Q表示井筒單元徑向熱損失，單位為W; Te表示地層溫度，單位為°C ; R表示井 筒單元徑向總熱阻。
[0077] 在一個實施例中，根據所述煙道氣的初始溫度和所述熱損失，可以利用以下公式 計算井筒油管內的煙道氣溫度：
[0078] 0111^-0/1000 = 01^ s (17)
[0079] 其中，表示油管內煙道氣變化后的溫度;C表示空氣的比熱容;m表示空氣的質 量流量;Q表示井筒單元徑向熱損失。
[0080] 在一個實施例中，步驟S4中可以采用以下公式計算地層溫度的變化：
[0081] Te = Tins+al (18)
[0082] 其中，Tins表示地表溫度，單位為°C ; a表示地溫梯度，單位為°C/m; Te表示地層溫 度，單位為°〇。
[0083]基于同一發明構思，本發明實施例還提供了一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的 確定裝置，可以用于實現上述實施例所描述的方法，重復之處不再贅述。以下所使用的，術 語"單元"可以實現預定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的系統較佳 地以軟件來實現，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現也是可能并被構想的。
[0084] 圖3是本發明實施例的煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定裝置的結構框圖，如 圖3所示，該裝置包括:劃分單元21、熱損失計算單元22、煙道氣溫度計算單元23和迭代計算 單元24。下面對該結構進行具體說明。
[0085] 劃分單元21，用于將井筒在軸向上劃分為多個井筒單元，每個井筒單元的長度為 dl;令1 = 0,k=l，其中，1表示井筒的當前計算長度，k表示迭代次數；
[0086] 熱損失計算單元22,用于計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失；
[0087] 煙道氣溫度計算單元23,用于根據煙道氣的初始溫度和所述熱損失，計算所述井 筒油管內的煙道氣溫度；
[0088]迭代計算單元24,用于令1 = 1+(11，1^ = 1^+1，根據地層溫度的變化，利用熱損失計算 單元和煙道氣溫度計算單元進行迭代計算，直到1多L，則迭代結束，得到所述井筒油管內的 煙道氣溫度分布曲線，其中，L表不油管的總長度。
[0089]通過上述裝置，綜合考慮井身和油管柱結構、井筒徑向傳熱及地層熱物理性質等 多種因素沿井深的變化，將井筒分成若干段，求出相應段的物性參數(熱阻、傳熱系數），部 分物性參數是溫度的函數，采用迭代法求解，計算得到油管溫度分布。該裝置能精確計算煙 道氣驅工藝情況下，任意流動狀況、任意時刻沿注氣井井筒的溫度分布。同時，根據井筒的 溫度分布，能夠有效預測到達油層的煙道氣溫度，以調整注氣量及煙道氣初始溫度，進而保 證煙道氣驅工藝的順利實施。
[0090]在一個實施例中，所述熱損失計算單元22包括：
[0091]熱阻計算子單元，用于分別計算所述井筒在所述當前計算長度時地層的熱阻、水 泥環的熱阻、套管內外壁之間的熱阻、油套環空中的空氣與套管之間的熱阻、油管內外壁之 間的熱阻以及油管內空氣的熱對流熱阻；
[0092]總熱阻計算子單元，用于根據上述計算的熱阻獲得所述井筒在所述當前計算長度 下徑向上的總熱阻；
[0093]井筒熱損失計算子單元，用于根據地層溫度、煙道氣的初始溫度和所述總熱阻，計 算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失。
[0094]在一個實施例中，熱阻計算子單元具體用于采用以下公式計算地層的熱阻R1:
[0095]
[0096]
[0097] 其中，Ke表不地層導熱糸數，早位· 1〇;&1表示地層平均散熱系數，單位為 m2/d;t表示油井生產時間;rh表示井筒半徑（即注氣井中軸線到水泥環外壁的距離），單位為 m〇
[0098] 在一個實施例中，熱阻計算子單元具體用于采用以下公式計算水泥環的熱阻R2:
[0099]
[0100] 其中，K_表示水泥環導熱系數，單位為W/(m · K) ;rh表示井筒半徑，單位為m;r。。表 示套管外壁半徑，單位為m。
[0101] 在一個實施例中，熱阻計算子單元具體用于采用以下公式計算套管內外壁之間的 熱阻R3:
[0102]
[0103] ，ivcasni目·系數，單位為W/(m · K) ;rci表不套管內壁半徑，單位為m; r。。表示套管外壁半徑，單位為m。
[0104]在一個實施例中，熱阻計算子單元具體用于采用以下公式計算油套環空中的空氣 與套管之間的熱阻R4:
[0105]
[0106] 其中，h。表示油套環空中空氣的自然對流傳熱系數，單位為W/(m2 · K);hr表示油套 環空中空氣的熱輻射傳熱系數，單位為W/(m2 · K) ;rc；1表示套管內壁半徑。
[0107] 采用以下公式計算熱輻射傳熱系數hr:
[0108]
[0109]
[0110]
[0111] 其中，δ表示Stefan-Boltzmann(斯特藩-玻爾茲曼）常數，取值為2.189X10- 8W/ (m2 · K) ;Ftci表不油管外壁表面向套管內壁表面福射有效系數;Tt。表不油管外壁溫度;Tci表 示套管內壁溫度; ε。表示油管外壁黑度;表示套管內壁黑度;rt。表示油管外壁半徑；
[0112] 采用以下公式計算自然對流傳熱系數h。：
[0116] "" 2
[0113]
[0114]
[0115]
[0117]其中，Gr表示Grashof數(格拉曉夫數）；Pr表示Prandtl數(普朗特數）；Kha表示油套 環空的空氣的導熱系數，單位為W/(m · K);g表示重力加速度，單位為m/s2;Tan表示油管外壁 與套管內壁之間的平均溫度;p an表示油套環空的空氣在平均溫度Tan下的密度，單位為kg/ m3;Uan表示油套環空的空氣在平均溫度Tan下的粘度，單位為mPa · s;Can表示油套環空的空 氣在平均溫度Tan下的熱容，單位為J(m3 · Κ);β表示油套環空中空氣的體積熱膨脹系數，為 一常數，取值可以為1.78 Χ10_3。
[0118] 在一個實施例中，熱阻計算子單元具體用于采用以下公式計算油管內外壁之間的 熱阻R5:
[0119]
[0120] 其中，Ktub表示油管導熱系數，單位為W/(m· K);rt。表示油管外壁半徑，單位為m; rtl表示油管內壁半徑，單位為m。
[0121] 在一個實施例中，熱阻計算子單元具體用于采用以下公式計算油管內空氣的熱對 流熱阻R6:
[0122]
[0123] 其中，hf表示油管內空氣的導熱系數系數，取值為0.05W/(m · K);rti表示油管內壁 半徑;rt。表示油管外壁半徑。
[0124] 在一個實施例中，總熱阻計算子單元具體用于根據心至辦采用以下公式計算井筒 在徑向上的總熱阻：
[0125] R = R1+R2+R3+R4+R5+R6
[0126] 在圖1中，將井筒在軸向上分成若干個井筒單元，煙道氣的初始溫度（即煙道氣在 井口的注入溫度)是已知的，可以通過測量獲取，主要熱損失是在徑向上的熱損失。
[0127] 在一個實施例中，井筒熱損失計算子單元具體用于根據地層溫度、煙道氣的初始 溫度和所述總熱阻，計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失，包括:根據能量 守恒定律，采用以下公式計算熱損失：
[0128]
[0129] 其中，Q表示井筒單元徑向熱損失，單位為表示地層溫度，單位為°C;R表示井 筒單元徑向總熱阻。
[0130] 在一個實施例中，煙道氣溫度計算單元23具體用于根據所述煙道氣的初始溫度和 所述熱損失，利用以下公式計算井筒油管內的煙道氣溫度：
[0131] 〇?Μ/1000 = Ο?Τ、，
[0132] 其中，T_s表示油管內煙道氣變化后的溫度;C表示空氣的比熱容;m表示空氣的質 量流量;Q表示井筒單元徑向熱損失。
[0133] 在一個實施例中，迭代計算單元26具體用于采用以下公式計算地層溫度的變化：
[0134] Te = Tins+al
[0135] 其中，Tins表示地表溫度，單位為°C ; a表示地溫梯度，單位為°C /m; Te表示地層溫 度，單位為°C，1為井筒的當前計算長度。
[0136] 當然，上述模塊劃分只是一種示意劃分，本發明并不局限于此。只要能實現本發明 的目的的模塊劃分，均應屬于本發明的保護范圍。
[0137] 為了對上述煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方法及裝置進行更為清楚的解 釋，下面結合具體的實施例來進行說明，然而值得注意的是該實施例僅是為了更好地說明 本發明，并不構成對本發明不當的限定。
[0138] (1)將井筒在軸向上分成若干個井筒單元，每個井筒單元長度為dl，從井口開始計 算，令1 = 0，k= 1，煙道氣在井口注入，煙道氣的初始溫度為Ts。
[0139] (2)計算辦，1?2，1?3，1?5，1? 6，令1?4 = 0(由于1?4與傳熱系數有關，傳熱系數與管的溫度有 關，而最初是不知道溫度值的，因此，先設置R4值為0)，通過公式（15)計算總熱阻R。
[0140] (3)通過公式（16)計算熱損失
[0141] (4)計算油管外壁溫度Tt〇 = Ts_、ii5+K6; Ay/cu。
[0142] (5)計算套管內壁溫度 1^ = 1+(^+^+1?) XQ/dl。
[0143] (6)通過公式(5)~（12)計算R4。
[0144] (7)再次通過公式（15)計算總熱阻R。
[0145] (8)再次計算熱損夕
[0146] (9)通過公式(17)計算油管煙道氣的溫度T_s。
[0147] (10)令k = k+l，1 = l+dl，通過公式（18)計算地層溫度變化Te = Tins+adl，返回第 (2)步繼續迭代計算;若1多L(油管總長度），則迭代結束，得到油管的溫度分布曲線。
[0148] 綜上所述，本申請實施例針對目前尚未有煙道氣驅工藝下井筒溫度場確定方法的 問題，提出了一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方法及裝置，用于煙道氣驅工藝時， 注氣井井筒溫度分布的計算。綜合考慮井身和油管柱結構、井筒徑向傳熱及地層熱物理性 質等多種因素沿井深的變化，將井筒分成若干段，求出相應段的物性參數，部分物性參數是 溫度的函數，采用迭代法求解，計算得到油管溫度分布。根據井筒的溫度分布，能夠有效預 測到達油層的煙道氣溫度，以調整注氣量及煙道氣初始溫度，進而保證煙道氣驅工藝的順 利實施。
[0149] 本申請實施例采用傳熱學方法建立了相應的數學模型，并對該方法進行了計算機 編程。在建立溫度分布模型時，假設井筒中的傳熱為穩態傳熱，井筒周圍地層中的傳熱為非 穩態傳熱，計算井筒溫度分布時不僅考慮了徑向上的熱損失，也考慮了煙道氣流動沿井深 方向的傳熱對井筒溫度分布的影響，根據油管的管柱結構各段管柱不同進行分段、不同情 況分別進行計算。計算過程簡單方便，具有較高的精度，迭代次數低，計算效率高，具有非常 好的穩定性和收斂性，更加適合計算機編程。能精確計算煙道氣驅工藝下情況下，任意流動 狀況、任意時刻沿注氣井井筒的溫度分布。
[0150] 在一個或多個示例性的設計中，本申請實施例所描述的上述功能可以在硬件、軟 件、固件或這三者的任意組合來實現。如果在軟件中實現，這些功能可以存儲與電腦可讀的 媒介上，或以一個或多個指令或代碼形式傳輸于電腦可讀的媒介上。電腦可讀媒介包括電 腦存儲媒介和便于使得讓電腦程序從一個地方轉移到其它地方的通信媒介。存儲媒介可以 是任何通用或特殊電腦可以接入訪問的可用媒體。例如，這樣的電腦可讀媒體可以包括但 不限于RAM、ROM、EEPROM、⑶-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁性存儲裝置，或其它任 何可以用于承載或存儲以指令或數據結構和其它可被通用或特殊電腦、或通用或特殊處理 器讀取形式的程序代碼的媒介。
[0151]以上所述的具體實施例，對本申請的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本申請實施例的具體實施例而已，并不用于限定本申 請的保護范圍，凡在本申請的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包 含在本申請的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定方法，其特征在于，包括： 步驟1，將井筒在軸向上劃分為多個井筒單元，每個井筒單元的長度為dl;令l=0，k = 1，其中，1表示井筒的當前計算長度，k表示迭代次數； 步驟2,計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失； 步驟3，根據煙道氣的初始溫度和所述熱損失，計算所述井筒油管內的煙道氣溫度； 步驟4,令l = l+dl，k=k+l，根據地層溫度的變化，重復執行上述步驟2至步驟3,進行迭 代計算，直到1多L，則迭代結束，得到所述井筒油管內的煙道氣溫度分布曲線，其中，L表示 油管的總長度。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算井筒在所述當前計算長度下徑向 上的熱損失，包括： 分別計算所述井筒在所述當前計算長度時地層的熱阻、水泥環的熱阻、套管內外壁之 間的熱阻、油套環空中的空氣與套管之間的熱阻、油管內外壁之間的熱阻以及油管內空氣 的熱對流熱阻； 根據上述計算的熱阻獲得所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的總熱阻； 根據地層溫度、煙道氣的初始溫度和所述總熱阻，計算所述井筒在所述當前計算長度 下徑向上的熱損失。3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式計算所述地層的熱阻： 其中，式中，h表示地層的熱阻;表示地層導熱系數;ai表示地層平均散熱系數;t表示油井 生產時間;rh表示井筒半徑。4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，采用以下公式計算所述水泥環的熱阻：式中，R2表示水泥環的熱阻;Κ。^表示水泥環導熱系數;rh表示井筒半徑;r。。表示套管外 壁半徑。5. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式計算所述套管內外壁之間的 熱阻：式中，R3表示套管內外壁之間的熱阻;Kras表示套管導熱系數;rc；1表示套管內壁半徑;r。。 表示套管外壁半徑。6. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式計算所述油套環空中的空氣 與套管之間的熱阻：式中，R4表示油套環空中的空氣與套管之間的熱阻;h。表示油套環空中空氣的自然對流 傳熱系數;hr表示油套環空中空氣的熱輻射傳熱系數;Γη表示套管內壁半徑； 采用以下公式計算熱輻射傳熱系數hr:式中，δ表示Stefan-Boltzmann常數;Ftci表示油管外壁表面向套管內壁表面福射有效 系數;Tt。表示油管外壁溫度;TC1表示套管內壁溫度；ε。表示油管外壁黑度;ecl表示套管內壁 黑度;r t。表示油管外壁半徑； 采用以下公式計算自然對流傳熱系數h。：式中，Gr表示Grashof數;Pr表示Prandtl數;Kha表示油套環空的空氣的導熱系數;g表示 重力加速度;Tan表示油管外壁與套管內壁之間的平均溫度;pan表示油套環空的空氣在平均 溫度T an下的密度;Uan表示油套環空的空氣在平均溫度Tan下的粘度;Can表示油套環空的空氣 在平均溫度T an下的熱容;β表示油套環空中空氣的體積熱膨脹系數。7. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式計算所述油管內外壁之間的 熱阻：式中，R4表示油套環空中的空氣與套管之間的熱阻;抱表示油管內外壁之間的熱阻;Ktub 表示油管導熱系數;rt。表示油管外壁半徑;rtl表示油管內壁半徑。8. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式計算所述油管內空氣的熱對 流熱阻：式中，R6表不油管內空氣的熱對流熱阻;hf表不油管內空氣的導熱系數系數;rti表不油 管內壁半徑;rt。表示油管外壁半徑。9. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式計算所述總熱阻： R=R1+R2+R3+R4+R5+R6 式中，R表示總熱阻；R:表示地層的熱阻；R2表示水泥環的熱阻；R3表示套管內外壁之間 的熱阻;R4表示油套環空中的空氣與套管之間的熱阻;抱表示油管內外壁之間的熱阻;R6表 示油管內空氣的熱對流熱阻。10. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，根據地層溫度、煙道氣的初始溫度和所述 總熱阻，計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失，包括： 根據能量守恒定律，采用以下公式計算所述熱損失：其中，Q表示井筒單元徑向熱損失;Ts表示煙道氣的初始溫度;Te表示地層溫度;R表示井 筒單元徑向總熱阻。11. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據以下公式計算所述井筒油管內的煙 道氣溫度，包括： CmTs-Q/1000 = 其中，fs表示油管內煙道氣溫度;Ts表示煙道氣的初始溫度;C表示空氣的比熱容;m表 示空氣的質量流量;Q表示井筒徑向熱損失。12. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4中采用以下公式計算地層溫度 的變化： Te = Tins+al , 其中，Tins表不地表溫度;a表不地溫梯度;Te表不地層溫度。13. -種煙道氣驅注氣井井筒溫度分布的確定裝置，其特征在于，包括： 劃分單元，用于將井筒在軸向上劃分為多個井筒單元，每個井筒單元的長度為dl;令1 = 0，k=l，其中，1表示井筒的當前計算長度，k表示迭代次數； 熱損失計算單元，用于計算所述井筒在所述當前計算長度下徑向上的熱損失； 煙道氣溫度計算單元，用于根據煙道氣的初始溫度和所述熱損失，計算所述井筒油管 內的煙道氣溫度； 迭代計算單元，用于令l = l+dl，k = k+l，根據地層溫度的變化，利用熱損失計算單元和 煙道氣溫度計算單元進行迭代計算，直到1多L，則迭代結束，得到所述井筒油管內的煙道氣 溫度分布曲線，其中，L表不油管的總長度。
【文檔編號】E21B47/07GK105952443SQ201610375086
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】馬振, 孫振宇, 曲紹剛, 王智博, 楊寶春, 張成博, 劉錦, 李君 , 馬薇, 賀夢琦, 王昕 , 方梁鋒, 劉紅芹, 關志忠
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司