[发明专利]一种空心抽油杆注热水循环井筒温度场的确定方法及装置

权利要求书

1.一种空心抽油杆注热水循环井筒温度分布的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将井筒在轴向上划分为多个井筒单元，每个井筒单元的长度为dl；令l＝k＝1，其中，l表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数；

步骤二，从井口开始，计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失和总热损失；热损失包括地层的热传导热阻、水泥环的热传导热阻、套管壁的热传导热阻、原油与套管之间的热对流液体热阻、油管环空中的空气与油管内壁之间的热对流热阻、油管内外壁之间的热传导热阻、原油与油管内壁之间的热对流热阻、空心杆内外壁之间的热对流热阻和热原油与空心杆内壁之间的热对流热阻；所述总热损失为各热阻的总和；

步骤三，根据注热水的初始温度和所述总热损失，从井口开始，计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的油管内的空心抽油杆注热水的温度场；所述温度场包括空心杆内壁的温度、空心杆外壁的温度、油管内壁的温度、油管内壁与空心杆之间环空的温度和原油温度；其中，利用公式(27)-(31)计算空心抽油杆注热水的温度场：

T_i＝T_s-R₁₁*Q/dl (27)

T_o＝T_s-(R₈+R₁₁)Q/dl (28)

T_ti＝T_s-(R₇+R₈+R₁₁)Q/dl (29)

式中，T_i为空心杆内壁的温度，单位为℃；T_o为空心杆外壁的温度，单位为℃；T_ti为油管内壁的温度，单位为℃；T_H为油管内壁与空心杆之间环空的温度，单位为℃；T_u为油管入口处初始的原油温度，单位为℃；T_s为空心抽油杆注热水的初始温度，单位为℃；T_e为地层温度，单位为℃；R₇为原油与油管内壁之间的热对流热阻，单位为m·K/W；R₈为空心杆内外壁之间的热对流热阻，单位为m·K/W；R₁₁为热原油与空心杆内壁之间的热对流热阻，单位为m·K/W；Q为井筒单元径向热损失，单位为W；

步骤四，令l＝l+dl，k＝k+1，根据地层温度变化和内管井筒单元下端空心抽油杆注热水的温度变化，重复执行上述步骤二至步骤三，进行迭代计算，直到l≥L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的空心抽油杆注热水的温度分布曲线，其中，L表示油管的总长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(1)和(2)计算所述地层的热阻：

式中，R₁表示地层的传热导热阻，单位为m·K/W；K_e表示地层导热系数，单位为W/(m·K)；a表示地层平均散热系数，单位为m²/d；t表示油井生产时间；r_h表示井筒半径，单位为m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(3)计算水泥环的热传导热阻：

式中，R₂为水泥环的热传导热阻，单位为m·K/W；K_cem为水泥环导热系数，单位为W/(m·K)；r_h为井筒半径，单位为m；r_co为套管外壁半径，单位为m。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用公式(4)计算套管壁的热传导热阻：

式中，R₃为套管壁的热传导热阻，单位为m·K/W；K_cas为套管导热系数，单位为W/(m·K)；r_co为套管外壁半径，单位为m；r_ci为套管内壁半径，单位为m。