[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

说明书

本发明提供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。该方法为：将井筒分成若干段，求出相应段的物性参数，采用迭代法求解，计算得到井筒油管内的空心抽油杆注热水循环温度场分布。本发明所涉及的计算方法具有良好的计算稳定性和较高的计算精度，通过该算法和解释工具，可以很好的对双层空心抽油杆热水循环加热降粘工艺的井口掺入热水的排量和温度进行预测，已达到井筒原油降粘的目的。

技术领域

本发明属于稠油举升领域，涉及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。

背景技术

随着稠油区块的持续开发，大规模应用电加热井筒降粘技术导致的高能耗问题日益突出，给采油单位生产运行和成本控制带来较大压力。空心杆热水循环降粘技术在近年逐步改进发展，如图1所示，该技术的工作原理是：从井口向空心杆内持续不断的注入热水，热水沿空心杆内流向油管底部，在油管底部油和水混合，通过抽油泵在空心杆与油管的环空中被一起举升到地面。

空心杆热水循环降粘工艺技术的关键之一是如何优化井口的热水掺入排量和温度。以一口井为例，井深2100m，日产液10m³/d，每天从空心杆注入热水的最大排量是25m³/d，在油管底部混合，通过与油管环空返上来。空心杆内径40mm，外径48mm，接箍外径55mm。油管内径分别是62mm，外径是76mm。根据粘度曲线得出的结论是：整套系统的油水混合物不低于48°时才能顺利将油举升到地面。那么井口注入热水温度是多少的情况下，才能使得整个循环中，整套系统的油水混合物不低于48°。因此，要确定合理的井口掺入热水排量和温度，就必须研究热水和原油在井筒中温度场分布。通过查询大量文献、资料，目前尚无类似的计算方法，因此无法准确预测出空心杆热水循环降粘工艺技术的关键参数。

本申请意在填补上述空白，提供一种可供计算机程序实现的精确算法。

发明内容

基于现有技术中尚未有效计算热水和原油在井筒中的温度场分布的方法，本发明的目的在于提供一种空心抽油杆注热水循环温度场计算方法及装置。针对空心杆热水循环降粘工艺技术的原理，用热力学、流体力学等基本原理建立描述了空心杆热水循环井筒温度场分布的数学模型，并用数值方法进行求解，以了解和掌握掺热水过程中空心杆内的热水、空心杆与油管环形空间的油水混合物的温度分布和变化趋势，以指导生产实践选择合理的井口掺入热水的排量和温度。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

一方面，本发明提供了一种空心抽油杆注热水循环井筒温度分布的确定方法，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；

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。

上述的方法中，优选地，采用公式(1)和(2)计算所述地层的热阻：