注蒸汽井井筒热传递定量计算.pdfVIP

维普资讯 1994年 第 J8卷 石油大学学报 (自然科学gt) I，0f． JS ⅣO．4 第 4期 Jour~*aloftheUntvers~tyojPetroleum．Ghi~a Aug．1994 注蒸汽井井筒热传递的定量计算 0 A 愠 要 麽高 王 弥 康 1 (石油大学机械系，山东东营257062) -r,~J-7- 流体在井筒中疵动时．由于疵体与地层存在温差．就有热量的传遣 注蒸汽热采工艺中燕 井筒热传递的定量计算显得特尉重要．井筒热传递可合理地分解成井筒内稳态传热和地层 内非稳态导热两部分．本文阐述了每—部分的数学模型及其解法，重点剖析 了处理非稳态的各种半解 析方法，并根据现场实际条件。对上述方法进行了计算比较．推荐用于计算注蒸汽井井筒热损失的较 默 主矗词井黼筒热热传传递递}；蒸蒸汽汽注注入入}；热热传传导导f稳稳态态，，i，鼍茁7r．fI‘} 糸’I泊…， 中圉法分娄号 TE％3 作者简介 王弥康 ．男，l938年出生。教授．1960年毕业于南京工学院．1981年获美国明尼苏选 大学理学硬士学位 ．现在石油大学 (华东)机械系热工教研室从事稠油热采领域的研纪 0 引 言 流体流经井筒时由于流体与地层存在温差 ，必定有热量的传递 ·稠油注蒸汽开采，注入 蒸汽温度可高达 350~C左右．精确计算不 同注入时间不同井深处的蒸汽 、套管和地层温度 ， 对于保护套管、估算井筒热损失和注汽热效率 ，显得特别重要．从 1962年雷米 (Ramcy)的 文章 发表 以来，国内外已经研制成许多井筒热传递的计 算软件．所有软件都假定井筒内为稳态传热 ．地层内则为 非稳态导热，但处理非稳态导热的方法有所不同．多数采 用解析或半解析方法 ，少数采用数值解方法 “ 本文从 传热机理 出发 ，运用归一化的数学处理方法，导出反映时 闻因素的无园次时间，汇集和比较了国外必威体育精装版研 究成果 ， 提 出了井筒热传递中计算非稳态导热较简便且精确的关系 式 ． 1 井筒热传递数学模型 蒸汽在井筒内自上向下流动时发生热量传递现象．典 型的注汽井井身结构如图 1所示．油套管之间的环空中可 能是空气、水或油水混合物．由于水泥环外侧的地层体积 圉1 洼蒸汽井的井身结构图 收藩时间 l993—02—05 · 77 · 维普资讯 和热容量比水泥环内侧的井筒大得多，水泥环与地层交界处的温度 随蒸汽注入时间的推移 缓慢上升．表征热量在地层中扩散速率的参数——热扩散系数a的数量级仅为 10一rm ／s．而 且，．与未受热影响远处地层温度 ．的差值不大I相反，油管内蒸汽温度 tt与 ．的差值较大 · 两个温差足有一个数量级的差别．因而可以假定水泥环 内侧 (以下简称 “井筒 内 )热量传 递是稳态的，而水泥环外侧 (以下简称 “地层 内 )热量传递则按非稳态处理．文献 [2]详 细论证了这一假定的合理性． 井筒热量传递方式比较复杂 ，自内向外有 ：注入蒸汽与隔热油管内管的内壁之间有相变 的受迫对流换热 ，隔热油管多孔隔热材料中伴有热辐射的导热，油套管环空中对流辐射 同时 作用的换热以及水泥环的导热等环节 ，这些热阻径向串并联组成 。井筒内 的传热 ．如 图2 所示 (其中已略去了隔热油管内外管和套管的导热热 阻，因为它们远 比图 2中的各个热阻 b／)．如果把这一传热过程接非稳态处理，求解是非常困难的．井筒内稳态传热的合理假设 把这一时间因素划归到井筒外侧地层的导热中．后者属圆柱坐标系中非稳态纯导热问鼯．如 果把井筒长度