井筒—地层动态温度场数学模型.pdfVIP

维普资讯 石油钻采I艺 1996年 (第 18卷)第 1期 井筒一地层动态温度场数学模型’ 班§睦 盘坐 黄跃芳惭芮松云T。rEE ／丫 (太鹿石油学院) (辽河石油勘杯局钻采院) ／ ， 、 摘要从水蒸汽的热力学性质入手，结合桐油热采方法，建立了用于计算蒸汽、油菅、奎菅和 f 地层动态温度场 的数 学模 型 。 。 作竺者简!介．兰警见本刊]995年第6期 ， 毒 。 注蒸汽采油是开采稠油时应用最广泛、效益较高的方法之一。辽河油 田和胜利油 田的许多 油井采用这种生产方式。影响注蒸汽采油效益至关重要的因素是高温蒸汽在油井管拄 内产生 的热应力，此应力可能使套管产生屈服变形或断裂、注汽管拄发生屈曲。尤其是水平井，在套管 内难以施加预拉应力，井且还有弯曲应力存在，套管破坏的可能性更大。 对热采井杆管拄进行力学分析，必须首先计算井筒一地层温度场。水蒸汽在隔热油管内向 下流动的过程 中，部分热量通过隔热油管壁和环形空间进入地层 水蒸汽的焓、压力、密度 、温 度等参数均为时间和深度的函数。在采油过程中，也有油液与地层的热交换 。在环形空间，隔 热油管外壁与套管内壁的热交换方式有辐射、对流和热传导三种 。非注汽地层的热交换方式为 热传导。注汽油层内的热交换方式为对流和热传导。本文仅研究水蒸汽在隔热油管内的热力 学参数及其对应地层的热传导问题 。 本文从水蒸汽的热力学性质人手，结合稠油热采方法，建立了井筒一地层动态温度场计算 的理论数学模型。 基 本 假 设 本文采用如下基本假设： (1)油管的半径和套管的半径相对于井眼造斜段的平均 曲率半径很小； (2)隔热油管居中； (3)地层的比热和导热系数为常数； (4)井下初始温度为地温} 学 荔秦善 垦赫赫麓 水平井采油拄和中国石油天捺气 聩助嘎 油气井杆管柱动静巷力 ’ 维普资讯 李子丰等：井筒 地层动态温度场数学模型 55 (5)只有沿径 向的热传导 ： (6)隔热油管 的内管 的温度与湿 蒸汽 的温度相等 ； (7)无机械能到热能的转换，即略 去蒸汽 的粘度 ； (8)用水的热力学参数近似代替 采出的油水混合物的热力学参数。 几 何 模 型 和 坐 标 系 井 一地层温度场计算的几何模型 根据假设 (1)在计算井筒附近的热学问题时，可以忽略井眼曲率的影响，即不考虑井眼弯 曲对温度场的影响，简化成如图所示几何模型。图中：^|为隔热油管内半径 ，r为隔热油管外半 径 ，Vtio为隔热油管 内管外半径 ，‰ 为隔热油管外管 内半径 ，ra为套管 内半径 。 本文选择柱坐标系，原点在井 口，Z轴沿隔热油管中心垂直向下 ，r轴沿井筒径 向向外。 湿蒸汽动态温度场的数学模型 在整个注采过程中，隔热油管内流体可能有干蒸汽、湿蒸汽、液体三种状态 在此统称这三 种状态为湿蒸汽。当湿蒸汽的干度为 1时，就为干蒸汽；当湿蒸汽的干度为 0时，就为水 。 一 、 微分方程 湿蒸汽在隔热油管 内流动时，遵守质量守衡方程 、运动平衡方程和能量平衡方程 。 1．质量守衡 方程 at+’a ( u)一0 (1)