一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及烟道气驱领域，尤其涉及一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方法及装置。本申请实施例将井筒分成若干段，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烟道气温度分布。该方法能精确计算烟道气驱工艺情况下，任意流动状况、任意时刻沿注气井井筒的温度分布。根据本申请获得的井筒温度分布，能够有效预测到达油层的烟道气温度，以调整注气量及烟道气初始温度，进而保证烟道气驱工艺的顺利实施。
【专利说明】
一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及烟道气驱领域，尤其涉及一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着油田开发后期一些矛盾的日益突显，如何最大程度挖潜剩余油已成为当前石 油科技的一个难题。烟道气是天然气、原油或煤炭等有机物在完全燃烧后生成的产物，主要 成分为氮气和二氧化碳。烟道气驱的驱替效果介于二氧化碳驱和氮气驱之间。早期烟道气 驱气源主要是产出天然气燃烧后的产物，在注入前必须经过一系列装置的处理才能达到注 入要求。随着人们对温室气体减排重要性的认识的提高，将工厂产生的烟道气经处理后注 入油藏既可减少温室气体排放又可提高原油采收率，为此，很多油田开展了烟道气吞吐增 产技术试验，并在室内开展一系列实验对烟道气吞吐机理进行了研究，结果表明：烟道气能 大幅提高地层能量，有利于吞吐现场试验。而且烟道气的温度越高，热焓值越大，进入地层 后补充的能量就越大，米收率提尚的也就越明显。
[0003] 利用烟道气提高原油采收率，需要通过优化管柱结构、注气压力、注气排量等参数 以达到最高的井底温度，从而满足油藏工程的条件。其中，计算烟道气驱注气井井筒温度分 布是实现满足油藏工程条件的关键，但是，目前尚未提出针对上述烟道气驱注气井井筒温 度分布的确定方法。
【发明内容】
[0004] 本申请实施例提供了一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方法及装置，以至 少解决目前尚未有烟道气驱工艺下井筒温度分布确定的问题。
[0005] 为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种烟道气驱注气井井筒温度分 布的确定方法，包括：
[0006] 步骤1，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1=0， k=l，其中，1表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数；
[0007] 步骤2,计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失；
[0008] 步骤3,根据烟道气的初始温度和所述热损失，计算所述井筒油管内的烟道气温 度；
[0009] 步骤4，令1 = 1+dl，k = k+l，根据地层温度的变化，重复执行上述步骤2至步骤3，进 行迭代计算，直到1多L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的烟道气温度分布曲线，其中，L 表不油管的总长度。
[0010] 另一方面，本申请实施例还提供了一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定装 置，包括：
[0011] 划分单元，用于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1 = 0,k=l，其中，1表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数；
[0012] 热损失计算单元，用于计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失；
[0013] 烟道气温度计算单元，用于根据烟道气的初始温度和所述热损失，计算所述井筒 油管内的烟道气温度；
[0014]迭代计算单元，用于令l = l+dl，k = k+l，根据地层温度的变化，利用热损失计算单 元和烟道气温度计算单元进行迭代计算，直到1多L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的烟 道气温度分布曲线，其中，L表示油管的总长度。
[0015] 本申请实施例将井筒分成若干段，求出相应段的物性参数，采用迭代法求解，计算 得到井筒油管内的烟道气温度分布。该方法能精确计算烟道气驱工艺情况下，任意流动状 况、任意时刻沿注气井井筒的温度分布。根据本申请获得的井筒温度分布，能够有效预测到 达油层的烟道气温度，以调整注气量及烟道气初始温度，进而保证烟道气驱工艺的顺利实 施。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1是本申请实施例的烟道气注气井井筒的结构示意图；
[0018] 图2是本申请实施例的井筒温度分布的确定方法的流程图；
[0019] 图3是本申请实施例的井筒温度分布的确定装置的结构图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护 的范围。
[0021] 下面结合附图，对本申请实施例的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0022] 参考图2所示，本申请实施例提供了一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方 法，该方法包括如下的步骤S1至步骤S4。
[0023] S1，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 = 0，k = 1，其中，1表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数。
[0024] S2,计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失。
[0025] S3,根据烟道气的初始温度和所述热损失，计算所述井筒油管内的烟道气温度。
[0026] S4,令1 = 1+(11沽=1^+1，根据地层温度的变化，重复执行上述步骤2至步骤3，进行 迭代计算，直到1多L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的烟道气温度分布曲线，其中，L表 不油管的总长度。
[0027]通过上述方法，综合考虑井身和油管柱结构、井筒径向传热及地层热物理性质等 多种因素沿井深的变化，将井筒分成若干段，求出相应段的物性参数，部分物性参数是温度 的函数，采用迭代法求解，计算得到油管的温度分布。该方法能精确计算烟道气驱工艺情况 下，任意流动状况、任意时刻沿注气井井筒的温度分布。同时，该方法简单方便，具有较高的 精度，迭代次数低，计算效率高，具有非常好的稳定性和收敛性。根据井筒的温度分布，能够 有效预测到达油层的烟道气温度，以调整注气量及烟道气初始温度，进而保证烟道气驱工 艺的顺利实施。
[0028] 本发明实施例中的主要假设条件为：
[0029] (1)流体流动状态为稳定单向流动，流体为气体单相流；
[0030] (2)井筒内传热为稳定传热；
[0031] (3)地层传热为不稳定传热，且服从Ramey的无因次时间函数；
[0032] (4)井身结构如图丨所示:油管一油套环空一套管一水泥环一地层；
[0033] (5)井筒和周围地层中的热损失是径向的，同时也考虑烟道气流动沿井深方向的 传执. I ?、、、，
[0034] (6)地层温度按线性变化，已知地温梯度和地表温度；
[0035] (7)油套管同心。
[0036] 本申请实施例中所述井筒沿径向从内至外依次包括:油管、套管和水泥环，井筒外 部为地层，本申请实施例中所述井筒温度场分布指的是沿井筒油管径向内烟道气温度场分 布。如图1所示的井身结构，取井口为坐标原点，竖直向下为正，从井口开始计算。
[0037] 在一个实施例中，所述计算井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失，包括：
[0038] 分别计算所述井筒在所述当前计算长度时地层的热阻、水泥环的热阻、套管内外 壁之间的热阻、油套环空中的空气与套管之间的热阻、油管内外壁之间的热阻以及油管内 空气的热对流热阻；
[0039] 根据上述计算的热阻获得所述井筒在所述当前计算长度下径向上的总热阻；
[0040] 根据地层温度、烟道气的初始温度和所述总热阻，计算所述井筒在所述当前计算 长度下径向上的热损失。
[0041] 在一个实施例中，可以采用以下公式计算地层的热阻R1:
[0042] (1)
[0043] α；
[0044] 其中，表示地层导热系数，单位为W/(m · 1〇;&1表示地层平均散热系数，单位为 m2/d;t表示油井生产时间;rh表示井筒半径（即注气井中轴线到水泥环外壁的距离），单位为 m〇
[0045] 在一个实施例中，可以采用以下公式计算水泥环的热阻R2:
[0046]
(3>
[0047] 其中，Kcem表示水泥环导热系数，单位为W/(m · K) ;rh表示井筒半径，单位为m;rc。表 示套管外壁半径，单位为m。
[0048]在一个实施例中，可以采用以下公式计算套管内外壁之间的热阻R3:
[0049]
⑷
[0050] 其中，表示套管导热系数，单位为W/(m· K);rc；i表示套管内壁半径，单位为m; r。。表示套管外壁半径，单位为m。
[0051] 在一个实施例中，可以采用以下公式计算油套环空中的空气与套管之间的热阻 R4：
[0052]
(5)
[0053] 其中，h。表示油套环空中空气的自然对流传热系数，单位为W/(m2 · K);hr表示油套 环空中空气的热辐射传热系数，单位为W/(m2 · K) ;rc；1表示套管内壁半径。
[0054] 采用以下公式计算热辐射传热系数hr:
[0055]
[0056]
[0057] IUJ. it 1-t v t-i /
[0058] 其中，δ表示Stefan-Boltzmann(斯特藩-玻尔兹曼）常数，取值为2.189X10- 8W/ (m2 · K) ;Ftci表不油管外壁表面向套管内壁表面福射有效系数;Tt。表不油管外壁温度;Tci表 示套管内壁温度; ε。表示油管外壁黑度;表示套管内壁黑度;rt。表示油管外壁半径；
[0059] 采用以下公式计算自然对流传热系数h。：
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 其中，Gr表示Grashof数(格拉晓夫数）；Pr表示Prandtl数(普朗特数）；Kh a表示油套 环空的空气的导热系数，单位为W/(m · K);g表示重力加速度，单位为m/s2;Tan表示油管外壁 与套管内壁之间的平均温度;p an表示油套环空的空气在平均温度Tan下的密度，单位为kg/ m3;Uan表示油套环空的空气在平均温度Tan下的粘度，单位为mPa · s;Can表示油套环空的空 气在平均温度Tan下的热容，单位为J(m3 · Κ);β表示油套环空中空气的体积热膨胀系数，为 一常数，取值可以为1.78 Χ10_3。
[0065] 在一个实施例中，可以采用以下公式计算油管内外壁之间的热阻R5:
[0066]
(13)
[0067] 其中，Ktub表示油管导热系数，单位为W/(m · K);rt。表示油管外壁半径，单位为m; rtl表示油管内壁半径，单位为m。
[0068] 在一个实施例中，可以采用以下公式计算油管内空气的热对流热阻R6:
[0069]
( ]4)
[0070] 其中，hf表示油管内空气的导热系数系数，取值为0.05W/(m · K);rti表示油管内壁 半径;rt。表示油管外壁半径。
[0071] 在一个实施例中，根据办至办采用以下公式计算所述总热阻R:
[0072] R = Ri+R2+R3+R4+R5+R6 (15)
[0073] 在图1中，将井筒在轴向上分成若干个井筒单元，烟道气的初始温度（即烟道气在 井口的注入温度)是已知的，可以通过测量获取，主要热损失是在径向上的热损失。
[0074] 在一个实施例中，根据地层温度、烟道气的初始温度和所述总热阻，计算所述井筒 在所述当前计算长度下径向上的热损失，包括:根据能量守恒定律，采用以下公式计算热损 失：
[0075] (16)
[0076] 其中，Q表示井筒单元径向热损失，单位为W; Te表示地层温度，单位为°C ; R表示井 筒单元径向总热阻。
[0077] 在一个实施例中，根据所述烟道气的初始温度和所述热损失，可以利用以下公式 计算井筒油管内的烟道气温度：
[0078] 0111^-0/1000 = 01^ s (17)
[0079] 其中，表示油管内烟道气变化后的温度;C表示空气的比热容;m表示空气的质 量流量;Q表示井筒单元径向热损失。
[0080] 在一个实施例中，步骤S4中可以采用以下公式计算地层温度的变化：
[0081] Te = Tins+al (18)
[0082] 其中，Tins表示地表温度，单位为°C ; a表示地温梯度，单位为°C/m; Te表示地层温 度，单位为°〇。
[0083]基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种烟道气驱注气井井筒温度分布的 确定装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，重复之处不再赘述。以下所使用的，术 语"单元"可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳 地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0084] 图3是本发明实施例的烟道气驱注气井井筒温度分布的确定装置的结构框图，如 图3所示，该装置包括:划分单元21、热损失计算单元22、烟道气温度计算单元23和迭代计算 单元24。下面对该结构进行具体说明。
[0085] 划分单元21，用于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1 = 0,k=l，其中，1表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数；
[0086] 热损失计算单元22,用于计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失；
[0087] 烟道气温度计算单元23,用于根据烟道气的初始温度和所述热损失，计算所述井 筒油管内的烟道气温度；
[0088]迭代计算单元24,用于令1 = 1+(11，1^ = 1^+1，根据地层温度的变化，利用热损失计算 单元和烟道气温度计算单元进行迭代计算，直到1多L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的 烟道气温度分布曲线，其中，L表不油管的总长度。
[0089]通过上述装置，综合考虑井身和油管柱结构、井筒径向传热及地层热物理性质等 多种因素沿井深的变化，将井筒分成若干段，求出相应段的物性参数(热阻、传热系数），部 分物性参数是温度的函数，采用迭代法求解，计算得到油管温度分布。该装置能精确计算烟 道气驱工艺情况下，任意流动状况、任意时刻沿注气井井筒的温度分布。同时，根据井筒的 温度分布，能够有效预测到达油层的烟道气温度，以调整注气量及烟道气初始温度，进而保 证烟道气驱工艺的顺利实施。
[0090]在一个实施例中，所述热损失计算单元22包括：
[0091]热阻计算子单元，用于分别计算所述井筒在所述当前计算长度时地层的热阻、水 泥环的热阻、套管内外壁之间的热阻、油套环空中的空气与套管之间的热阻、油管内外壁之 间的热阻以及油管内空气的热对流热阻；
[0092]总热阻计算子单元，用于根据上述计算的热阻获得所述井筒在所述当前计算长度 下径向上的总热阻；
[0093]井筒热损失计算子单元，用于根据地层温度、烟道气的初始温度和所述总热阻，计 算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失。
[0094]在一个实施例中，热阻计算子单元具体用于采用以下公式计算地层的热阻R1:
[0095]
[0096]
[0097] 其中，Ke表不地层导热糸数，早位· 1〇;&1表示地层平均散热系数，单位为 m2/d;t表示油井生产时间;rh表示井筒半径（即注气井中轴线到水泥环外壁的距离），单位为 m〇
[0098] 在一个实施例中，热阻计算子单元具体用于采用以下公式计算水泥环的热阻R2:
[0099]
[0100] 其中，K_表示水泥环导热系数，单位为W/(m · K) ;rh表示井筒半径，单位为m;r。。表 示套管外壁半径，单位为m。
[0101] 在一个实施例中，热阻计算子单元具体用于采用以下公式计算套管内外壁之间的 热阻R3:
[0102]
[0103] ，ivcasni目·系数，单位为W/(m · K) ;rci表不套管内壁半径，单位为m; r。。表示套管外壁半径，单位为m。
[0104]在一个实施例中，热阻计算子单元具体用于采用以下公式计算油套环空中的空气 与套管之间的热阻R4:
[0105]
[0106] 其中，h。表示油套环空中空气的自然对流传热系数，单位为W/(m2 · K);hr表示油套 环空中空气的热辐射传热系数，单位为W/(m2 · K) ;rc；1表示套管内壁半径。
[0107] 采用以下公式计算热辐射传热系数hr:
[0108]
[0109]
[0110]
[0111] 其中，δ表示Stefan-Boltzmann(斯特藩-玻尔兹曼）常数，取值为2.189X10- 8W/ (m2 · K) ;Ftci表不油管外壁表面向套管内壁表面福射有效系数;Tt。表不油管外壁温度;Tci表 示套管内壁温度; ε。表示油管外壁黑度;表示套管内壁黑度;rt。表示油管外壁半径；
[0112] 采用以下公式计算自然对流传热系数h。：
[0116] "" 2
[0113]
[0114]
[0115]
[0117]其中，Gr表示Grashof数(格拉晓夫数）；Pr表示Prandtl数(普朗特数）；Kha表示油套 环空的空气的导热系数，单位为W/(m · K);g表示重力加速度，单位为m/s2;Tan表示油管外壁 与套管内壁之间的平均温度;p an表示油套环空的空气在平均温度Tan下的密度，单位为kg/ m3;Uan表示油套环空的空气在平均温度Tan下的粘度，单位为mPa · s;Can表示油套环空的空 气在平均温度Tan下的热容，单位为J(m3 · Κ);β表示油套环空中空气的体积热膨胀系数，为 一常数，取值可以为1.78 Χ10_3。
[0118] 在一个实施例中，热阻计算子单元具体用于采用以下公式计算油管内外壁之间的 热阻R5:
[0119]
[0120] 其中，Ktub表示油管导热系数，单位为W/(m· K);rt。表示油管外壁半径，单位为m; rtl表示油管内壁半径，单位为m。
[0121] 在一个实施例中，热阻计算子单元具体用于采用以下公式计算油管内空气的热对 流热阻R6:
[0122]
[0123] 其中，hf表示油管内空气的导热系数系数，取值为0.05W/(m · K);rti表示油管内壁 半径;rt。表示油管外壁半径。
[0124] 在一个实施例中，总热阻计算子单元具体用于根据心至办采用以下公式计算井筒 在径向上的总热阻：
[0125] R = R1+R2+R3+R4+R5+R6
[0126] 在图1中，将井筒在轴向上分成若干个井筒单元，烟道气的初始温度（即烟道气在 井口的注入温度)是已知的，可以通过测量获取，主要热损失是在径向上的热损失。
[0127] 在一个实施例中，井筒热损失计算子单元具体用于根据地层温度、烟道气的初始 温度和所述总热阻，计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失，包括:根据能量 守恒定律，采用以下公式计算热损失：
[0128]
[0129] 其中，Q表示井筒单元径向热损失，单位为表示地层温度，单位为°C;R表示井 筒单元径向总热阻。
[0130] 在一个实施例中，烟道气温度计算单元23具体用于根据所述烟道气的初始温度和 所述热损失，利用以下公式计算井筒油管内的烟道气温度：
[0131] 〇?Μ/1000 = Ο?Τ、，
[0132] 其中，T_s表示油管内烟道气变化后的温度;C表示空气的比热容;m表示空气的质 量流量;Q表示井筒单元径向热损失。
[0133] 在一个实施例中，迭代计算单元26具体用于采用以下公式计算地层温度的变化：
[0134] Te = Tins+al
[0135] 其中，Tins表示地表温度，单位为°C ; a表示地温梯度，单位为°C /m; Te表示地层温 度，单位为°C，1为井筒的当前计算长度。
[0136] 当然，上述模块划分只是一种示意划分，本发明并不局限于此。只要能实现本发明 的目的的模块划分，均应属于本发明的保护范围。
[0137] 为了对上述烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方法及装置进行更为清楚的解 释，下面结合具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明 本发明，并不构成对本发明不当的限定。
[0138] (1)将井筒在轴向上分成若干个井筒单元，每个井筒单元长度为dl，从井口开始计 算，令1 = 0，k= 1，烟道气在井口注入，烟道气的初始温度为Ts。
[0139] (2)计算办，1?2，1?3，1?5，1? 6，令1?4 = 0(由于1?4与传热系数有关，传热系数与管的温度有 关，而最初是不知道温度值的，因此，先设置R4值为0)，通过公式（15)计算总热阻R。
[0140] (3)通过公式（16)计算热损失
[0141] (4)计算油管外壁温度Tt〇 = Ts_、ii5+K6; Ay/cu。
[0142] (5)计算套管内壁温度 1^ = 1+(^+^+1?) XQ/dl。
[0143] (6)通过公式(5)~（12)计算R4。
[0144] (7)再次通过公式（15)计算总热阻R。
[0145] (8)再次计算热损夕
[0146] (9)通过公式(17)计算油管烟道气的温度T_s。
[0147] (10)令k = k+l，1 = l+dl，通过公式（18)计算地层温度变化Te = Tins+adl，返回第 (2)步继续迭代计算;若1多L(油管总长度），则迭代结束，得到油管的温度分布曲线。
[0148] 综上所述，本申请实施例针对目前尚未有烟道气驱工艺下井筒温度场确定方法的 问题，提出了一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方法及装置，用于烟道气驱工艺时， 注气井井筒温度分布的计算。综合考虑井身和油管柱结构、井筒径向传热及地层热物理性 质等多种因素沿井深的变化，将井筒分成若干段，求出相应段的物性参数，部分物性参数是 温度的函数，采用迭代法求解，计算得到油管温度分布。根据井筒的温度分布，能够有效预 测到达油层的烟道气温度，以调整注气量及烟道气初始温度，进而保证烟道气驱工艺的顺 利实施。
[0149] 本申请实施例采用传热学方法建立了相应的数学模型，并对该方法进行了计算机 编程。在建立温度分布模型时，假设井筒中的传热为稳态传热，井筒周围地层中的传热为非 稳态传热，计算井筒温度分布时不仅考虑了径向上的热损失，也考虑了烟道气流动沿井深 方向的传热对井筒温度分布的影响，根据油管的管柱结构各段管柱不同进行分段、不同情 况分别进行计算。计算过程简单方便，具有较高的精度，迭代次数低，计算效率高，具有非常 好的稳定性和收敛性，更加适合计算机编程。能精确计算烟道气驱工艺下情况下，任意流动 状况、任意时刻沿注气井井筒的温度分布。
[0150] 在一个或多个示例性的设计中，本申请实施例所描述的上述功能可以在硬件、软 件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的 媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电 脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以 是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但 不限于RAM、ROM、EEPROM、⑶-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任 何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理 器读取形式的程序代码的媒介。
[0151]以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申 请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定方法，其特征在于，包括： 步骤1，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=0，k = 1，其中，1表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数； 步骤2,计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失； 步骤3，根据烟道气的初始温度和所述热损失，计算所述井筒油管内的烟道气温度； 步骤4,令l = l+dl，k=k+l，根据地层温度的变化，重复执行上述步骤2至步骤3,进行迭 代计算，直到1多L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的烟道气温度分布曲线，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，所述计算井筒在所述当前计算长度下径向 上的热损失，包括： 分别计算所述井筒在所述当前计算长度时地层的热阻、水泥环的热阻、套管内外壁之 间的热阻、油套环空中的空气与套管之间的热阻、油管内外壁之间的热阻以及油管内空气 的热对流热阻； 根据上述计算的热阻获得所述井筒在所述当前计算长度下径向上的总热阻； 根据地层温度、烟道气的初始温度和所述总热阻，计算所述井筒在所述当前计算长度 下径向上的热损失。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述地层的热阻： 其中，式中，h表示地层的热阻;表示地层导热系数;ai表示地层平均散热系数;t表示油井 生产时间;rh表示井筒半径。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述水泥环的热阻：式中，R2表示水泥环的热阻;Κ。^表示水泥环导热系数;rh表示井筒半径;r。。表示套管外 壁半径。5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述套管内外壁之间的 热阻：式中，R3表示套管内外壁之间的热阻;Kras表示套管导热系数;rc；1表示套管内壁半径;r。。 表示套管外壁半径。6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述油套环空中的空气 与套管之间的热阻：式中，R4表示油套环空中的空气与套管之间的热阻;h。表示油套环空中空气的自然对流 传热系数;hr表示油套环空中空气的热辐射传热系数;Γη表示套管内壁半径； 采用以下公式计算热辐射传热系数hr:式中，δ表示Stefan-Boltzmann常数;Ftci表示油管外壁表面向套管内壁表面福射有效 系数;Tt。表示油管外壁温度;TC1表示套管内壁温度；ε。表示油管外壁黑度;ecl表示套管内壁 黑度;r t。表示油管外壁半径； 采用以下公式计算自然对流传热系数h。：式中，Gr表示Grashof数;Pr表示Prandtl数;Kha表示油套环空的空气的导热系数;g表示 重力加速度;Tan表示油管外壁与套管内壁之间的平均温度;pan表示油套环空的空气在平均 温度T an下的密度;Uan表示油套环空的空气在平均温度Tan下的粘度;Can表示油套环空的空气 在平均温度T an下的热容;β表示油套环空中空气的体积热膨胀系数。7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述油管内外壁之间的 热阻：式中，R4表示油套环空中的空气与套管之间的热阻;抱表示油管内外壁之间的热阻;Ktub 表示油管导热系数;rt。表示油管外壁半径;rtl表示油管内壁半径。8. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述油管内空气的热对 流热阻：式中，R6表不油管内空气的热对流热阻;hf表不油管内空气的导热系数系数;rti表不油 管内壁半径;rt。表示油管外壁半径。9. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述总热阻： R=R1+R2+R3+R4+R5+R6 式中，R表示总热阻；R:表示地层的热阻；R2表示水泥环的热阻；R3表示套管内外壁之间 的热阻;R4表示油套环空中的空气与套管之间的热阻;抱表示油管内外壁之间的热阻;R6表 示油管内空气的热对流热阻。10. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据地层温度、烟道气的初始温度和所述 总热阻，计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失，包括： 根据能量守恒定律，采用以下公式计算所述热损失：其中，Q表示井筒单元径向热损失;Ts表示烟道气的初始温度;Te表示地层温度;R表示井 筒单元径向总热阻。11. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述井筒油管内的烟 道气温度，包括： CmTs-Q/1000 = 其中，fs表示油管内烟道气温度;Ts表示烟道气的初始温度;C表示空气的比热容;m表 示空气的质量流量;Q表示井筒径向热损失。12. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中采用以下公式计算地层温度 的变化： Te = Tins+al , 其中，Tins表不地表温度;a表不地温梯度;Te表不地层温度。13. -种烟道气驱注气井井筒温度分布的确定装置，其特征在于，包括： 划分单元，用于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1 = 0，k=l，其中，1表示井筒的当前计算长度，k表示迭代次数； 热损失计算单元，用于计算所述井筒在所述当前计算长度下径向上的热损失； 烟道气温度计算单元，用于根据烟道气的初始温度和所述热损失，计算所述井筒油管 内的烟道气温度； 迭代计算单元，用于令l = l+dl，k = k+l，根据地层温度的变化，利用热损失计算单元和 烟道气温度计算单元进行迭代计算，直到1多L，则迭代结束，得到所述井筒油管内的烟道气 温度分布曲线，其中，L表不油管的总长度。
【文档编号】E21B47/07GK105952443SQ201610375086
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】马振, 孙振宇, 曲绍刚, 王智博, 杨宝春, 张成博, 刘锦, 李君 , 马薇, 贺梦琦, 王昕 , 方梁锋, 刘红芹, 关志忠
【申请人】中国石油天然气股份有限公司