注蒸汽井井筒热传递的定量计算

流体在井筒中流动时，由于流体与地层存在温差，就有热量的传递。注蒸汽热采工艺中蒸汽温度高，井筒热传递的定量计算显得特别重要。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。本文阐述了每一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好关系式。     

氮气辅助注蒸汽热采井筒中的流动与换热规律

为分析注汽井油套环空充氮气和伴注氮气的隔热效果对注蒸汽的影响,根据热量传递原理和流体流动理论,建立了井筒中伴注氮气辅助注蒸汽热采工艺中蒸汽、氮气沿井筒流动与传热的数学模型,计算了蒸汽、氮气沿井筒的温度分布和压力分布,对比了环空充氮气和空气、充氮气和伴注氮气的隔热效果.结果表明:充氮气和充空气隔热方式对隔热效果的影响不大;充低压隔热气体可获得较好的隔热效果;伴注氮气比充氮气隔热效果好,且随着环空伴注氮气流量的增大,油管内蒸汽压力升高,蒸汽的热损失增大,大部分热量被氮气吸收后带入地层,而实际散失到地层的热损失逐渐减小.     

稠油热采垂直井筒热量损失计算模型与应用

在稠油热采井注蒸汽阶段蒸汽干度和注蒸汽速度是影响其成功与否的主要因素,准确计算沿井筒的热量损失是评价注蒸汽效果的关键.从干度的定义出发结合两相垂直漂移流动模型,按井筒深度和注蒸汽时间分段,建立了稠油热采井垂直井筒热物性参数和热量损失速率模型.模型计算得出的热物性参数对比现场实测数据误差在5％以内;在同一井深注蒸汽时间的增加会导致热量损失速率降低,但对沿程热物性参数影响较小.     

注CO_2井井筒温度压力分布主控因素分析

通过对低温CO2与井筒、地层传热机理的研究,建立了注气开发中综合考虑井筒沿程流体相态以及热物理性质变化的井筒温度、压力场数学模型,利用四阶龙格库塔法求解,并开发了"注CO2井井筒温度、压力场数值模拟"软件,研究注气过程中井筒温度、压力受不同因素影响的变化规律.结果表明,注入速度、累注量、套管直径对井底温度影响较大,注入温度对井底压力影响较大.     

利用微差井温测试资料确定原始油藏导热系数

完善了由微差井温测试资料确定原始油藏导热系数的理论，分析了钻井、完井或洗井造成井筒及近井带地层冷却对后期温度恢复过程的影响，提出了由井筒内流体介质温度测试资料反推对应地层温度曲线的方法．分析了热平衡状态下井筒本身的存在造成井筒内测试温度与实际地温的偏差及对地层导热系数计算结果的影响．     

利用微差井温测试资料确定原始油藏导热系数

完善了由微差井温测试资料确定原始油藏导热系数的理论，分析了钻井、完井或洗井造成井筒及近井带地层冷却对后期温度恢复过程的影响，提出了由井筒内流体介质温度测试资料反推对应地层温度曲线的方法。分析了热平衡状态下井筒本身的存在造成井筒内测试温度与实际地温的偏差及对地层导热系数计算结果的影响。     

注蒸汽井井筒热传递的定量计算

流体在井筒中流动时，由于流体与地层存在温差，就有热量的传递，注蒸汽热采工艺中蒸温度高，井筒热传递的定量计算显得特别重要，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，本文阐述了每一部分的数学模型及其解法，重点剖析了处理非稳态的各种吉析方法，并根据现场实际条件，对上棕方法进行了计算比较，推荐用于计算注蒸汽井井筒损失的较好关系式。     

垂直井筒两相流温度场的模拟计算

井筒多相流体的物性参数和流变特性参数等均是温度的敏感函数,因此.精确计算井筒多相流体的温度分布是准确预测其压力分布、进行油井生产参数优化设计和工况分析等的重要基础.文中基于两相流动力学和传热学理论,建立了垂直井简及其周围地层温度场的数学模型.依据建立的模型,编制了不同开采工艺下的井筒温度场计算程序.并对单相和两相流体流动下的井筒温度场进行了计算与对比分析.     

气田高压注水过程中井身应力分布特征的流-固耦合分析

套管对于维持井壁稳定有十分重要的作用。但是在高压注水井中,日益严重的油田套管损坏现象使得套管损坏机理研究已经成为当前油气田注水急需解决的问题。以四川盆地中部气田水回注井的井筒为分析对象,建立了考虑注水压力、岩石孔隙压力及三维地应力的仿真模型,将井筒分解为由地层、水泥环、套管和射孔段组成的整体系统,在不同注水压力条件下,分别对套管、水泥环、地层岩石的应力场分布进行了流-固耦合体的有限元模拟计算。根据计算结果,可分析各组成部份的应力变化特征,从而得出注水井的安全注入压力,对于防止套损及水泥环、地层破裂现象具有重要指导意义。     

高压气井修井挤压井井筒流动模型

塔里木油田克深气田超深、高温、高压,部分气井在生产过程中环空异常带压,若长期监控生产,井控风险大,需要进行压井以便开展修井作业。高压气井修井挤压井作业过程井筒流动规律复杂,压井风险高。考虑压井过程井筒-地层复杂耦合流动,建立了高压气井挤压井数学模型,模型预测结果与实测数据吻合较好,能够满足高压气井挤压井施工设计的需要。通过数值计算,分析了高压气井挤压井作业井筒流动规律及影响因素。研究表明,挤压井过程中井底压力和油压对地层渗透率、储层厚度、地层压力、压井液排量等参数较为敏感,储层渗透率和厚度越低,地层压力越高,压井井底压力和油压越高。压井液排量越大,压井持续时间越短,产生的井底压力越高。挤压井作业需根据储层渗透率、厚度及地层压力等参数,确定合理的压力液排量等施工参数,在保证压井成功高效的前提下,避免压漏地层。     

井筒内超临界多元热流体注入过程的数值模拟

在稠油热采过程中,提高注入工质的流动参数可显著增加采收率。为评价超临界多元热流体注入井筒后的流动传热特性,建立了相应的计算模型,得到了井底温度、压力与沿程热损失随注入流量、井口温度及井口压力的变化规律,并与注入超临界蒸汽情况下的流动传热规律进行了比较。结果表明,井底参数与注入流量呈单调关系;井底压力与井口温度、压力亦呈单调关系;而其他井口、井底参数的组合呈现出复杂关系。相同井口压力条件下,为使井底参数达到超临界状态,超临界多元热流体的井口温度和注入量高于注入超临界蒸汽的情况。适当选取较低的井口压力,可以减少热损失,提高经济性。所得结果可为注入工质参数的选取提供参考,进而为海洋稠油开发中的能源与动力保障的研究及设计明确需求。     

注汽井氮气隔热效果数学物理模拟研究

为评价注汽井油套环空充填氮气的隔热效果和确定环空注氮气隔热工艺的技术条件,建立了隔热油管、油套环空充氮气隔热井筒传热物理模型和数学模型,通过物理模拟现场不同注汽参数,监测井筒模型不同半径处径向温度场分布,结合井筒传热数值模拟计算,从不同侧面评价现场注蒸汽井油套环空充氮气的隔热效果、影响因素和适用范围。研究结果表明,在油套环空不发生窜流的前提下,环空注氮气会导致井筒径向总传热系数增加,不利于井筒隔热。当油套环空发生窜流时,只要保证注氮气压力不低于注汽压力,注汽井油套环空注氮气隔热技术就是有效和值得推广的。     

注汽井氮气隔热效果数学物理模拟研究

为评价注汽井油套环空充填氮气的隔热效果和确定环空注氮气隔热工艺的技术条件，建立了隔热油管、油套环空充氮气隔热井筒传热物理模型和数学模型，通过物理模拟现场不同注汽参数，监测井筒模型不同半径处径向温度场分布，结合井筒传热数值模拟计算，从不同侧面评价现场注蒸汽井油套环空充氮气的隔热效果、影响因素和适用范围。研究结果表明，在油套环空不发生窜流的前提下，环空注氮气会导致井筒径向总传热系数增加，不利于井筒隔热。当油套环空发生窜流时，只要保证注氮气压力不低于注汽压力，注汽井油套环空注氮气隔热技术就是有效和值得推广的。     

二氧化碳连续管井筒流动传热规律研究

基于二氧化碳在井筒内流动时的传热过程,考察二氧化碳在井筒内的热量和压力传递方式及其对相态和物性变化的影响规律。建立二氧化碳井筒内热传递模型,采用交替方向推进法进行求解,分析二氧化碳在井筒内流动过程中温度、压力和相态的变化规律。结果表明:二氧化碳在连续管内热交换效率较高,温度上升幅度随着井深的增大逐渐减小;二氧化碳沿环空上返过程中,温度逐渐降低,在靠近井口处温度显著下降;随着井深的增大,连续管内的液态二氧化碳逐渐转变为超临界态,在沿环空上返的过程中再次转变为液态,继而变为气液两相至出口。     

注液态CO_2采油井筒热力分析

目前CO2已经被用作有效的驱油剂,CO2到达井底时的热力状态对驱油效果有较大影响.针对影响井底CO2压力和温度的因素,根据液态CO2在竖直井筒中的热量传递原理和流体流动理论,在Ramey建立的物理模型基础上,建立了液态CO2井筒流动与传热数学模型,通过求解实例,得到井筒内液态CO2温度和压力的分布规律以及各因素对井底CO2参数的影响.结果表明:井筒内CO2的温度和压力随井深的增加而近似成线性增加;当注入速率增大时,气液分界面加深;井底温度随入口流量的增加而降低,而受入口温度的影响较小;井底压力随井口注入压力的增加而成比例增加,随着流量的增加呈先增后减的趋势;环空介质采用清水比空气的导热效果好.     

煤层气化上覆岩层温度场分布规律研究

由于温度对岩石的影响作用,高温下岩体的物理力学性能及破坏规律与常温下岩体的大不相同;通过对气化炉上覆岩层岩石导热系数试验,取得了不同温度下岩石的导热系数及规律方程,采用comsol多物理场耦合软件进行传热数值计算。研究表明:岩石的导热系数随温度增加呈下降趋势,随岩性不同下降的速度基本相同;在不同的温度下,各岩性的导热系数有一定的差异。通过模拟软件的分析得到了煤层气化上覆岩层温度分布随高度方向变化的规律,温度下降梯度随岩性不同而不同。这一结果为进一步研究煤炭地下气化上覆岩层强度变化及破坏规律提供了理论指导。     

秸秆纤维复合墙体的湿热耦合特性及热爆机理

通过非稳态热流法和PCK实验装置测定秸秆纤维复合墙体的基本热物理量,研究了温度对秸秆纤维复合墙体的热传导和湿迁移特性的影响,并得到了导热系数、湿迁移系数与温度的简化关系式.考虑秸秆纤维增强水泥非均匀的材料特性,建立了秸秆纤维复合墙体在火灾条件下的一维湿热耦合数值分析模型,实现了材料试件由裂纹萌生、扩展到贯通的全过程数值模拟.对比不同时刻材料试件的温度分布、压力分布和裂纹深度,研究了各试件的峰值强度、裂纹深度和爆裂特性.对不同含水率的秸秆纤维复合墙体进行受热后的现场测试,验证材料的热爆性能及数值分析结果,结果表明:两者基本一致,且湿迁移系数越大,压力峰值越大,材料越不易爆裂.     

考虑井筒热效应的气体井底压力计算

将井筒热效应考虑成一维热对流,将地层简化成热传导,使用Ramey定义的综合换热系数将井筒温度与地层温度联系起来,从而建立温度方程,通过解析求解得到温度变化函数.由气体状态方程将温度与压力联系起来,得到由于温度变化而产生的附加压力,将这一附加压力通过内边界条件加入到气体渗流方程中,最终得到考虑井筒热效应的井底压力表达式.比较了考虑热效应与不考虑热效应井底压力的不同,并使用某油田一个实例验证了考虑热效应时井底压力表达式的正确性.