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。     

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.     

SAGD循环预热注汽参数影响规律数值模拟

为研究不同注汽参数条件下井筒沿程关键参数分布规律,提高蒸汽辅助重力驱油(SAGD)循环预热效果,考虑割缝筛管完井管柱结构特点,建立SAGD循环预热阶段流体在井筒和地层内的流动与传热模型,并通过全隐式离散耦合方法对模型求解。以蒸汽返回水平段跟端干度大于0为目标,分析不同注汽压力、蒸汽干度和注汽速度对井筒内蒸汽参数分布以及地层预热效果的影响,进而优化注汽参数并对预热效果进行评价。研究结果表明:长油管内蒸汽压力和温度降幅比环空内的显著,环空内蒸汽干度降幅比长油管的明显;随着注汽压力增加,井筒压力降幅减小,环空内蒸汽干度降幅增大,水平段均匀预热效果减弱;随着蒸汽干度和注汽速度增加,井筒压力降幅增大,环空内蒸汽干度降幅减弱,水平段均匀预热效果增强;减小注汽压力、增大蒸汽干度和注汽速度有利于水平段地层均匀预热。     

深层特稠油蒸汽驱影响因素及对策研究

该文以辽河小洼油田洼38块东三段深层状特稠油蒸汽驱试验为例,从油藏地质条件、油藏工程参数设计、注采工艺技术等方面系统分析了影响深层特稠油蒸汽驱开发效果的主要因素.提出了回字型注采井网设计,注汽干度、注汽速度等注入参数优化设计,地面管网保温、分层注汽、泡沫调剖等注入方式优化设计,井筒隔热、井筒环空排干、井筒环空注氮气等控制系统热损失设计,高温泵、无接箍泵等适合蒸汽驱举升工艺设计,形成了改善蒸汽驱开发效果的系列技术对策.     

充氮气钻井井筒气液两相流流量设计图版与应用实例

充气钻井是发现和保护致密油气藏、防止裂缝性储层漏失、提高机械钻速的重要技术手段。通过实验资料和计算论证,阐述了充氮气钻井井筒环空与钻柱内两相流体呈现出的多种流型特征;并建立了充氮气钻井井筒气液两相流稳态流动的数学模型。通过数值解法的计算,绘制出常用井身结构中φ216 mm井眼实施充氮气钻井时井筒气液流体注入流量的设计图版,可供钻井施工和工程设计。对于准噶尔盆地百泉1井裂缝性致密储层的充氮气钻井现场试验,充分证实新建的钻井气液两相流参数设计图版完全满足充氮气钻井设计和施工要求;且充氮气钻井具有地层适应性强、压力控制范围大、专用设备需求量小、钻井流程简单的特点。     

基于Waha双流体模型修正的UGS环空带压异常物理特征

为探究储气库(UGS)环空带压异常物理特征,考虑UGS井筒结构和传热特点,建立基于Waha双流体模型修正的UGS力学分析方法。通过有限元软件模拟研究管柱泄漏后A-环空内气液两相流动特性。采用过冷减压试验和数值计算对UGS力学分析方法进行对比研究,并分析储库产量、径向面积和气液比等因素对环空带压的影响。以UGS-Q5井带压异常数据为例,通过相对误差分析验证方法的可行性。结果表明:泄漏气在A-环空内发生环状流动,井筒垂直结构有利于气体流动;在持续注入过程中,井筒泄漏导致油套环空带压增长趋势明显,并随着储库产量、径向面积和气液比增加而不断增加;建立的UGS环空带压异常物理特征分析模型具有较好的计算精度和工程实用性,能满足实际工程的计算需求。     

氮气泡沫调剖技术现场应用

目前稠油热采老区已经进入中高周期开发,蒸汽吞吐油藏类型增多,采出程度高、汽窜问题日益复杂,且随着机械防砂汽窜井的增多,汽窜井治理类型增多。热采区块汽窜治理形成系列配套技术,可满足不同油藏、不同汽窜类型油井汽窜治理技术要求。针对发生汽窜的机械防砂井无法实施堵调措施这一现状进行攻关,试验应用了氮气泡沫调剖技术,本文主要对氮气泡沫调剖技术的现场应用情况进行了分析、总结,提出了下步攻关方向。     

氮气泡沫调剖技术现场应用

目前稠油热采老区已经进入中高周期开发,蒸汽吞吐油藏类型增多,采出程度高、汽窜问题日益复杂,且随着机械防砂汽窜井的增多,汽窜井治理类型增多。热采区块汽窜治理形成系列配套技术,可满足不同油藏、不同汽窜类型油井汽窜治理技术要求。针对发生汽窜的机械防砂井无法实施堵调措施这一现状进行攻关,试验应用了氮气泡沫调剖技术,本文主要对氮气泡沫调剖技术的现场应用情况进行了分析、总结,提出了下步攻关方向。     

注汽井井筒温度分布的模拟计算

现场使用的注汽井井筒模拟软件存在的主要问题是对隔热井筒的节点划分过粗 ,未考虑隔热油管接箍和伸缩管等对井筒温度分布的影响 ,其计算结果误差较大。针对这一问题建立了井筒温度分布精细描述数学模型 ,编制了新的计算软件 ,此软件考虑了接箍处轴向导热的影响 ,改进了地层热阻的计算方法 ,并采用新方法计算环空隔热介质的导热系数。对隔热油管外管壁温度分布进行的局部加密处理后的计算结果更能接近实际热损失情况。分别用数值解法和解析法求解了隔热管外管壁的温度分布。与现场测试数据的对比说明 ,精细模型计算的结果准确度高 ,能满足工程精度的要求 ,对地层热阻、环空隔热介质等的分析计算比较可靠。     

注汽井井筒温度分布的模拟计算

现场使用的注汽井井筒模拟软件存在的主要问题是对隔热井筒的节点划分过粗，未考虑隔热油管接箍和伸缩管等对井筒温度分布的影响，其计算结果误差较大。针对这一问题建立了井筒温度分布精细描述数学模型，编制了新的计算软件，此软件考虑了接箍处轴向导热的影响，改进了地热阻的计算方法，并采用新方法计算环空隔热介质的导热系数。对隔热油管外管壁温度分布进行的局部加密处理后的计算结果更能接近实际热损失情况。分别用数值解法和解析法求解了隔热管外管壁的温度分布。与现场测试数据的对比说明，精细模型计算的结果准确度高，能满足工程精度的要求，对地层热阻、环空隔热介质等的分析计算比较可靠。     

水平井注蒸汽非稳态传热与流动分析

水平井注汽采油在稠油开采过程中得到广泛的应用,建立热采注汽过程中水平井井筒-储层耦合的非稳态传热与渗流模型,利用数值方法研究注蒸汽阶段的油、水、汽在井筒和油藏中三相非稳态流动与传热规律,分析井筒内积存原油对蒸汽推进的影响;同时计算分析湿蒸汽参数沿水平井段变化特点。研究结果表明:新建模型揭示了井筒内蒸汽前沿推进机制;在注汽速度8 t/h、注汽干度0.7时,注汽5 d后井筒内积存原油被驱替;受井筒内蒸汽流量变化和井筒与油藏热交换影响,湿蒸汽比焓(或干度)从水平井跟端到趾端下降较快;随着注汽速度和注汽干度的增大水平井吸汽段长度增加。     

常规套管井筒隔热技术研究

目前各国稠油主要采用注蒸汽的热采方式,即向地下油层内注入高温高压蒸汽。注汽过程中的能量损失,特别是井筒中的能量损失,直接影响热采效果。采用一定技术手段保证井筒隔热效果,对保持稠油热采效率起重要作用。提出了注汽施工中存在的一些问题。为了解决这些问题,提出油管接箍隔热扶正技术、井下热胀补偿器隔热保护技术、长效汽驱用热采封隔技术和二次封固技术相结合的改进技术,以提高隔热油管井筒隔热性能和使用寿命,保证稠油热采效果。并通过试验验证了该方法的可行性。     

海上稠油热化学驱三维物理模拟

依据渤海某稠油油藏的地质特征自主研发设计大型三维物模设备,研究在蒸汽驱过程中伴注化学剂和烟道气等增产措施对稠油热采的强化作用,分析模型温度场和剩余油饱和度场的分布特征,根据三维物模实验条件建立数值模型,验证三维物模实验结果的精确性。结果表明:相比于普通蒸汽驱,热化学驱的单井采收率可提高5.89%,加入烟道气进行强化热化学驱后,气体的隔热增能作用和泡沫的调堵驱油作用可以大幅度扩大油层的热波及面积,提高原油采收率,模型的单井含水率下降了28.17%,采收率提高了37.19%;数值模拟结果与物模实验结果具有良好的拟合程度。     

注氮气改善稠油蒸汽吞吐后期开采效果

蒸汽吞吐后期随着地层能量枯竭和井筒周围含油饱和度减少,周期含水升高,油气比下降,开采效益变差。注氮气是改善稠油蒸汽吞吐后期开采效果的有效途径,其主要增产机理是增加蒸汽波及体积,补充驱动能量,进一步降低残余油饱和度和提高回采水率。模拟研究表明,在吞吐后期宜采取先注氮气、后注蒸汽的注入方式,并且存在一个优化的周期注氮量。     

低渗浅薄层稠油油藏水平井注氮技术研究

为了研究低渗浅薄层稠油油藏水平井注氮技术,以某区块为例,探讨了氮气辅助蒸汽吞吐的机理,并利用数值模拟方法优化设计了注氮参数。结果表明：氮气辅助蒸汽吞吐的作用机理主要包括隔热作用、增能作用、助排作用和解堵作用;随注氮量的增加,累积产油量逐渐增加,但是相对增油量、相对换油率和折算油汽比逐渐减小,最佳的混注比为60:1左右;太早或太晚注氮效果不佳,宜从第4周期开始每间隔一个周期注氮气;采用大段塞且先注氮气后注蒸汽的注氮方式效果最好。     

多元热流体吞吐水平井热参数和加热半径计算

多元热流体吞吐已成为海上稠油的主要热采方式。为优化注入参数,对水平井井筒沿程热力参数和加热半径进行预测。考虑井筒流动与油层渗流的耦合,建立水平段井筒中多元热流体流动和换热的数学模型。计算多元热流体水平段沿程压力、干度和加热半径分布,分析气体含量、注入速度等因素的影响。结果表明:在注入过程中,水平段沿程压力和蒸汽干度逐渐下降,加热半径呈先下降后上升的"U"型变化;保持其他条件不变,适当降低非凝结气体含量、增大注入流量,有助于扩大加热范围。     

煤层气同心管气举排水工艺参数的确定方法

煤层气井在产气之前需要进行排水降压作业,同心管气举通过在生产油管中加入小油管,可以为气举提供注气通道的同时,又不影响油套环空作为气井的产气通道。结合固相颗粒在垂直气液两相流中的运移模型,给出了同心管气举条件下,不同粒径煤粉颗粒排出井筒所需要的气液流速条件。通过同心管环空气液两相流压力计算,给出了同心管气举阀安装位置的设计方法,并结合煤层气井排采过程中煤层气井的生产动态特征,给出了注气量的确定方法。对同心管气举排水工艺进行了现场试验,分析了试验气井的实际排采曲线,证明同心管气举排水工艺的可行性,以及气举参数设计的合理性。通过计算排采阶段同心管的气举效率,表明该工艺在整个试验阶段可以保持较高的举升效率。根据煤粉排出的临界条件,判断以及预测煤粉在井底沉积的可能性和时间。     

非凝析气与蒸汽混注水平井井筒流动传热特征

为了准确预测非凝析气与蒸汽混注水平井的井筒沿程流动特征,基于热采水平井管柱跟端注汽与趾端注汽模式,充分考虑水平井的孔眼出流、压降损失以及注入流体的热效应和相态特征,建立射孔水平井混注非凝析气(N2、CO2)与蒸汽时的井筒沿程变质量流动半解析模型。采用井筒细分微元与节点分析方法进行求解,对气汽混注下的稠油水平井井筒沿程流动特征进行研究,并探讨各注入参数对于井筒流动特征的影响。结果表明:模型的模拟结果显示仅靠近注汽点位置处的井段加热效果较好,这与矿场实际情况较为吻合;相比传统注蒸汽,气汽混注下的水平井热有效长度更长,加热效果更好;不同注汽模式的水平井具有不同的加热效果,在实际生产过程中,可以轮回改变注入管柱的下入深度,实现不同的加热模式,改善水平段油藏加热效果。     

水平井数值模拟过程中的井筒动态特性分析

为进一步明确水平井数值模拟过程中井筒内因素对生产动态特性的影响 ,利用水平井数学模型和多年来进行数值模拟研究的经验 ,对影响水平井动态特性的井筒模型网格划分、井筒热损失、井筒压降等 3个因素进行了研究。结果表明 ,水平井井筒模型的不同网格划分决定了影响油藏和井筒的压力等参数分布的端部效应 ;井筒内的热损失对水平井井长优选、油井产量等均有影响 ,其中干度的敏感性分析表明 :干度提高 ,产液量和油汽比均有所提高 ,适当提高注汽速度将减少热损失 ;给出了对井筒内造成的压力损失的基本条件 ,可以采取不同井筒半径、射孔方案、完井技术等手段对压力损失进行控制