The Heat-flux-solid Coupling Model of Heavy Oil During Steam Flooding

A THM governing equation of temperature field coupled with seepage field, and strain field during thermal recovery process was derived and the solution method was given. Considering the effects exerted by pressure, temperature, and rock frame stress during the derivation, the model is applicable for different types of constraints. The deduced governing equations are applied to analyze examples, and the result is basically the same with that of the numerical simulation, which indicates the heat flow penetrating coupling equation is effective to calculate the temperature field model. Examples show that thermal coupling model can be used to quantitatively analyze the dynamic variation of formation temperature, pore fluid pressure, and rock frame stress data near borehole wall during thermal production in heavy oil reservoir.     

考虑注汽井筒压力变化的热损失计算

在注蒸汽热采过程中,井筒中压力的变化必然导致井筒温度和饱和蒸汽物性参数的变化。文章在考虑注汽井筒中压力变化的基础上,建立了井筒综合传热数学模型,对井筒传热过程进行了计算。计算结果表明,为了提高 蒸汽干度利用率和减小井筒热损失,应提高注汽速率,减小井口蒸汽压力,加大井口蒸汽干度。这一成果对于指导油井现场注蒸汽热采,综合评价系统注汽效率具有一定的指导意义。     

高频电磁加热稠油储层温度分布及其影响因素分析

为了准确分析高频电磁加热过程中影响稠油储层温度分布的因素,以电磁场和传热理论为基础,考虑稠油储层电导率、相对介电常数随频率变化,导热系数、比热容随温度变化的实际情况,建立了描述储层性质动态变化的数学模型,并采用多物理场模拟软件COMSOL求解数学模型,采用对比法分析了不同因素对温度分布的影响规律。计算分析发现:电磁波功率的提高有助于增大储层加热深度;较大的电磁波频率可引起波源附近储层温度升高,但温度随深度增大急剧下降;考虑储层性质动态变化时计算出的温度分布,与假设储层性质恒定时的计算结果存在差异;在一定变化范围内,储层温度值随相对介电常数和电导率增大而增大。研究结果表明,储层性质、电磁波功率和频率对储层的温度分布有明显影响,建立的考虑储层性质动态变化的数学模型为高频电磁加热稠油技术的现场应用提供了理论依据。      

复杂条件下疏松砂岩油藏动态出砂预测研究

静态出砂预测没有考虑地层压力、含水饱和度和地层温度等变化对出砂临界条件的影响,导致开发过程中出砂预测结果与实际偏差较大。为了研究动态因素对出砂条件的影响规律,根据试验结果拟合岩石强度含水饱和度的变化规律,含水饱和度由0.15变为0.50时,储层岩石强度下降幅度可达60%左右;考虑地层压力下降对近井地应力的影响,以及温度变化导致的储层热应力改变,建立了稠油热采储层动态出砂临界条件的预测方法。渤海油田注多元热流体油井数据分析表明,储层出砂临界压差随着地层压力下降和温度升高以类似于指数式规律降低,在早期变化较快,然后下降速度逐步变缓;出砂临界压差随含水饱和度和含水率的升高以接近线性的规律降低。研究表明,注热开采稠油油藏出砂风险最大的时期为注热—焖井—生产的转换阶段,即转生产的初期,此时应逐步缓慢提高产量到正常产量。      

电加热稠油热采井筒温度场数值计算方法

电加热稠油热采井筒温度场是热采作业参数设计的核心依据,基于传热学理论和气液两相流井筒温压场计算方法,考虑温度对稠油热物性影响,建立了连续电加热和电磁短节加热工艺井筒温度场的数值计算方法,并以大港油田X井为例,计算了不同加热功率下连续电加热和电磁短节加热工艺的井筒温度场。计算结果表明:井口温度的模型计算结果与实测值相对误差仅为3.10%,满足工程设计精度要求,也验证了计算方法的有效性和准确性;连续电加热工艺的井筒温度剖面平滑连续,而电磁短节加热工艺的井筒温度剖面呈锯齿形,且温度波动更大;连续电加热工艺的井口温度高于电磁短节加热,而连续电加热工艺的平均温度则低于电磁短节加热工艺。该研究结果可为电加热稠油热采工艺选择、作业参数设计提供指导和借鉴。      

高产井地层特征的热流耦合温度反演新方法

高探1井试油时,井底流体温度随着产量增大而升高,而现有测试资料分析方法无法解释该现象。为此,根据质量和能量守恒方程,考虑高温流体在地层中的渗流规律和在井筒内的流动规律、渗流和流动时的传热,建立了储层和井筒的热流耦合模型,利用该模型分析了温度瞬态数据,反演了高产井地层温度。高探1井的生产压力和温度数据反演结果表明,反演得到的温度曲线与实测温度曲线吻合良好,可以解释井底流体温度随产量升高的现象。研究表明,高产井地层特征温度反演方法能够定量分析地层热力学和渗流参数、确定高产井流体的产出位置,为生产管柱安全评价、现场生产决策、油藏认识和储量计算提供了理论依据。      

高温多元热流体注采中管材腐蚀分析

室内进行了高温多元热流体注采中管材遭受腐蚀破坏的模拟腐蚀评价,采用灰关联分析方法对腐蚀数据进行了分析。结果表明,含水率和CO2分压对油管钢腐蚀有显著影响,流速、温度和O2分压有较显著影响。针对腐蚀特点,主要考虑选用耐冲刷作用的高温CO2腐蚀缓蚀剂,以降低注热油管的腐蚀。     

高压异常压力敏感性油藏IPR曲线计算方法研究

该文根据高压异常压力敏感弹性油藏的渗流特点和油井的流入动态规律,结合其与常规油藏的差异,对影响该类油藏油井流入动态的主要因素进行了分析研究,研究了油藏压力、井底流压的变化对油藏渗透率的影响规律,以及含水率、油藏压力的变化对采液指数的影响规律。推导并建立了一套高压异常压力敏感弹性油藏ＩＰＲ曲线计算模型,最后应用该模型对新疆石西油田石炭系油藏油井产能进行了预测,做出了不同油藏压力、采液指数、含水率下的综合ＩＰＲ曲线,并同现场实测数据进行了比较验证。结果表明本模型准确性较高,可用来预测高压异常压力敏感性油藏不同开发阶段油井的产能,对于更好地完成该类油藏油井动态分析以及举升工艺设计具有重要意义。     

Coupled thermo-hydro analysis of steam flow in a horizontal wellbore in a heavy oil reservoir

A novel model for dynamic temperature distribution in heavy oil reservoirs is derived from the principle of energy conservation.A difference equation of the model is firstly separated into radial and axial difference equations and then integrated.Taking into account the coupling of temperature and pressure in the reservoir and wellbore,models for calculating distributions of the reservoir temperature,reservoir pressure,and water saturation are also developed.The steam injected into the wellbore has a more significant effect on reservoir pressure than on reservoir temperature.Calculation results indicate that the reservoir temperature and pressure decrease exponentially with increasing distance from the horizontal wellbore.The radial variation range of the pressure field induced by steam is twice as wide as that of the temperature field,and both variation ranges decrease from the wellbore heel to the toe.Variation of water saturation induced by steam is similar to the temperature and pressure fields.The radial variation ranges of the reservoir temperature and pressure increase with steam injection time,but rate of increase diminishes gradually.     

重复压裂总应力场计算模型

定量描述垂直裂缝井重复压裂前各种因素产生的诱导应力场分布状况计算模型的研究还不完整,为此系统地研究了引起垂直裂缝井重复压裂前?地应力场变化的主要因素,建立了重复压裂时的总应力场计算模型;综合应用渗流力学、岩石力学和热力学理论,建立了热—流—固三场耦合应力场计算模型。该模型对耦合渗流方程、耦合温度场方程采用有限差分法求解,对岩土变形方程则采用有限元法求解,并采用显示交替求解方式将其结合起来整体求解,可以得到热流固三场耦合作用下油/水井生产/注入引起的应力场变化,实现了对垂直裂缝井重复压裂前由于长期生产/注入活动产生的诱导应力场的定量分析和模拟,为现场实施压裂改造提供了指导。     

水平井蒸汽吞吐三维静态温度分布计算模型

三维静态温度分布的计算是依据稠油油藏导热特性,结合井温测井资料及水平井筒微元导热机理分析,并合理假设油藏条件,建立油层三维导热柱状温度分布模型,采用差分方程径向与轴向先分离再结合的方法进行整合,再使用不完全LU分解和ORTHOMIN加速方法对数学模型进行求解。利用该模型分析稠油热采水平井三维导热机理,计算热采水平井焖井地层网格的温度分布差异,计算水平井蒸汽吞吐静态三维温度场,为最终优选注采参数及提高最终采收率提供依据。     

热采筛管防砂模拟实验装置的研制与应用

为了解决稠油热采井在开采过程中容易出砂、防砂难度大等问题,在综合考虑油田储层砂粒度特性、流体黏度特性及现场油井生产压力和温度等因素的基础上,研制了一套热采筛管防砂模拟实验装置。该装置可针对机械防砂方式的技术特点,进行全尺寸室内模拟实验,通过测试分析防砂筛管性能优缺点,为防砂方式优选及防砂参数优化设计提供依据。根据稠油油田的实际特点,进行了针对性的室内模拟实验,实验结果为稠油热采井提供了合理的完井方式及防砂参数,现场应用也取得了良好的效果。     

油藏三维地应力场数学模型的建立

本文建立了油藏三维地应力场的数学模型。在此模型中，岩石为弹塑性介质，模型考虑了油藏开发过程中温度变化和油，气，水三相流体压力的变化以及岩石的自重对应力的影响。计算温度时考虑了热传导以及流体在多孔介质中的对流换热，在计算流体压力时，考虑了油，气，水三相压力。     

裸露输油管道保温层对停输温降的影响

热油管道在运输过程中不能避免停输,由于没有土壤保温,其保温层对停输至关重要。根据东北地区裸露输油管道实际运行情况,建立了输油管道停输温度场的物理模型,利用CFD软件分别对保温层失效前后的温度场进行了停输模拟,得到稳态和非稳态下温度场分布规律。模拟结果表明:保温层失效后温度变化率远大于失效前的温度变化率,失效后管道中心与管壁附近油流温差较大,安全停输时间由失效前的9 d降低到失效后的7 h。     

高温油气引发套管附加载荷预防模型

在高温油气井生产过程中，由高温引起的套管附加载荷对套管的安全系数要求较高，其中套管密闭环空中流体受热膨胀，对套管环空两侧表面会施加一个热膨胀压力。这种由于井筒周围温度升高而产生的热膨胀应力可达到套管的抗内压或抗外挤强度极限。因此，在高温油气井中必须采取有效的措施来预防这种附加载荷，而这方面研究在国内还比较少。为此，采用向套管环空中注入可压缩流体来降低环空压力，根据体积相容性原理，建立套管密闭环空热膨胀预防模型，并依据所建模型分析给定工况下热膨胀应力变化。研究结果表明：在密闭套管环空中注入一定量的可压缩液体，可有效地预防热膨胀应力。据此可提前采取措施来预防环空流体热膨胀所引起的套管损坏，从而保障高温油气井中的套管安全。     

垂直管中多相流动的统计研究

对非溶解气驱油田提出了一个计算自喷井井底流动压力的统计数学模型。该模型算法简便,只需要井口数据,因此特别适用于缺乏流体高压物性分析资料的油田使用。利用胜坨油田403个资料点计算的全部误差均在4%以下。根据六组文献数据计算对比表明,该模型有较广泛的适应性。分析了井口参数变化对井底流动压力的影响,确定了并口参数之间的统计关系;并由此导出了在一定工作制度下计算油井停喷压力的公式,对55个井口压力低于10大气压的资料点计算表明,这个公式精度更高。     

特、超稠油井井筒蒸汽参数计算

在分析国内外特、超稠油井注蒸汽过程中温度场计算方法的基础上,利用井筒多相垂直管流理论和能量守恒原理,建立了特、超稠油注蒸汽时井筒中蒸汽的温度、压力和干度分布的计算模型。采用经典的Orkiszewski方法对模型进行了求解,计算了汽液两相垂直管流的压力降;温度场计算假设油管中心到水泥环外缘是一维稳态传热,水泥环外缘到地层之间是二维非稳态导热;蒸汽干度计算中考虑了蒸汽热焓的变化。采用四阶龙格库塔方法编制程序耦合计算了蒸汽的参数。通过实测的蒸汽参数对比,所建模型的计算结果与现场实测结果吻合较好。     

Prediction of Pressure,Temperature, and Velocity Distribution of Two-Phase Flow in Oil Wells

In this work, a one-dimensional, time-dependent homogeneous mathematical model is presented, which can be used for determining the pressure, temperature, and velocity distributions of two-phase flow with three components (water–oil and gas) in oil wells. The numerical solution of the mathematical model, which consists of mass, momentum, and energy conservation equations, is based on the finite difference technique in the implicit scheme. The thermodynamic and transport properties of the fluids are estimated by black oil PVT correlations. The contribution of the terms of the conservation equations to the prediction of field data is studied. As a result, it was observed that the convective terms do not affect significantly the results of the present model. However, the terms in the energy equation containing the Joule–Thomson coefficient affect sensitively the prediction of temperature, but not the prediction of pressure. Numerical results are in agreement with field data and theoretical results reported in the literature.     

交联聚合物封堵平面非均质油藏物理模拟

利用平面非均质填砂模型进行了有机交联聚合物封堵的油藏物理模拟实验,对比研究了水驱、聚合物驱和交联聚合物封堵对开采效果的影响.通过布置49个高精度的压差传感器测量交联聚合物封堵过程中油藏压力场的动态变化,用数码相机照相定性地观察了油藏流体变化情况.实验中发现,交联聚合物封堵最终采收率比水驱提高33%,比聚合物驱提高14%.交联聚合物能有效地封堵高渗条区,形成"段塞",改变了油藏内流体流动方向,扩大了波及范围,驱替出低渗区的油,提高了采收率.     

东濮凹陷油气资源评价问题探讨

东濮凹陷是一个典型的盐湖沉积盆地,特殊的沉积特征决定了其油气资源评价方法的特殊性.根据东濮凹陷生油岩的高温、高压模拟试验资料,在一定的温压条件下,生油岩的液态窗可能会延长,使深部地层的油气资源,尤其是液态石油的资源供给量增加.模拟试验资料还表明,在高温、高压条件下,生油岩的总生烃量会增加,其有机碳的转化率最高可达41%.因此,用常规方法计算的资源量偏低,应重新测试在高温、高压条件下生油岩的产烃资源,准确计算东濮凹陷的资源量,为深层油气勘探明确目标.