采用地层热阻新模型进行注汽井井筒热力分析

针对注汽井筒的传热特点,建立了注汽井传热过程中地层热阻的恒壁温计算模型,并与恒热源模型进行了对比,结果表明,前者更能反映注汽过程的散热特性。结合注汽井井筒散热理论模型,计算了蒸汽沿井筒的温度、压力、干度和热损失沿程分布,并进行了参数敏感性分析,与现场测试结果的对比说明,考虑地层热阻的综合传热模型可以较好地对注汽井井筒进行热力分析。     

注蒸汽开发稠油油藏中的井筒热损失分析

注蒸汽开发稠油油藏过程中，为了预测沿井深和随时间变化的蒸汽温度分布、干度分布和蒸汽压力分布、套管和地层温度分布，以及焖井、开井生产过程中温度、压力的变化，首先必须建立注入过程中的井筒-地层温度分布模型。而这一模型建立的基础是井筒热损失的计算分析。文中应用热传递基本理论，通过井筒内能量守恒定理建立起注蒸汽井井筒热损失计算预测模型，重点分析了井筒总传热系数Uto和注汽速度对井筒热损失和井底蒸汽干度的影响，对注蒸汽开发稠油油藏有一定的指导作用。     

稠油井注蒸汽管线及井筒热力计算

利用注蒸汽的方法开采稠油时,为了提高注蒸汽的效益,希望尽量减少注蒸汽管线及井筒中蒸汽的压力降和热损失。因此根据注入蒸汽的流量、压力和干度确定注汽井井底的蒸汽参数,或根据井底油层条件选择合理的注汽参数是一项重要工作。本文根据两相流动和传热的综合模型,考虑了蒸汽在注汽管线和井筒中的流动状态及井筒中的不稳定的传热过程,计算注蒸汽时地面管线及井筒中蒸汽的压力降、干度变化及热量损失,编制了计算程序,并有计算实例分析。计算中还考虑了井底油层静压对注汽压力的约束作用。并可根据油井条件,通过计算,选择合理的注汽参数。     

稠油热采井井筒内蒸汽参数计算

注蒸汽热采是目前开采稠油的主要方法。注汽过程中,蒸汽沿井筒方向的压力、温度、干度以及热损失之间相互影响,通过给出的井筒综合传热数学模型,能够较准确的模拟井筒内蒸汽参数的变化。模型中考虑了蒸汽物性参数随压力和温度的变化,其中,井筒汽液两相垂直管流压力降计算采用经典的Beggs-Brill方法;计算井筒总传热系数时考虑了接箍热损失的影响,并对井筒总传热系数进行了修正。通过油田实例的计算对比,验证了模型的可靠性。     

注蒸汽井温度场分析计算设计原理

利用汽液两相流理论和传热学原理分别建立了基本符合现场实际的注蒸汽井筒(包括井筒外部受热地层)的温度场分布模型及井筒内部的蒸汽流动模型,并将这两种模型藕合在一起编制了相应的温度场分布分析计算软件ISTAP。为了得到精确性较高的注汽过程蒸汽流动参数和温度分布,模型不仅考虑了井下封隔器和填充绝热材料的隔热管的使用及影响,还采用了更为合理的井底传热边界条件,并在瞬态地层温度场的分析中使用了边界适应性较好、计算精度较高的步进积分有限单元法。不仅给出了编程的计算原理及计算流程,还提出了一些有助于提高井筒温度场计算精度     

蒸汽沿井筒注入过程压降及热损模拟计算

稠油开采注汽过程中,蒸汽沿井筒流动,其传热包括了导热、对流及辐射三种形式。本文运用传热学、热力学及流体力学等理论,对井筒传热过程进行了分析,在此基础上建立了井筒传热综合分析模型,确定了求解方法,并利用编制的软件,进行了实际模拟计算。     

海上非凝结气与过热蒸汽混注井筒传热特征研究

为了优化海上稠油油藏"非凝结气与过热蒸汽"（简称为"混合汽/气"）混注过程中的注汽参数,根据质量、能量和动量守恒方程,建立了井筒内非等温流动数学模型,结合海水中传热模型、地层内瞬态导热模型,建立了完整的海上稠油油藏注混合汽/气井筒传热模型,利用有限差分法和迭代法计算得到井筒内的压力和温度分布。研究结果表明:海水流动能明显增加井筒热损失,降低混合汽/气的温度;随着非凝结气含量增加,混合汽/气的温度和过热度均下降;随着注汽压力增加,过热度不断下降。海上稠油油藏注混合汽/气井筒传热模型为优选注汽参数和分析海水对井筒热损失的影响提供了理论依据。      

基于R-K-S方程的同心双管注多元热流体传热特征研究

为了解同心双管注多元热流体的传热特征,获得最优的井底蒸汽参数,基于实际气体R-K-S状态方程和质量、能量与动量守恒方程,结合经典地层内瞬态传热模型,建立了同心双管注多元热流体井筒传热数学模型。在验证模型的基础上,分析了井筒内混合汽/气典型传热特征,近井口处无接箍油管和内油管环空之间的温差较小,会导致流体热物性参数剧烈变化,但温度梯度快速趋于一致。应用该模型对非凝结气含量和注汽温度进行了优化计算,结果表明,非凝结气含量增大,井底过热度减小;随着无接箍油管注汽温度升高,井底过热度增加。研究结果表明,注汽参数对井筒内热参数分布有明显影响,现场作业时要根据井眼实际情况优选注汽参数。      

蒸汽注入过程中节点分析方法研究

蒸汽注入过程中,注汽沿线中的热损失和压降的大小与油藏注入能力之间存在着协调关系。本文建立起从地面管线、井筒到地层一体化的注入参数节点分析模型(NODE)。在考虑两相流特征和热传导的综合模型的基础上,结合地层注入能力自动完成注入参数节点分析过程。将计算结果与SPE文献提供的油田测试数据对比,吻合较好,验证了该模型的有效性。     

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。     

热采过程中井眼热应力定量评价方法

应用连续介质力学理论，建立了与蒸汽注入过程相关的热-流-变形耦合问题的基本数学模型；应用全隐式顺序有限元数值解方法，对该数学模型进行了求解，获得了井眼热应力与超孔隙地层压力的部分数值结果。结果表明，在300℃注入蒸汽温度情况下，由温度变化引起的井眼区域超孔隙压力可以达到15MPa的水平。由于低渗透页岩地层流体高温膨胀导致的超孔隙压力，有可能产生有效拉张应力，严重时会导致地层破裂。     

提高热采注汽系统热效率的研究

为了降低热采成本和提高经济效益 ,建立了热采注汽系统热效率的数学模型。根据实测数据计算了 9个注汽系统的热效率。提出了改进注汽系统热效率的行之有效的措施。根据排烟的氧含量的大小 ,可以确定注汽锅炉热效率改进程度 ;按管线允许热损失量和保温材料种类 ,设计保温层厚度 ,可大大提高输汽管线热效率。仅此两项 ,即可使大部分注汽系统热效率提高 7%以上 ,井底蒸汽干度提高 10 %以上。     

四川盆地热演化异常成因及热场演化特征分析

为探讨四川盆地热演化异常成因,分析不同地史时期热场分布及其主控因素,通过四川盆地不同构造单元典型井、剖面露头镜质体反射率与深度热演化剖面的建立,分析了四川盆地纵向上热演化异常成因;在热演化剖面建立的基础上,通过镜质体反射率梯度法求取了四川盆地晚古生代—中三叠世、晚三叠世—侏罗纪及现今的热场分布,并进行了热史演化特征分析。研究认为:（1）烃源岩生烃作用产生超压并对镜质体反射率和烃类裂解产生差异性抑制,是四川盆地纵向有机质热演化“负”异常的主要原因。（2）盆地不同时期构造运动及盆地性质控制着四川盆地热场纵向的演化:中二叠世晚期区域性拉张作用改变了四川盆地早期统一的低热场,导致断陷内热流值不断升高,平均地温梯度在3.5℃/hm以上;晚燕山—早喜马拉雅期,盆地东部开始隆升剥蚀,盆地逐渐向西萎缩,周缘冲断作用趋于平静,高热场开始降温;至喜马拉雅晚期的快速隆升及降温作用,形成现今低地温场分布面貌,地温梯度总体小于2.5℃/hm。      

刹车鼓热场数值分析及材料热疲劳寿命评估

应用ANSYS有限元分析软件，分析了石油钻机刹车鼓的温度场、热应力场及热应变场分布特征；结合材料性能参数，对刹车鼓热疲劳寿命进行评估，估算结果与高温低周疲劳试验结果基本吻合，为高温作用下钻机刹车鼓的热疲劳寿命评估提供了依据。     

热采井割缝筛管的热应力分析

筛管内过热的蒸汽使地层及筛管温度升高,对筛管产生相当大的热应力,此应力可能使筛管产生弯曲变形或断裂,导致油井停产或油井报废。因此,通过ANSYS有限元分析软件的数值模拟,计算得到筛管-地层的温度场分布,然后将筛管温度场导入到三维模型的应力场中,得到温度变化对割缝筛管的热应力和热变形。实例计算结果认为,蒸汽温度为350℃时,在正常注汽和突然停注2种状况下的筛管热应力分别为682.147、703.229MPa,其中突然停注时的热应力超过了筛管材料的屈服极限690MPa,这是导致筛管损坏的最危险状态,最大热应力发生在筛管缝中央。     

导热胶泥伴热传热特性及节能潜力研究

导热胶泥伴热是对传统伴热的一种优化,通过在伴热管与工艺管之间填充导热胶泥,把原来的线接触改变为面接触,一方面增大伴热面积,另一方面用高导热系数的导热胶泥代替低导热系数的空气,从而增大传热效率。利用FLUENT软件对导热胶泥蒸汽伴热系统的传热特性和节能潜力进行了数值模拟分析。结果表明,在伴热蒸汽温度相同时,导热胶泥伴热系统较传统伴热管伴热系统能提高工艺介质温度20~45℃左右,节能潜力较为显著。该研究结果为伴热过程的优化及工程应用提供了理论依据。     

一界面存在微间隙的热采井井筒热应力分析

针对二界面固结良好,一界面存在微间隙的固井质量问题,建立了三岩层剖面的有限元模型,研究了微间隙对井筒温度场和应力场的影响。分析结果表明,微间隙改变了井筒径向温度分布的连续性;相对于所研究的整个岩层段,微间隙段井筒温度为低值点。在蒸汽吞吐过程,由于微间隙的影响,套管在温度场作用下部分约束得到释放,使得套管上产生的等效热应力较低。同时,微间隙段套管和水泥会产生较大的径向位移,给工程测井带来困难,可能使固井解释评价出现偏差。     

Sensitivity study on thermal behavior and kinetics of crude oil using thermal analysis techniques

In this study, the effect of heating rate, oil chemical composition, and clay mineral type on thermokinetic behaviors of oil oxidation was investigated by TG and DTA tests. The results show that temperature intervals of reactions are extended and peak and burnout temperatures are shifted to higher values when increasing the heating rate. Heavier oil with more heavy components exhibits faster reaction rate and higher energy requirement in the low-temperature oxidation stage, and releases more heat in the high-temperature oxidation stage. The catalytic properties and surface area effect of clays can positively influence the high-pressure air injection process through forming more carbonaceous deposits and lowering the activation energy of reactions.     

New life for thermal processes

The strategic problem of making oil refining more exhaustive consists of qualified refining of high-molecular-weight petroleum residual and distillate products (vacuum resids, asphalts, heavy gasoils from thermal processes and catalytic cracking) with production of the maximum possible amount of light, high-quality motor oils. __________ Translated from Khimiya i Tekhnologiya Topliv i Masel, No. 2, pp. 5–9, March–April, 2006.