注CO2井筒温度和压力分布模型研究及现场应用

为了解释红河油田注 CO₂现场试验中出现的气窜问题,准确优化现场试验中 CO₂注入压力,利用传 热学理论,通过分析井筒传热过程,建立起注 CO₂井筒温度和压力分布的耦合模型,并结合实际注入参 数,对红河油田注 CO₂井筒温度和压力分布进行了研究,此外也解释了现场试验中出现的气窜问题。 结 果表明,在注入井实际注入参数下,井筒温度随着井筒深度的增加而增大,但始终低于地层原始温度;井 筒压力随着井筒深度的增加呈近似线性增加;井口注入压力过大致使井底压力大于地层破裂压力,这是 导致发生气窜现象的根本原因。 模型理论计算结果与现场分析结果相吻合,表明该模型对于实际生产具 有一定的指导意义。     

多元热流体注入井筒的热力计算

针对海上油田平台空间小、操作成本高、常规热采实施难度大等问题,进行了多元热流体吞吐技术的研究。以井筒两相流动和传热理论为基础,建立了多元热流体注入井筒过程中流动和换热的数学模型。利用该模型研究了多元热流体在井筒中的流动和换热规律,分析了注入压力、温度对井筒压力、温度、干度的影响和不同比例组成多元热流体对井筒温度的影响。结果表明:在注入过程中,井筒压力取决于重力压降与摩阻压降的大小,井筒温度的升降取决于饱和蒸汽分压的升降;在其他条件不变的情况下,适当降低井口注入压力有利于提高井底温度和井口出口干度;注入的氮气和二氧化碳总量不变,氮气比例增大,井底温度下降变快。     

热水循环采油工艺的影响参数研究

为了解决稠油高黏度和结蜡问题,采用空心抽油杆热水循环采油工艺,对稠油进行加热降黏、防蜡。运用传热学与流体力学理论,构建多物理场耦合计算模型,对井筒温度场进行数值计算。研究影响循环水注入流量和注入温度与空心杆沿程温度和油管沿程温度的关系曲线。结果显示,循环水注入流量与循环水注入温度对井筒温度场的影响较大,增加循环水注入流量对井筒温度提升显著; 提高循环水注入温度,井筒沿程温度得到相同幅度提升。     

井筒中蒸汽-氮气混合物流动与换热规律

针对注蒸汽开采稠油过程中出现的蒸汽超覆、窜流及热损失等问题,进行了氮气辅助蒸汽注入技术研究,建立了蒸汽-氮气混合物在井筒中流动和换热的数学模型。利用该模型研究了混合物在井筒中的流动与换热规律,分析了井口氮气注入流量和井口蒸汽干度对蒸汽-氮气混合物在井筒中的流动压力、温度、干度的影响。结果表明,随着混合物的注入,混合物压力及蒸汽分压不断增加,混合物温度不断升高,气体干度和蒸汽干度不断下降,向地层的散热由靠水蒸气凝结释放汽化潜热提供。井口注入氮气流量增大,有利于提高井底的蒸汽和气相干度,减小井筒热损失。现场应用表明,注入蒸汽-氮气混合物能提高热能利用率,增大油气比。     

注CO_2井筒温度压力预测模型及影响因素研究

为了提高注CO2驱替效率及驱替成功率,开展了影响驱替效率的井筒压力温度分布及影响因素研究。针对CO2特殊的物理性质,选用基于赫姆霍兹自由能的Span-Wagner状态方程,将井筒传热、压力与CO2物性参数耦合迭代计算,建立了注CO2井筒温度压力分布的数学预测模型。该模型能够预测井筒温度压力及其他物性参数,应用该模型预测井筒各点温度压力,并与江苏草舍油田草8井现场2次实测结果对比,其温度误差均小于1%,压力最大误差不超过1.6%,表明该模型能够满足现场应用要求。利用该模型可以研究注入温度、注入压力、注入速度及注入时间等工艺参数对井底压力温度的影响规律,实现系统敏感性分析。研究表明,建立的模型具有很高的精度,对提高CO2驱替效率具有指导作用,并适用于(超临界)CO2钻井、压裂过程中井筒温度压力预测及影响因素分析。     

子长ZH油区井筒防腐工艺研究及评价

子长ZH油区原油中硫化氢和二氧化碳含量相对较高,流体腐蚀性强,抽油杆管严重腐蚀,磨损油管的更换量逐年增加,进一步影响油井正常生产。通过对ZH区油井的井筒腐蚀机理的系统分析,开展了大量井筒防腐工艺矿场实验,发现注入缓蚀剂和氮气可有效解决该区块井筒腐蚀严重的问题。     

深水气井测试过程中水合物相态曲线的研究与应用

针对深水气井测试过程中井筒温度场的变化带来水合物生成的巨大风险,易导致测试管柱堵塞、环空出现较大的带压值等严重问题,对水合物生成相态曲线在深水气井测试过程中的多方面应用进行了研究。首先在深水气井测试井筒温度场精确预测的基础上,结合水合物相态曲线,定量预测了测试期间管柱内水合物的生成区域,计算得出了测试管柱上的化学药剂注入阀的下入深度,并设计确定了测试期间井筒及地面油嘴处水合物抑制剂的注入量,形成了深水气井测试水合物相态曲线应用方法。该方法在南海深水某气井进行了综合应用,计算得出该井测试期间化学药剂注入阀下入深度为2 450 m,井筒及地面油嘴处水合物抑制剂注入分别为甲醇和（3%～5%）乙二醇,综合应用测试作业工作制度,测试期间井筒无水合物生成,地面油嘴处水合物生成注入抑制剂后压力下降约13.6%,保证了现场测试作业的成功实施,可为其他深水气田测试过程中天然气水合物的防治提供借鉴。      

考虑多因素影响的储气库气井注采能力优化

气井注采能力是储气库设计的一个关键参数,影响因素较多、确定难度大,针对这一问题,研究建立了采出过程"气藏—井筒—地面"一体化采出模型,考虑气藏储层供给能力和水锥影响、井筒冲蚀和临界携液、地面最小出口压力制约、管线摩阻损失,综合确定直井和水平井采出能力;注入过程建立"地面—井筒—气藏"一体化注入模型,考虑地面压缩机出口压力制约、管线摩阻损失、井筒冲蚀、气藏储层密封上限压力,综合确定直井和水平井注入能力。结果表明,该研究成果现场应用于A储气库,确定了水平井合理注采能力,为储气库气井合理配产配注奠定了基础。     

蒸汽-氮气混合驱井筒沿程参数计算模型

氮气辅助蒸汽驱开采稠油油藏能够有效提高蒸汽的热能利用率,但由于氮气的存在导致常规计算蒸汽驱井筒沿程热损失和压降模型已经不再适用。针对氮气与蒸汽在井筒中的二元两相流动,在充分考虑井筒传热和流动理论的基础上,建立了氮气-蒸汽混注过程中井筒沿程热损失和压降的计算模型,得到了氮气-蒸汽混注过程中井筒沿程参数的变化,并分析了井口氮气注入流量和井口蒸汽干度对井底总压力、蒸气分压和干度等相关参数的影响。计算结果表明:随着注入井深的增加,氮气-蒸汽混合物总压力和蒸汽分压增加,混合物温度升高,累积热损失增大。井口氮气注入流量的增加能够减小蒸汽分压,提高井底蒸汽干度,从而减小井筒累积热损失。说明氮气能够有效提高注入蒸汽的热能利用率,该模型能够准确计算氮气参与下的蒸汽热损失。     

海上稠油井筒降黏及配套举升工艺

海上稠油开采面临井筒降黏技术优选及举升工艺配套的问题。围绕渤海L油田明化镇组高黏稠油开采难度大的问题,结合井筒降黏方式室内实验结果,推荐采用稠油掺稀油的井筒降黏技术及配套的射流泵举升工艺。同时,对稀油动力液的地面处理流程及注入参数进行了研究。现场应用表明,稠油掺稀油井筒降黏技术及配套的射流泵举升工艺效果明显,单井平均产量比ODP配产方案增加了80%,为该油田及类似油田稠油的开发提供了参考。     

注水井井筒动态流体力学建模与工程仿真

为了研究注水井井筒工况下流体动态响应机理,基于流体力学微元分析和水力学经典理论,建立流体微元压力-流速关系模型,推导求解注水井井筒空间流体压力、流速的动态分布;结合中国某典型斜井生产数据,进行不同注入压力和不同注入量条件下井筒压力动态分布、油管流体传输延迟特性和衰减特性、井口压力波动下井筒压力幅值动态分布的数值模拟与分析。结果表明：井筒沿程压力损失与绝对压力值无关,设计波码通信编解码方案时无须考虑注入的绝对压力值;注入压力恒定时,井口注入流量越大,井筒沿程损失越大。流体波信号延时幅值主要取决于井筒的长度;管径越小,流体波信号衰减幅度越大。同井深下生成目标波码幅值（压差识别有效值）越高,为克服井筒沿程损失所需的井口压力波幅值越大。     

红河油田注CO_2井筒及油层温度场分布研究

在注CO_2提高原油采收率的过程中,注气井井筒及油层温度场分布是影响注CO_2效果的主要因素之一。结合注CO_2井筒及油层温度场分布模型对红河油田注CO_2井筒及油层温度分布进行了研究,对影响井筒及油层温度场分布的因素进行了分析。结果表明:注CO_2过程中,井口注入温度和注入压力对井底温度和油层温度场分布几乎没有影响;井口日注入量越大,注入时间越长,井筒温度和油层温度越低,CO_2波及到的油层范围越大。为保证红河油田注CO_2的效果,现场试验中总注入量应该有一个合适范围,井口日注入量应控制在30 t以内,采用3Cr防腐蚀油管可有效防止注CO_2对管材腐蚀。     

注入井井筒温度分布数学模型的建立及求解

在注入过程中若井筒温度发生较大变化，将会导致注入液体性能发生变化，影响酸化、压裂等作业效果，同时也使井下管柱产生较大的温度变形，使管柱受力情况发生较大变化，可能导致封隔器座封失效等问题。文章以直井注入过程为研究对象，通过合理假设，从理论方面推导建立了直井注入过程井筒温度分布的计算模型，提出了相应的求解方法并编程实现求解过程，为注入作业参数的合理选择提供了理论依据。     

液态二氧化碳注入井井筒温度计算

设计注液态二氧化碳混相驱方案时,需要确定井筒内温度的变化。井筒内液态二氧化碳的温度场是深度和时间的函数。合理的注入速度也随深度和时间而变化。本文根据井筒传热过程的分析,建立起液态二氧化碳的温度分布规律表达式,提出确定合理注入速度的方法,并讨论了不同的注入速度和注入量对温度分布规律的影响。     

海上CO2埋存井井筒温度压力影响因素研究

准确预测CO₂埋存过程中井筒温度压力场以及CO₂的物性参数变化对安全埋存至关重要。为此,建立了埋存井井筒温度、压力与CO₂物性参数的耦合计算模型,计算得到了实例井井筒温度压力分布以及CO₂物性参数随井深的变化规律,并对注入参数对于井筒温度压力分布影响规律进行分析。研究结果表明：井筒内CO₂流体的流速、努塞尔特数和对流换热系数随井深的增加而增大,密度、黏度、摩阻系数、导热系数和普朗特数随井深增加而减小,定压比热容在温度压力综合作用下有一定波动;注入温度对井筒压力和井底温度压力影响很小;注入速率增大会使相同井深处温度降低、压力升高,调节注入速率可以在对压力影响较小的同时有效调节井筒温度分布;注入压力的变化对压力梯度几乎无影响,在压力较大时对温度梯度影响较大,通过调节注入压力可以有效调节井筒压力分布。研究结果可为海上CO₂埋存井井筒完整性的准确评价提供理论基础。     

CO_2井筒压力温度的分布

根据垂直管流的能量平衡方程,结合Ramy井筒温度分布计算方法,推导出CO2在不同的注入速度、注入温度、注入时间等因素下的井筒压力和温度分布。以苏北工区草8井试注实测数据为例加以验证,验证结果压力误差3.8%,温度误差2.5%。在此基础上进一步讨论了影响CO2井底温度的因素,并预测了3口注入井井筒压力温度分布。     

二氧化碳驱注入井管柱温度分布及影响因素研究

二氧化碳驱既可实现提高原油采收率又可实现CO₂气体的埋存,是一项促进低碳绿色发展和应对气候变化的三次采油技术。针对二氧化碳驱注入井管柱,建立了基于CO₂分压、注入压力和注入流速的多相流腐蚀模型,明确了注入CO₂温度、压力、注入工艺对注入井管柱温度分布的影响规律。研究表明：在井口部分,由于在注入期间与注入液体接触,因此井口温度和流体温度相近;随着井口注入温度的升高,井筒内流体压力降低,压力差逐步增大;注入压力、注入流速对井筒内流体的温度分布影响不大,不同注入压力下井筒流体温度分布基本相同。研究结果可为优化井口注入参数、改进注入系统设计提供数据支持。     

超临界二氧化碳喷射压裂井筒流体相态控制

为了探索超临界CO2喷射压裂的井筒流体相态控制方法,建立了超临界CO2喷射压裂井筒流动模型,进行了实例计算和分析,并以异常低地温梯度的地层为例研究井筒流体的相态控制问题。结果表明:超临界CO2喷射压裂过程中,随着井深增加,井筒压力逐渐增高,井筒温度先增高后在接近压裂层位处开始降低;井筒压力很容易达到CO2流体的临界压力,井筒温度的控制是超临界CO2喷射压裂相态控制的关键;如果地温梯度过低,压裂层位井筒中的CO2流体将达不到临界温度,影响超临界CO2喷射压裂作业的正常进行,此时提高注入CO2流体的温度,可有效促进压裂层位的CO2成为超临界态。该研究可为超临界CO2喷射压裂技术的流体相态控制提供一定的借鉴。     

多级交替注入酸压井筒温度场数学模型

在油气井酸压改造时,井筒温度分布的模拟计算对压裂液体的选择、井筒压降以及施工泵压的预测等有很大影响。且在油井的增产改造中,常常要注入多种不同液体,施工排量通常也会变化,一般的单级定排量温度计算模型不能满足要求。考虑到井径以及注入排量的变化,确定了交替注液井筒液体物性参数表征方法;并根据能量守恒原理,以传热学为基础,建立了直井增产改造多级交替注入酸压的井筒温度分布模型,使用迭代法求解并实例计算了井筒温度分布,计算结果与实测值基本符合。     

注入井井筒二维瞬态温度场的数值模拟

在油气井挤酸、注水等过程中,井筒温度场遵循能量守恒原理.以基本假设条件为基础,根据能量守恒方程,将整个井筒二维剖面按轴向和径向划分成一定数目的控制体,建立一系列控制体的瞬态能量平衡方程,便可得到整个井筒在不同注入时间的温度分布.根据注入井工艺特点,建立注入过程中井筒二维瞬态温度场预测模型,给出模型的定解条件,并采用有限差分法求解预测模型.