注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟?、壓力、干度的?jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稠油熱采注汽開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及稠油熱采中計(jì)算注入的蒸汽、氮?dú)?混合物在地面管線和井筒中相關(guān)參數(shù)，具體來(lái)說(shuō)就是一種注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟取?壓力、干度的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 注蒸汽是開(kāi)采稠油有效而經(jīng)濟(jì)的方法，但是，注蒸汽技術(shù)本身還存在一些不足：?jiǎn)?純的注蒸汽成本高；井筒熱損失大，蒸汽重力超覆；蒸汽黏性指進(jìn)及非均質(zhì)油藏中蒸汽沿 高滲透層竄流，從而導(dǎo)致注入蒸汽的大量損失和體積波及系數(shù)降低。為此，提出使用氮?dú)廨o 助注蒸汽的熱力采油工藝。該工藝能減小蒸汽熱損失，改善注汽效果，降低成本，提高原油 采收率。
[0003] 氮?dú)馀c水蒸氣混合物在井筒中稱為二元兩相流動(dòng)。液相為飽和水，氣相中既有氮 氣，又有飽和蒸汽。在流動(dòng)過(guò)程中，隨著混合物熱量不斷向地層散熱，氣相中的飽和蒸汽不 斷凝結(jié)，須重新達(dá)到氣液相平衡，飽和蒸汽的分壓力不斷降低，干度不斷下降。在這種情況 下，由于氮?dú)馀c水蒸氣混合物的熱力學(xué)性質(zhì)與濕飽和蒸汽差別很大，現(xiàn)有的注汽參數(shù)計(jì)算 模型無(wú)法對(duì)氮?dú)夂驼羝旌衔锵戮驳臏囟葓?chǎng)、壓力場(chǎng)、干度場(chǎng)進(jìn)行正確計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟?、壓力、干度的?jì)算方法，在蒸汽 鍋爐出口處蒸汽溫度、蒸汽壓力和蒸汽干度已知的條件下，推導(dǎo)出了蒸汽+氮?dú)舛獌上?混合物在地面管線和井筒中溫度、壓力、干度分布的計(jì)算公式和計(jì)算過(guò)程，解決了現(xiàn)有的注 汽參數(shù)計(jì)算模型無(wú)法對(duì)氮?dú)夂驼羝旌衔锵戮驳臏囟葓?chǎng)、壓力場(chǎng)、干度場(chǎng)進(jìn)行正確計(jì)算 的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明以地面管線、井筒傳熱和流動(dòng)理論為基礎(chǔ)，建立了氮?dú)?蒸汽混合物沿地 面管線和井筒流動(dòng)與傳熱的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算混合物沿地面管線和井筒的溫度分布、壓力分 布干度分布。蒸汽+氮?dú)舛獌上嗷旌衔锪鲃?dòng)規(guī)律與傳熱模型的研宄對(duì)稠油熱采中利用蒸 汽+氮?dú)饣旌衔镒⒉晒に嚨倪M(jìn)一步研宄具有重要的指導(dǎo)意義和學(xué)術(shù)價(jià)值，對(duì)實(shí)際蒸汽+氮 氣混合體系在地面管線和井筒注入?yún)?shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。
[0006] 本發(fā)明的一種注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟取毫?、干度的?jì)算方法，包括：利用 迭代法計(jì)算蒸汽和氮?dú)饣旌虾蟮幕旌衔锍跏紲囟?、混合物初始?xì)庀喔啥群驼羝啥龋换?混合物初始溫度、混合物初始?xì)庀喔啥群驼羝啥?，以蒸汽鍋爐出口處為初始計(jì)算點(diǎn)，任意 設(shè)定步長(zhǎng)，計(jì)算地面管線井口處的井口溫度、井口壓力和井口干度分布；基于地面管線井口 處的所述井口溫度、所述井口壓力和所述井口干度分布，以井口為初始計(jì)算點(diǎn)，任意設(shè)定步 長(zhǎng)，計(jì)算井筒處的井筒溫度、井筒壓力和井筒干度分布；基于所述井筒溫度、所述井筒壓力 和所述井筒干度分布指導(dǎo)油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)工藝的實(shí)施。
[0007] 本發(fā)明提供一種注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟?、壓力、干度的?jì)算方法，在蒸汽 鍋爐出口處蒸汽溫度、蒸汽壓力和蒸汽干度已知的條件下，推導(dǎo)出了蒸汽+氮?dú)舛獌上?混合物在地面管線和井筒中溫度、壓力、干度分布的計(jì)算公式和計(jì)算過(guò)程，通過(guò)該方法易于 計(jì)算蒸汽+氮?dú)舛獌上嗷旌衔镌诘孛婀芫€和井筒中的熱損失以及二元兩相混合物的流 動(dòng)流體壓力分布、溫度分布、干度分布，具有良好的計(jì)算穩(wěn)定性和較高的計(jì)算精度，計(jì)算結(jié) 果更加精確，為蒸汽+氮?dú)饣旌象w系在井筒注入?yún)?shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的計(jì)算手段。
[0008] 應(yīng)了解的是，上述一般描述及以下【具體實(shí)施方式】?jī)H為示例性及闡釋性的，其并不 能限制本發(fā)明所欲主張的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 下面的所附附圖是本發(fā)明的說(shuō)明書的一部分，其繪示了本發(fā)明的示例實(shí)施例，所 附附圖與說(shuō)明書的描述一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。
[0010] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的地面管線單元的示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的井筒單元示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟?、壓力、干度的?jì) 算方法實(shí)施例一的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將以附圖及詳細(xì) 敘述清楚說(shuō)明本發(fā)明所揭示內(nèi)容的精神，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本
【發(fā)明內(nèi)容】
的 實(shí)施例后，當(dāng)可由本
【發(fā)明內(nèi)容】
所教示的技術(shù)，加以改變及修飾，其并不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
的精 神與范圍。
[0014] 本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。 另外，在附圖及實(shí)施方式中所使用相同或類似標(biāo)號(hào)的元件/構(gòu)件是用來(lái)代表相同或類似部 分。
[0015] 關(guān)于本文中所使用的"第一"、"第二"、…等，并非特別指稱次序或順位的意思，也 非用以限定本發(fā)明，其僅為了區(qū)別以相同技術(shù)用語(yǔ)描述的元件或操作。
[0016] 關(guān)于本文中所使用的方向用語(yǔ)，例如：上、下、左、右、前或后等，僅是參考附圖的方 向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本創(chuàng)作。
[0017] 關(guān)于本文中所使用的"包含"、"包括"、"具有"、"含有"等等，均為開(kāi)放性的用語(yǔ)，即 意指包含但不限于。
[0018] 關(guān)于本文中所使用的"及/或"，包括所述事物的任一或全部組合。
[0019] 關(guān)于本文中所使用的用語(yǔ)"大致"、"約"等，用以修飾任何可以微變化的數(shù)量或誤 差，但這些微變化或誤差并不會(huì)改變其本質(zhì)。一般而言，此類用語(yǔ)所修飾的微變化或誤差的 范圍在部分實(shí)施例中可為20%，在部分實(shí)施例中可為10%，在部分實(shí)施例中可為5%或是 其他數(shù)值。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，前述提及的數(shù)值可依實(shí)際需求而調(diào)整，并不以此為 限。
[0020] 關(guān)于本文中所使用的用詞（terms)，除有特別注明外，通常具有每個(gè)用詞使用在此 領(lǐng)域中、在此申請(qǐng)的內(nèi)容中與特殊內(nèi)容中的平常意義。某些用以描述本申請(qǐng)的用詞將于下 或在此說(shuō)明書的別處討論，以提供本領(lǐng)域技術(shù)人員在有關(guān)本申請(qǐng)的描述上額外的引導(dǎo)。
[0021] 本發(fā)明針對(duì)稠油熱采開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，使用氮?dú)廨o助注蒸汽的熱力采油工藝，該工藝 能衡量注汽質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)是到達(dá)井底的蒸汽干度和氣相干度，因此需要精確計(jì)算地面管 線和井筒的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、干度場(chǎng)分布情況，以保證到達(dá)井底時(shí)，井筒熱損失減小，井底蒸 汽干度和氣相干度增大。而氮?dú)?水蒸氣混合物的熱力學(xué)性質(zhì)與單一的濕飽和蒸汽差別很 大，原有的注汽參數(shù)計(jì)算模型無(wú)法對(duì)氮?dú)夂驼羝旌衔锵碌孛婀芫€和井筒的溫度場(chǎng)、壓力 場(chǎng)、干度場(chǎng)進(jìn)行正確計(jì)算。為此，本發(fā)明建立了能描述混合物在井筒中壓力、溫度、干度變化 的兩相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，為蒸汽+氮?dú)饣旌象w系在井筒注入?yún)?shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的計(jì)算 手段。從而有利于指導(dǎo)油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)工藝的實(shí)施。
[0022] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的地面管線單元的示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的 井筒單元示意圖。參見(jiàn)圖1與圖2,在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】之前，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備， 具體數(shù)據(jù)包括：
[0023] ①井身結(jié)構(gòu)及有關(guān)熱物理性質(zhì)：液膜層對(duì)流換熱系數(shù)hf;地面管線鋼管內(nèi)半徑ri; 污垢層對(duì)流換熱系數(shù)hp;管壁導(dǎo)熱系數(shù)Xp;地面管線鋼管外半徑r。;隔熱層導(dǎo)熱系數(shù)Xins;地面管線外半grins;強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)h。;水泥環(huán)導(dǎo)熱換熱系數(shù)X 井眼半徑rh;隔熱 管深度H;隔熱管導(dǎo)熱系數(shù)Ains;油管導(dǎo)熱系數(shù)Xtub;套管導(dǎo)熱系數(shù)X環(huán)空流體的導(dǎo)熱 系數(shù)Kha;隔熱管內(nèi)管內(nèi)半徑；r隔熱管內(nèi)管外半徑；r2;隔熱管外管內(nèi)半徑；r3;隔熱管外管外 半徑r4;套管內(nèi)半徑r^套管外半徑r。。;地面管線表面溫度Ta。
[0024] ②井口注入?yún)?shù)：井口注汽壓力PQ;井口蒸汽溫度T井口氮?dú)鉁囟萒N2 (即未混合 之前氮?dú)鉁囟萒N2);注汽速率Ms;注氮?dú)怏w積流速V3;注汽時(shí)間ts。
[0025] ③地層熱物性：地溫梯度a;地表溫度Tins;地層導(dǎo)熱系數(shù)入6。
[0026] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟?、壓力、干度的?jì) 算方法實(shí)施例一的流程圖，如圖3所示，所述注入的蒸汽、氮?dú)饣旌衔锏臏囟?、壓力、干度?計(jì)算方法包括：
[0027] S101 :利用迭代法計(jì)算蒸汽和氮?dú)饣旌虾蟮幕旌衔锍跏紲囟?、混合物初始?xì)庀喔?度和蒸汽干度；
[0028] S102 :基于混合物初始溫度、混合物初始?xì)庀喔啥群驼羝啥?，以蒸汽鍋爐出口 處為初始計(jì)算點(diǎn)，任意設(shè)定步長(zhǎng)，計(jì)算地面管線井口處的井口溫度、井口壓力和井口干度分 布；以及
[0029] S103:基于地面管線井口處的所述井口溫度、所述井口壓力和所述井口干度分布， 以井口為初始計(jì)算點(diǎn)，任意設(shè)定步長(zhǎng)，計(jì)算井筒處的井筒溫度、井筒壓力和井筒干度分布；
[0030] S104:基于所述井筒溫度、所述井筒壓力和所述井筒干度分布指導(dǎo)油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 相應(yīng)工藝的實(shí)施。