气举井井筒温度场分布研究

王洪松龚秋红 冯学谦宋晓俊张贤波李坤

（1.塔里木油田公司；2.江汉石油勘察设计研究院）

气举井井筒温度场分布研究

王洪松1龚秋红2冯学谦1宋晓俊1张贤波1李坤1

（1.塔里木油田公司；2.江汉石油勘察设计研究院）

以“开式热流体反循环温度场分布”模型和Beggs-Brill井筒多相管流计算方法为基础，在已知地层参数和井筒参数的条件下，考虑井筒内的传热方式为垂直井筒中的稳态热传导和对流换热，地层中的传热方式为非稳态热传导，井筒中的流动方式为气液两相混合流动，根据能量守恒定律及传热学原理，推导出了气举井生产流体和注入气体沿井筒的温度场分布计算模型。根据模型编写了计算机程序，实现了注气压力、注气量等重要参数的计算，并能够对产油量、注气压力、注气量等参数进行敏感性分析。

气举井 传热系数 温度场 程序 敏感性分析

气举采油技术一般应用在深井、超深井中，其流程长，流型丰富，且温度变化范围大，井筒和环空中流体温度的变化对气液两相流的流型和流压有着非常显著的影响。虽然国内外对采油管柱的温度场分布做了很多研究工作，但大都集中在自喷井和热采井上，对连续气举条件下井筒流体温度场分布所做的研究工作甚少。鉴于温度场分布对气举设计和运行的重要作用以及目前的研究状况，很有必要对此做深入全面的研究，对气举采油进行优化设计，使气举系统处于最优工作状态，达到高产、高效、节能的效果[1-5]。

1 模型建立

模型建立的条件是：油井为垂直井；井筒中混合物为气液两相；气举阀前后的压差处于最优状况，即压差等于阀阻压力。该模型同时考虑了注气温度、注气量、气举阀前后温度的降低等因素对井筒温度场的影响，通过对温度、压力的循环迭代，对气举井井筒温度场进行求解[2]。

确定传热系数，包括气举阀下部从油管流体到地层的传热系数，油管流体到环空井液的传热系数，气举阀上部油管内外流体间的传热系数，环形空间流体与地层间的传热系数[3]。

模型计算框图[4-5]见图1。

2 软件研制

综合一整套气举井井筒温度场分布计算模型和方法，采用Visual Basic语言编制了气举井井筒温度场分布计算程序。整个软件采用人机对话方式，界面友好，操作方便[5]。

该软件主要分为数据录入模块、数值计算模块、数值结果输出模块及曲线输出模块四大部分。

1）数据录入模块：载入已存在的基础数据或手工输入计算所需的数据。

2）数值计算模块：这是整个程序的核心，该模块按照录入的数据完成温度场分布计算，并可以对注气压力、注气量等参数进行敏感性分析。

3）数值结果输出模块：完成录入数据计算结果的屏幕输出或文件输出。

4）曲线输出模块：绘制文件输出结果曲线。

该软件主要包括软件载入窗体、最优状况下数据计算窗体、产油量敏感性分析窗体、注气温度敏感性分析窗体、注气量敏感性分析窗体、注气压力敏感性窗体、注气时间敏感性分析窗体，每个窗体又附带有曲线输出窗体，见图2～图5。

3 功能介绍

通过研制开发的计算软件可以对气举井井筒温度场数据进一步分析，研究其随产油量、注气量及注气压力等参数的变化趋势，进而求得最优注气量、注气压力及气举阀直径。

3.1 最优状况下的井筒温度场分布

气举阀上部，井筒温度大于环空温度；气举阀下部，井筒温度与环空温度相一致。气举阀上下，井筒温度、环空温度都有一定的温度突变，井筒中变化较小，环空变化较大。井筒中温度场曲线具有一定的直线性。

3.2 最优状况下的井筒压力场分布

气举阀上部，压力梯度较小，曲线近乎于呈直线变化；气举阀下部，压力梯度较大，曲线也近乎于呈直线变化。

3.3 井筒温度场随产油量的变化

在一定产量范围内，随着产油量的增加，井筒温度逐渐增加，在图上显示为曲线逐渐向上偏移。井筒深度越小，增加幅度越大，但是同一深度下的增加幅度逐渐减小。到一定产量，沿气举阀向上，会出现曲线先向下偏移，后向上偏移的现象。这是由于：产量较低时，随着产量的增加，注气量近乎于线性增长，注气温度对井筒温度影响几乎保持一致，而产油量越高，经过一定井筒长度，温度降低幅度越小；产量较高时，注气量开始呈指数增长，注入气体温度对井筒温度影响越来越大，导致沿气举阀向上的一段距离内，井筒温度曲线向下偏移；由于产油量越高，经过一定井筒长度所产生的温降越小，使得井筒温度曲线又向上偏移。

3.4 井筒温度场随注气量的变化

随着注气量的增加，气举阀上部井段，温度逐渐下降。在气举阀处下降幅度最大，随着井筒深度的减小，下降幅度逐渐减小，直到下降幅度趋于0。这是由于注入气体温度较低，注气量越大，使得井筒温度降低幅度越大。井筒温度越低，油管向环空中散热量越少，使得越靠近井口的井段井筒温度下降幅度越小。

3.5 井筒温度场随注气压力的变化

随着注气压力的增加，气举阀上部井段井筒温度逐渐降低，温度曲线向下偏移。气举阀处降低幅度最大；随着井筒深度不断的减小，降低幅度逐渐减小，直至趋近于0。这是由于注气压力越大，气举阀前后压差越大，致使气体通过气举阀温降越大，井筒中温度越低。井筒中温度越低，向环空中散热越少，随着井筒深度的减小，井筒温度降低幅度也逐渐减小。

3.6 井筒温度场随注气温度的变化

注气温度对气举井井筒温度场分布影响不大，主要集中在靠近井口井段，注气温度越高，该井段井筒温度越高。

3.7 井筒温度场随注气时间的变化

随着注气时间的增加，气举井井筒温度逐渐增加，这是因为地层热阻受注气时间影响，注气时间越长，地层热阻越大，环空向地层散热量越少，井筒温度越高，但增加幅度逐渐减小。

4 结论

1）注气点以上和注气点以下气举管柱传热系数相差很大，所以在实际工程计算时必须分别予以考虑，并且可以忽略油管和套管传热的影响。

2）气举阀上下两井段，温度梯度和压力梯度相差较大。气举阀上部，温度梯度较大，压力梯度较小；气举阀下部，温度梯度较小，压力梯度较大。

3）通过对产油量的敏感性分析，可以发现：在一定的产油量区间内，随着产油量的增加，注气量成线性增加。这段区间内，井筒温度随着产油量呈线性增加，这段区间可以认为是产油量最合理区间。

4）随着注气量增加，井筒温度不断下降，对生产产生不利影响，所以建议采用较小的井口压力，以此来满足较小的注气量。

5）通过对注气压力的敏感性分析，可以看出，在最优注气压力的基础上，随着注气压力的增加，气举阀前后温降呈直线增加，导致井筒温度不断下降，所以建议采用大孔径的气举阀，以此来满足最优注气压力。

6）注气温度对井筒温度场的影响主要集中在井口附近，影响较小，在实际生产中可以忽略不计。

7）地层传热为非稳态传热，随着注气时间的增加，地层热阻逐渐增大，使得井筒温度逐渐增大。

8）井筒温度场分布模型是在井筒中为油气两相混合流动的情况下建立的，如果在油、气、水三相流动的前提下建立模型，将会有更高的适应性。

9）井筒温度场分布模型是针对于垂直井筒的特殊模型，对于水平井、斜井尚未分析，具有一定的局限性。

[1]李安.连续气举条件下举液管柱传热系数的确定[J]．石油机械，2005，33(2)：8-10．

[2]高学仕，张立新，潘迪超,等．热采井筒瞬态温度场的数值模拟分析[J].石油大学报(自然科学版)，2001，25(2)：67-69．

[3]郭春秋，李颖川.气井压力温度预测综合数值模拟[J]．石油学报，2001，22(3)：100-104．

[4]董长银，张琪，李志芬,等.油管掺液稠油泵井筒流体温度分布计算[J].石油大学学报(自然科学版)，2002，26(2)：38-40．

[5]陈德春，张琪，张松亭,等.油套环空和空心抽油杆掺化学剂抽油井举升工艺计算模型[J].石油大学学报(自然科学版)，2001，25(2)：22-25．

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.06.002

王洪松，2006年毕业于中国石油大学（华东），工程师，主要研究方向为油气田地面工程工艺及其自动化，E-mail：wanghongsong-tlm@petrochina.com.cn，地址：新疆库尔勒塔里木油田开发事业部塔中作业区，841000。

2011-06-04)