井筒內熱力參數計算方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油開采領域中的稠油熱采領域，特別涉及一種井筒內熱力參數計算 方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 稠油是指地層條件下粘度大于50mp · s (毫帕?秒），或油層溫度下脫氣原油粘度 為1000至1000 Omp ·s的高粘度重質原油。由于稠油粘度大，因此流動性能較差，甚至在某 些油層條件下不能流動，給稠油的開采帶來了困難。在油田的石油開采中，由于稠油具有特 殊的高粘度和高凝固點的特性，在儲層和井筒中流動性差，常規開采采收率低，即無法保證 正常的經濟產量。為了保證合理的采收率，往往通過降低原油的粘度來采油。
[0003] 由于稠油的粘度對溫度非常敏感，隨著溫度增加，粘度極大降低，流動阻力減小， 因此為了開采稠油，目前常用的開采稠油的方式之一為注蒸汽熱采技術，包括蒸汽吞吐、蒸 汽驅、SAGD (蒸汽輔助重力泄油技術）。具體的，所述注蒸汽熱采技術主要是通過將鍋爐產 生的高溫高壓濕飽和蒸汽，經過地面管線傳輸至井口、再由井口通過井筒傳輸后注入稠油 油層，以達到降低稠油粘度的目的。
[0004] 蒸汽的壓力、溫度、干度等熱力參數會由于井筒輸送過程中的產生的熱損失和壓 力損失而發生變化。
[0005] 其中熱損失的大小直接影響了注入井筒底部的蒸汽的熱力狀態，從而決定注蒸汽 熱采效果的好壞。所述干度是指每千克濕蒸汽中含有干蒸汽的質量百分數的大小，對于注 蒸汽熱采而言，干度越大，越有利于提高注蒸汽熱采的效果。在注蒸汽熱采時，需要計算井 筒內蒸汽的熱力參數：壓力、溫度、干度、熱損失，基于計算出的熱力參數，對井筒進行改進， 以最大限度地減小蒸汽運移過程中的熱量損失，提高蒸汽干度，從而提高注蒸汽開采稠油 的效果。
[0006] 在井筒內蒸汽熱力參數計算方法中，通常采用的技術是根據動量守恒定律建立井 筒中蒸汽壓降梯度的控制方程。然后根據飽和蒸汽溫度壓力一一對應的關系計算蒸汽溫 度。然而，實際生產中發現，上述壓力、以及依托與壓力計算得到的溫度的計算結果與現場 監測資料中的溫度和壓力有較大偏差。進一步的，現有的技術方法中，其干度、熱損失求解 公式僅依托于井筒內蒸汽壓力，當壓力出現較大誤差時，相應地，干度、熱損失也很容易使 結果偏離真實值。因此，有必要提出能夠準確計算井筒內熱力參數的方法和裝置。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是提供一種井筒內熱力參數計算方法及裝置，能夠實現準確計算井 筒內任意位置的蒸汽熱力參數。
[0008] 本發明的上述目的可采用下列技術方案來實現：
[0009] 一種井筒內熱力參數計算方法，其包括；
[0010] 獲取計算參數，所述計算參數包括：測點蒸汽的壓力、溫度，相鄰兩個測點間的距 離；
[0011] 根據所述計算參數，將相鄰兩個測點的蒸汽壓力、溫度進行線性化處理，確定沿著 井筒內相鄰測點間任意位置蒸汽的壓力、溫度。
[0012] 在優選的實施方式中，所述根據所述測點參數，將相鄰兩個測點的蒸汽壓力、溫度 進行線性化處理，確定沿著井筒內相鄰測點間任意位置蒸汽的壓力、溫度包括：
[0013] 建立蒸汽沿井筒注入過程中壓力、溫度的計算方程：
[0014] (P-PiV(Pp1-Pi) = (Z-ZiV(Zw-Zi)
[0015] (T-TiV(Tw-Ti) = (Z-ZiV(Zw-Zi)
[0016] 上式中，P為井筒內蒸汽在第i個與第i+Ι個測點間任意位置壓力，P1為井筒內蒸 汽在第i個測點處壓力，p 1+1為井筒內蒸汽在第i+Ι個測點處壓力，單位均為兆帕；T為井筒 內蒸汽在第i個與第i+Ι個測點間任意位置溫度，T 1為井筒內蒸汽在第i個測點處溫度， τι+1為井筒內蒸汽在第i+Ι個測點處溫度，單位均為攝氏度；Z為第i個與第i+Ι個測點間 井筒任意深度,Z 1為第i個測點深度，Z 1+1為第i+Ι個測點深度，單位均為米；i = 0,1，…， N ;N為實測數據個數，已知量；
[0017] 根據如下公式確定井筒內相鄰測點間任意位置蒸汽壓力：
[0018] p = Pi+(pi+1-Pi) (Z-Zi)/ (ζ?+1-ζ；)
[0019] 上式中，P為井筒內蒸汽在第i個與第i+Ι個測點間任意位置壓力，P1為井筒內蒸 汽在第i個測點處壓力，p 1+1為井筒內蒸汽在第i+Ι個測點處壓力，單位均為兆帕；Z為第i 個與第i+Ι個測點間井筒任意深度，Z1為第i個測點深度，z 1+1為第i+Ι個測點深度，單位 均為米；i = 〇, 1，…，N ;N為實測數據個數，已知量；
[0020] 根據如下公式確定井筒內相鄰測點間任意位置蒸汽溫度：
[0021] T = Ti+(Tw-Ti) (Z-ZiV(Zw-Zi)
[0022] 上式中，T為井筒內蒸汽在第i個與第i+Ι個測點間任意位置溫度，T1為井筒內蒸 汽在第i個測點處溫度，T 1+1為井筒內蒸汽在第i+Ι個測點處溫度，單位均為攝氏度；z為第 i個與第i+Ι個測點間井筒任意深度，Z 1為第i個測點深度，z 1+1為第i+Ι個測點深度，單位 均為米；i = 〇, 1，…，N ;N為實測數據個數，已知量。
[0023] 一種井筒內熱力參數計算方法，其包括：
[0024] 獲取計算參數，所述計算參數包括：井口的蒸汽干度，測點蒸汽的壓力、溫度，相鄰 兩個測點間的距離、井筒結構參數、環境參數；
[0025] 根據所述測點蒸汽的壓力、溫度，相鄰兩個測點間的距離，將相鄰兩個測點的蒸汽 壓力、溫度進行線性化處理，確定沿著井筒內相鄰測點間任意位置蒸汽的壓力、溫度；
[0026] 根據所述相鄰兩個測點間的距離在所述井筒長度上劃分井筒微元段，建立能量控 制方程，以所述井口的蒸汽干度作為初始條件，通過相互耦合的熱損失、溫度、干度迭代計 算，確定井筒任意位置處蒸汽的干度、熱損失。
[0027] 在優選的實施方式中，所述確定井筒任意位置處蒸汽的干度、熱損失包括以下步 驟：
[0028] 設定所述井筒微元段蒸汽的干度降、井筒微元段總傳熱系數；
[0029] 通過所述井筒微元段總傳熱系數計算所述井筒微元段總熱阻，通過所述井筒微元 段總熱阻計算井筒微元段蒸汽熱損失；
[0030] 反復迭代，當所述井筒微元段總傳熱系數計算值與設定值滿足第一預定精度時， 確定所述井筒微元段總傳熱系數，以獲得所述井筒微元段蒸汽熱損失；
[0031] 根據能量平衡定律計算蒸汽干度，反復迭代，當所述井筒微元段蒸汽干度降計算 值與設定值之間滿足第二預定精度時，確定井筒微元段蒸汽的干度降；
[0032] 循環計算至整個井筒，確定井筒任意位置處蒸汽的干度、熱損失。
[0033] 在優選的實施方式中，所述根據能量平衡定律計算蒸汽干度包括：
[0034] 建立如下能量控制方程：
[0035]
[0036] 將井口蒸汽干度X。作為初始條件，求解上述方程，得到井筒任意位置蒸汽干度計 算表達式：
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041 ]
[0042] 上式中，hg為飽和蒸汽的焓，h :為飽和水的焓，單位均為千卡/千克；X為蒸汽干 度；G為飽和蒸汽質量流量，單位千克/小時；q為單位時間內，單位長度井筒熱損失，單位 千卡八小時?米）；P "為飽和濕蒸汽密度，單位千克/立方米；A為井筒橫截面積，單位平 方米；Θ為井筒傾角，單位度；
[0043] 所述飽和水的焓Ii1與蒸汽溫度T的關系式如下：
[0044]
[0045] 所述飽和蒸汽的焓hg與蒸汽溫度T的關系式如下：
[0046] hg= 12500+1. 88T-3. 7X10 6T3'2
[0047] 所述P J：包和濕蒸汽的平均密度計算公式如下：
[0048] P m= HgP g+(I-Hg) P !
[0049] 上式中P 飽和水的密度，其與蒸汽溫度T的關系式如下：
[0050] P != 0. 9967-4. 615X 10 5T-3. 063X 10 6T2
[0051] 上式中P g為飽和蒸汽的密度，其計算公式如下：
[0052]
[0053] 上式中，T為蒸汽溫度，單位攝氏度；p為蒸汽壓力，單位兆帕；
[0054] Zg為飽和蒸汽的壓縮因子，其與蒸汽溫度T的關系式如下：
[0055] Zg= 1. 012-4. 461X 10 4Τ+2· 98X 10 6T2-L 663X10 8T3
[0056] Hg為飽和蒸汽的體積含汽率，其計算公式如下：
[0057]
[0058] 上式中，X為蒸汽干度，無因次量；P g為飽和蒸汽的密度，單位千克/立方米；P i 為飽和水的密度，單位千克/立方米。
[0059] 在優選的實施方式中，所述井筒微元段中的熱損失包括：油管中心至水泥環外緣 傳遞的熱損失、水泥環外緣至地層傳遞的熱損失，
[0060] 所述確定井筒微元段熱損失根據油管中心至水泥環外緣傳遞的熱量等于水泥環 外緣至地層傳遞的熱量，建立熱量傳遞連續性方程=ClQ 1= dQ2。
[0061] 在優選的實施方式中，所述油管中心至水泥環外緣熱損失計算公式為：
[0062]
[0063]其中：
[0065] 上式中，ClQ1為單位時間內dz長度井筒上的熱量變化，單位千卡八小時）；T 3為 蒸汽溫度，單位攝氏度；Th為水泥環外緣處溫度，單位攝氏度；R為dz長度井筒上的熱阻，單 位[千卡八米?小時?攝氏度）]^dz為井筒長度，單位米；h f為液膜層對流換熱系數，h p 為污垢層對流換熱系數，hf。為環形空間內傳熱系數，單位均為千卡八平方米?小時?攝氏 度）；Atub為隔熱油管導熱系數，λ ins為絕熱層材料導熱系數，λ _為套管導熱系數，λ _ 為水泥環導熱系數，單位均為千卡八米?小時?攝氏度）；Γι為隔熱油管內管內半徑，r 2為 隔熱油管內管外半徑，r3為隔熱油管外管內半徑，r4為隔熱油管外管外半徑，r。。為套管外 半徑，套管內半徑，r 水泥環外半徑，單位均為米；
[0066] 所述環形空間內傳熱系數包括自然對流換熱系數和輻射換熱系數，計算公式如 下：
[0067] hfc=hr+hc
[0068] 所述環形空間內輻射換熱系數的計算公式如下：
[0069]
[0070] 上式中，σ為斯蒂芬-玻爾茲曼常數，其值為〇 = 4. 8755. 67 X 10 8千卡八平方 米?小時?開爾文4) ; ε4為隔熱油管外管外壁黑度，已知量；ε "套管內壁黑度，已知量J4 為隔熱油管外管外壁溫度，單位攝氏度；!^為套