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注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的計算方法

文檔序號:8528293閱讀:2807來源:國知局
注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稠油熱采注汽開發(fā)領(lǐng)域,尤其涉及稠油熱采中計算注入的蒸汽、氮氣 混合物在地面管線和井筒中相關(guān)參數(shù),具體來說就是一種注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、 壓力、干度的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 注蒸汽是開采稠油有效而經(jīng)濟的方法,但是,注蒸汽技術(shù)本身還存在一些不足:單 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,提出使用氮氣輔 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] 氮氣與水蒸氣混合物在井筒中稱為二元兩相流動。液相為飽和水,氣相中既有氮 氣,又有飽和蒸汽。在流動過程中,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,由于氮氣與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)計算 模型無法對氮氣和蒸汽混合物下井筒的溫度場、壓力場、干度場進行正確計算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的計算方法,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+氮氣二元兩相 混合物在地面管線和井筒中溫度、壓力、干度分布的計算公式和計算過程,解決了現(xiàn)有的注 汽參數(shù)計算模型無法對氮氣和蒸汽混合物下井筒的溫度場、壓力場、干度場進行正確計算 的問題。
[0005] 本發(fā)明以地面管線、井筒傳熱和流動理論為基礎(chǔ),建立了氮氣+蒸汽混合物沿地 面管線和井筒流動與傳熱的數(shù)學(xué)模型,計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+氮氣二元兩相混合物流動規(guī)律與傳熱模型的研宄對稠油熱采中利用蒸 汽+氮氣混合物注采工藝的進一步研宄具有重要的指導(dǎo)意義和學(xué)術(shù)價值,對實際蒸汽+氮 氣混合體系在地面管線和井筒注入?yún)?shù)的優(yōu)化設(shè)計具有重要的參考價值。
[0006] 本發(fā)明的一種注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的計算方法,包括:利用 迭代法計算蒸汽和氮氣混合后的混合物初始溫度、混合物初始氣相干度和蒸汽干度;基于 混合物初始溫度、混合物初始氣相干度和蒸汽干度,以蒸汽鍋爐出口處為初始計算點,任意 設(shè)定步長,計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,以井口為初始計算點,任意設(shè)定步 長,計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)場進行相應(yīng)工藝的實施。
[0007] 本發(fā)明提供一種注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的計算方法,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+氮氣二元兩相 混合物在地面管線和井筒中溫度、壓力、干度分布的計算公式和計算過程,通過該方法易于 計算蒸汽+氮氣二元兩相混合物在地面管線和井筒中的熱損失以及二元兩相混合物的流 動流體壓力分布、溫度分布、干度分布,具有良好的計算穩(wěn)定性和較高的計算精度,計算結(jié) 果更加精確,為蒸汽+氮氣混合體系在井筒注入?yún)?shù)的優(yōu)化設(shè)計提供可靠的計算手段。
[0008] 應(yīng)了解的是,上述一般描述及以下【具體實施方式】僅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。
【附圖說明】
[0009] 下面的所附附圖是本發(fā)明的說明書的一部分,其繪示了本發(fā)明的示例實施例,所 附附圖與說明書的描述一起用來說明本發(fā)明的原理。
[0010] 圖1為本發(fā)明實施例提供的地面管線單元的示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明實施例提供的井筒單元示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明實施例提供的一種注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的計 算方法實施例一的流程圖。
【具體實施方式】
[0013] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白,下面將以附圖及詳細 敘述清楚說明本發(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)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明,但并不作為對本發(fā)明的限定。 另外,在附圖及實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構(gòu)件是用來代表相同或類似部 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)用語描述的元件或操作。
[0016] 關(guān)于本文中所使用的方向用語,例如:上、下、左、右、前或后等,僅是參考附圖的方 向。因此,使用的方向用語是用來說明并非用來限制本創(chuàng)作。
[0017] 關(guān)于本文中所使用的"包含"、"包括"、"具有"、"含有"等等,均為開放性的用語,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"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改變其本質(zhì)。一般而言,此類用語所修飾的微變化或誤差的 范圍在部分實施例中可為20%,在部分實施例中可為10%,在部分實施例中可為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,通常具有每個用詞使用在此 領(lǐng)域中、在此申請的內(nèi)容中與特殊內(nèi)容中的平常意義。某些用以描述本申請的用詞將于下 或在此說明書的別處討論,以提供本領(lǐng)域技術(shù)人員在有關(guān)本申請的描述上額外的引導(dǎo)。
[0021] 本發(fā)明針對稠油熱采開發(fā)領(lǐng)域中,使用氮氣輔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)鍵指標是到達井底的蒸汽干度和氣相干度,因此需要精確計算地面管 線和井筒的溫度場、壓力場、干度場分布情況,以保證到達井底時,井筒熱損失減小,井底蒸 汽干度和氣相干度增大。而氮氣+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)計算模型無法對氮氣和蒸汽混合物下地面管線和井筒的溫度場、壓力 場、干度場進行正確計算。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 的兩相流動數(shù)學(xué)模型,為蒸汽+氮氣混合體系在井筒注入?yún)?shù)的優(yōu)化設(shè)計提供可靠的計算 手段。從而有利于指導(dǎo)油田現(xiàn)場進行相應(yīng)工藝的實施。
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例提供的地面管線單元的示意圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的 井筒單元示意圖。參見圖1與圖2,在實現(xiàn)本發(fā)明的【具體實施方式】之前,需要進行數(shù)據(jù)準備, 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):液膜層對流換熱系數(shù)hf;地面管線鋼管內(nèi)半徑ri; 污垢層對流換熱系數(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;強迫對流換熱系數(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井口氮氣溫度TN2 (即未混合 之前氮氣溫度TN2);注汽速率Ms;注氮氣體積流速V3;注汽時間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)明實施例提供的一種注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的計 算方法實施例一的流程圖,如圖3所示,所述注入的蒸汽、氮氣混合物的溫度、壓力、干度的 計算方法包括:
[0027] S101 :利用迭代法計算蒸汽和氮氣混合后的混合物初始溫度、混合物初始氣相干 度和蒸汽干度;
[0028] S102 :基于混合物初始溫度、混合物初始氣相干度和蒸汽干度,以蒸汽鍋爐出口 處為初始計算點,任意設(shè)定步長,計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, 以井口為初始計算點,任意設(shè)定步長,計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)場進行 相應(yīng)工藝的實施。
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