吸汽剖面精細(xì)化解釋方法研究

何金寶

中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 （遼寧 盤錦 124010）

吸汽剖面精細(xì)化解釋方法研究

何金寶

中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 （遼寧 盤錦 124010）

通過(guò)吸汽剖面測(cè)試可以得到井下蒸汽干度分布和油層的吸汽情況，為注汽效果分析和注汽參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。由于數(shù)據(jù)分析的數(shù)學(xué)模型假設(shè)情況與實(shí)際注汽管線和井下管柱結(jié)構(gòu)相差較大，導(dǎo)致理論模型計(jì)算的沿程干度值偏高，計(jì)算結(jié)果直接影響下一步調(diào)整措施，因此采用注汽系統(tǒng)熱損失和井下蒸汽干度取樣測(cè)試結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行校正，給出了校正后的計(jì)算方法。通過(guò)實(shí)例計(jì)算可以看出，實(shí)際的蒸汽干度沿程分布低于校正前的理論計(jì)算值，計(jì)算結(jié)果更加貼近實(shí)際。

吸汽剖面；注汽管線；干度取樣；熱損失

稠油熱采井下動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠提供熱采過(guò)程中注汽井、觀察井和生產(chǎn)井的動(dòng)態(tài)參數(shù)，定性、定量地了解各油層的吸汽狀況、監(jiān)測(cè)注汽質(zhì)量、判斷注汽效果，為及時(shí)了解稠油油藏的開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)、進(jìn)行熱采方案調(diào)整及改善注蒸汽開(kāi)發(fā)效果提供科學(xué)依據(jù)[1]。因此，稠油熱采井下動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在稠油注汽生產(chǎn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了分析注汽效果，特別是油層的吸汽效果，通常進(jìn)行吸汽剖面測(cè)試，利用高溫多參數(shù)測(cè)試儀[2]獲取井筒不同井深的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)[3]，再通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析解釋，尤其是各段油層吸汽量計(jì)算來(lái)判斷油層的吸汽效果。該方法以鍋爐出口的溫度、壓力和干度為計(jì)算起點(diǎn)，計(jì)算地面管線的熱損失得到井口蒸汽干度，以高溫吸汽剖面測(cè)試的溫度、壓力數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)而計(jì)算得到井底的蒸汽干度值，整個(gè)計(jì)算過(guò)程涉及地面注汽管線和井筒傳熱計(jì)算，并給出相應(yīng)的熱損失情況。針對(duì)地面注汽管線熱損失[4]和井筒傳熱[5-6]的理論眾多學(xué)者進(jìn)行了大量研究[7-8]，但目前計(jì)算地面管線熱損失的方法僅利用鍋爐出口參數(shù)和井口的溫度壓力數(shù)據(jù)，中間計(jì)算所用到的管線外表面溫度等數(shù)據(jù)采用試算迭代算法而得到，并假定整個(gè)注汽管線均為理想的管線加保溫層結(jié)構(gòu)，而蒸汽輸送熱損失包括注汽管線熱損失、閥門熱損失、支墩熱損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)支墩熱損失占輸汽過(guò)程中熱損失的13.6%；閥門散熱損失占輸汽過(guò)程中熱損失的2.3%；注汽管線熱損失占84.1%[9]。保溫層受注汽、環(huán)境及人為影響會(huì)出現(xiàn)脫落、空隙或失效,導(dǎo)致傳熱系數(shù)與理論值相差很遠(yuǎn)[10],最終導(dǎo)致井口干度計(jì)算誤差。井筒內(nèi)的干度分布是基于井下實(shí)測(cè)的溫度、壓力值計(jì)算得到，由于井下條件復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果受管柱結(jié)構(gòu)和油層狀況影響很大。為了使地面注汽管線和井筒計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，并驗(yàn)證井下干度的計(jì)算結(jié)果，引入注汽系統(tǒng)熱損失測(cè)試數(shù)據(jù)[11]和蒸汽干度取樣的結(jié)果[12-13]，將注汽管線外表面測(cè)試溫度和井下取樣干度作為模型計(jì)算的一部分，進(jìn)而校正吸汽剖面計(jì)算的結(jié)果。

1 地面注汽管線計(jì)算方法改進(jìn)

在計(jì)算過(guò)程中，整個(gè)地面管線具有相同的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱參數(shù)和環(huán)境溫度等，因此計(jì)算過(guò)程需要給定計(jì)算步長(zhǎng)。在計(jì)算熱損失和干度時(shí)，需要假定管線的外表面溫度，然后通過(guò)計(jì)算得到外表面溫度。當(dāng)2次計(jì)算的結(jié)果滿足誤差時(shí)，認(rèn)為假定的外表面溫度即為實(shí)際溫度、計(jì)算得到的熱損失和干度即為實(shí)際參數(shù)，整個(gè)計(jì)算過(guò)程忽略了注汽管線接頭、閥門、變徑等造成的局部阻力損失，管線門廊中的垂直段的流動(dòng)狀態(tài)也被忽略。由于實(shí)際注汽管線保溫層受多種因素的影響會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)出現(xiàn)較大變化，閥門、接頭和支架部位也經(jīng)常缺失保溫層，導(dǎo)致實(shí)際管線表面溫度要遠(yuǎn)高于理論計(jì)算值，因此引入注汽系統(tǒng)熱損失測(cè)試到的管線外表面溫度數(shù)據(jù)。以實(shí)測(cè)的外表面溫度為基準(zhǔn)計(jì)算保溫層輻射換熱系數(shù)，得到真實(shí)的強(qiáng)迫對(duì)流換熱熱阻，同時(shí)計(jì)算出每段管線的熱損失，最終計(jì)算出整個(gè)管線的干度分布。在計(jì)算過(guò)程中，每段管線和保溫層的參數(shù)如管段長(zhǎng)度、傾角、保溫層導(dǎo)熱系數(shù)、實(shí)際保溫層厚度、實(shí)測(cè)外表面溫度、實(shí)測(cè)環(huán)境溫度均由注汽系統(tǒng)熱損失測(cè)試結(jié)果給定，采用公式（1）計(jì)算管外壁至大氣的輻射換熱系數(shù)（hfc″）。

式中：ε為管壁外黑度；Ta為空氣平均溫度 （實(shí)測(cè)），℃；Tw為絕熱層外壁溫度（實(shí)測(cè)），℃。

式中：λa為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，kcal/（h·m·℃）；Re為雷諾數(shù)，Re=νaDs/υa；νa為風(fēng)速（實(shí)測(cè)），m/s；υa為空氣的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；Ds為絕熱層外徑（實(shí)測(cè)），m；C，n根據(jù)Re按照表1選取。

由公式（2）管線對(duì)流換熱系數(shù)hfc′

表1 不同雷諾數(shù)下的C、n值

式中：hfc=hfc′+hfc″，kcal/（m2·h·℃）；rins為管線的外半徑，m。

由此得到該管段實(shí)際的熱損失為：管線外表面熱阻（R5）：

在計(jì)算過(guò)程中采用公式（5）～（8）計(jì)算管段之間的局部阻力損失。

式中：Δpw為液體單向流的局部壓強(qiáng)損失，Pa；X為馬蒂內(nèi)利參數(shù)；ρl為液相平均密度，kg/m3；ρg為汽相平均密度，kg/m3；μl為液相平均黏度，mPa·s；μg為汽相平均黏度，mPa·s。

式中：ζ為局部阻力系數(shù)；g為重力加速度，m/s2；vm為液體的平均流速，m/s。

2 井筒熱損失計(jì)算方法改進(jìn)

井筒內(nèi)干度的沿程分布計(jì)算是以井口為節(jié)點(diǎn)，利用井口的溫度、壓力、干度、注汽量計(jì)算得到井筒內(nèi)的蒸汽干度分布；吸汽剖面測(cè)試到的參數(shù)為溫度、壓力、流量，井筒內(nèi)的干度分布是根據(jù)溫度壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到，計(jì)算結(jié)果只能通過(guò)調(diào)整相關(guān)系數(shù)進(jìn)行校正，但校正過(guò)程受主觀因素影響較大；而干度取樣的結(jié)果恰恰彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，井下取樣可以取得井下多點(diǎn)的蒸汽樣品，化驗(yàn)得到對(duì)應(yīng)的干度，用此干度值校正4參數(shù)計(jì)算的干度，較好的避免了計(jì)算過(guò)程的人為干預(yù)。在取樣深度處用取樣干度值對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校正，通過(guò)多個(gè)點(diǎn)的校正使計(jì)算得到的井筒干度分布更加符合實(shí)際情況。

3 實(shí)例計(jì)算

某注汽井在注汽階段先后進(jìn)行了注汽系統(tǒng)熱損失測(cè)試、高溫吸汽剖面測(cè)試和井下任意點(diǎn)干度取樣測(cè)試，測(cè)試時(shí)的注汽參數(shù)見(jiàn)表2，井下取樣結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 井下取樣干度

分別采用改進(jìn)前的計(jì)算模型和改進(jìn)后的模型對(duì)地面管線及井筒內(nèi)的蒸汽干度分布進(jìn)行計(jì)算，改進(jìn)前的模型計(jì)算得到的管線外表面溫度與實(shí)測(cè)的溫度對(duì)比結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，地面管線受保溫層狀況的影響，外表面溫度并不均勻，最高溫度達(dá)到303.8℃，平均溫度148.56℃。改進(jìn)前計(jì)算模型計(jì)算得到的管線外壁溫度基本不變，平均溫度為54.8℃。由于熱損失是影響干度的主要因素，這樣的差異勢(shì)必對(duì)干度計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，干度計(jì)算結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，由實(shí)測(cè)管線外壁溫度計(jì)算得到的管線沿程干度低于改進(jìn)前的干度值，在管線外表面溫度較高的管段，干度降低梯度增大，終點(diǎn)干度值較低，在保溫效果較好的區(qū)域，干度降低幅度小，符合干度隨熱損失變化的規(guī)律。

圖1 地面管線外表面溫度實(shí)測(cè)與計(jì)算對(duì)比曲線

圖2 地面管線干度分布計(jì)算結(jié)果對(duì)比

分別將地面管線計(jì)算得到的井口干度值輸入到改進(jìn)前的模型和用干度取樣校正的模型中計(jì)算井筒內(nèi)蒸汽干度分布，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，改進(jìn)前的模型計(jì)算得到的井底干度普遍偏高，最終計(jì)算得到喇叭口出口1 371.9m處的干度為58.2%，利用干度取樣的結(jié)果對(duì)模型校正后，計(jì)算的到喇叭口出口處的干度為44.9%。

表4 井筒干度計(jì)算與取樣結(jié)果對(duì)照表

4 結(jié)論

1）受注汽管線保溫層狀況的影響，地面管線各段熱損失量比理論值大，且直觀的反應(yīng)在管線外表面的溫度上，受其影響，管線內(nèi)注入蒸汽的干度明顯低于模型改進(jìn)前管線內(nèi)計(jì)算得到的干度，最終導(dǎo)致井口干度計(jì)算的誤差，這將直接影響井下蒸汽干度的分布。

2）干度取樣測(cè)試取樣點(diǎn)數(shù)有限，因此僅能通過(guò)有限的幾點(diǎn)取樣干度值對(duì)理論模型進(jìn)行校正，校正后模型計(jì)算出的干度值低于校正前的理論計(jì)算值。

3）注入蒸汽在注入地層過(guò)程中，受實(shí)際的地面管線和井下管柱結(jié)構(gòu)的影響與理論模型假設(shè)情況相去甚遠(yuǎn)，因此造成理論模型計(jì)算偏差，由此計(jì)算得到井下的注汽參數(shù)誤差較大，不利于注汽效果分析并指導(dǎo)下一步注汽調(diào)整。

4）采用注汽系統(tǒng)熱損失測(cè)試和井下蒸汽干度取樣測(cè)試的結(jié)果對(duì)地面管線、井筒蒸汽干度計(jì)算的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行校正后，模型計(jì)算結(jié)果更加接近實(shí)際情況，有效的提高了注汽效果分析的準(zhǔn)確性。

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The steam dryness distribution and the steam absorption condition in reservoir can be obtained by testing the steam absorption profile,which provides the basis for the analysis of steam injection effect and the adjustment of steam injection parameters.There is a great difference between the hypotheses for data analysis mathematical model and the actual structure situation of steam injection pipeline and downhole string,which results in the steam dryness calculated by theoretical model is higher than actual steam dryness and therefore directly affects the next adjustment measures.The theoretical model for the calculation of steam dryness is corrected by the test results of the steam injection system heat loss and the sampling of downhole steam dryness,and the corrected calculation method is given.The case calculation results show that the corrected steam dryness distribution is lower than the calculated steam dryness distribution by the theoretical model,and it is more close to reality.

steam injection profile;steam injection pipeline;dryness sampling;heat loss

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海灣盆地遼河坳陷中深層稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)示范工程”(編號(hào)：2011ZX05053)。

何金寶（1983-），男，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的工作。

尉立崗

2017-05-27