本發(fā)明涉及油田采油技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法及裝置。

背景技術(shù)：

油田生產(chǎn)過程中常常采用油管進(jìn)行生產(chǎn)。油藏中流出的原油通過抽油泵被舉升到地面時，大量的熱量會通過油套環(huán)空、套管及水泥環(huán)散失到地層中，熱量散失一方面使原油在井筒中的溫度低于結(jié)蠟點，進(jìn)而導(dǎo)致油井結(jié)蠟，另一方面使原油井的井筒中原油的流動性變差，進(jìn)而增加抽油機(jī)載荷，增大能耗。同時，由于井口原油的溫度較低，所以在集油過程中需要進(jìn)行伴熱或摻水輸送，最終影響了油井的正常生產(chǎn)運行。

為了降低原油從井底流到井口過程中自身溫度的損失，現(xiàn)有技術(shù)中有一種保溫隔熱油管，該保溫隔熱油管由油管、油管內(nèi)防腐耐磨層、油管外隔熱層及隔熱層外防腐保護(hù)層組成。其中，油管內(nèi)固定嵌裝一內(nèi)管，在油管的中間段外壁均勻地包裹一層油管外隔熱層，并在油管外隔熱層的外壁外裹一層外防腐保護(hù)層，油管的聯(lián)接接箍上500毫米及下400毫米的兩個操作段及接箍外壁安裝固定兩個對接的半圓形隔熱保護(hù)管套。通過該結(jié)構(gòu)，降低了原油從井底流到井口過程中自身溫度的損失并改善了原油在井筒中的流動性。

為了提高油井井口的溫度，需要技術(shù)人員了解油井井筒的溫度分布情況，進(jìn)而使技術(shù)人員有效控制保溫隔熱油管在油井中下入的深度，然而，目前均未涉及油井井筒的溫度分布的確定方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法及裝置。所述技術(shù)方案如下：

第一方面，提供了一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法，所述方法包括：

確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程，所述控制方程包括第一公式和第二公式，所述第一公式為：

所述第二公式為：

T＝T(L，t)，

其中，所述λ₁為所述油井井筒內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ₁為所述油井井筒內(nèi)流體的密度，所述x為所述油井井筒任意點徑向坐標(biāo)，所述y為所述油井井筒任意點軸向坐標(biāo)，所述c₁為所述油井井筒內(nèi)流體的熱容量，所述t為所述油井井筒內(nèi)的流體從抽油泵進(jìn)口被舉升至井口所需要的時間，v_y為所述油井井筒內(nèi)流體沿所述油井井筒向井口的流動的速度，所述T為所述油井井筒內(nèi)流體的溫度，所述L為保溫隔熱油管在油井中下入的深度；

確定所述油井井筒的溫度分布模型，所述溫度分布模型包括第三公式和第四公式，所述第三公式為：

所述第四公式為：

其中，所述W為油井的日產(chǎn)液量，所述a為地溫梯度，所述T₀為所述油井的產(chǎn)出液在井口處的溫度，所述B為時間的函數(shù)，所述b為地表溫度，所述e為無理數(shù)，所述π為圓周率，所述λ₂為地層導(dǎo)熱系數(shù)，所述λ₃為所述油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，所述r₀為所述保溫隔熱油管本體的外半徑，所述r₁為油管本體的內(nèi)半徑，所述r₂為所述保溫隔熱油管本體的內(nèi)半徑；

采用第五公式確定所述油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，所述第五公式為：

其中，所述h_f為所述油井井筒內(nèi)流體與油管壁的對流換熱系數(shù)，所述λ₄為所述油管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，所述h_e為油管與套管的環(huán)空內(nèi)當(dāng)量對流換熱系數(shù)，所述h_r為所述油管與所述套管的環(huán)空內(nèi)的輻射當(dāng)量對流換熱系數(shù)，所述r₃為所述套管的外緣半徑，所述r₄為所述套管的內(nèi)緣半徑，所述r₅為水泥環(huán)的厚度，所述λ₅為所述套管的套管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，所述λ₆為所述水泥環(huán)的導(dǎo)熱系數(shù)；

根據(jù)所述溫度場的控制方程、所述溫度分布模型和所述綜合傳熱系數(shù)確定所述第二公式中的深度L。

第二方面，提供了一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的裝置，所述裝置包括：

確定模塊，用于確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程，所述控制方程包括第一公式和第二公式，所述第一公式為：

所述第二公式為：

T＝T(L，t)，

其中，所述λ₁為所述油井井筒內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ₁為所述油井井筒內(nèi)流體的密度，所述x為所述油井井筒任意點徑向坐標(biāo)，所述y為所述油井井筒任意點軸向坐標(biāo)，所述c₁為所述油井井筒內(nèi)流體的熱容量，所述t為所述油井井筒內(nèi)的流體從抽油泵進(jìn)口被舉升至井口所需要的時間，v_y為所述油井井筒內(nèi)流體沿所述油井井筒向井口的流動的速度，所述T為所述油井井筒內(nèi)流體的溫度，所述L為保溫隔熱油管在油井中下入的深度；

所述確定模塊，還用于確定所述油井井筒的溫度分布模型，所述溫度分布模型包括第三公式和第四公式，所述第三公式為：

所述第四公式為：

其中，所述W為油井的日產(chǎn)液量，所述a為地溫梯度，所述T₀為所述油井的產(chǎn)出液在井口處的溫度，所述B為時間的函數(shù)，所述b為地表溫度，所述e為無理數(shù)，所述π為圓周率，所述λ₂為地層導(dǎo)熱系數(shù)，所述λ₃為所述油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，所述r₀為所述保溫隔熱油管本體的外半徑，所述r₁為油管本體的內(nèi)半徑，所述r₂為所述保溫隔熱油管本體的內(nèi)半徑；

所述確定模塊，還用于采用第五公式確定所述油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，所述第五公式為：

其中，所述h_f為所述油井井筒內(nèi)流體與油管壁的對流換熱系數(shù)，所述λ₄為所述油管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，所述h_e為油管與套管的環(huán)空內(nèi)當(dāng)量對流換熱系數(shù)，所述h_r為所述油管與所述套管的環(huán)空內(nèi)的輻射當(dāng)量對流換熱系數(shù)，所述r₃為所述套管的外緣半徑，所述r₄為所述套管的內(nèi)緣半徑，所述r₅為水泥環(huán)的厚度，所述λ₅為所述套管的套管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，所述λ₆為所述水泥環(huán)的導(dǎo)熱系數(shù)；

所述確定模塊，還用于根據(jù)所述溫度場的控制方程、所述溫度分布模型和所述綜合傳熱系數(shù)確定所述第二公式中的深度L。

本發(fā)明提供了一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法及裝置，該方法通過依次確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程、油井井筒的溫度分布模型以及油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，再確定第二公式中的深度L，使得技術(shù)人員能夠控制保溫隔熱油管在油井中下入的深度，進(jìn)而達(dá)到了提高油井井口的溫度的效果。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

通過上述附圖，已示出本發(fā)明明確的實施例，后文中將有更詳細(xì)的描述。這些附圖和文字描述并不是為了通過任何方式限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍，而是通過參考特定實施例為本領(lǐng)域技術(shù)人員說明本發(fā)明的概念。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明實施例提供了一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法，如圖1所示，該方法包括：

步驟101、確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程，控制方程包括第一公式和第二公式，該第一公式為：

該第二公式為：

T＝T(L，t)，

其中，λ₁為油井井筒內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ₁為油井井筒內(nèi)流體的密度，x為油井井筒任意點徑向坐標(biāo)，y為油井井筒任意點軸向坐標(biāo)，c₁為油井井筒內(nèi)流體的熱容量，t為油井井筒內(nèi)的流體從抽油泵進(jìn)口被舉升至井口所需要的時間，v_y為油井井筒內(nèi)流體沿油井井筒向井口的流動的速度，T為油井井筒內(nèi)流體的溫度，L為保溫隔熱油管在油井中下入的深度。

步驟102、確定油井井筒的溫度分布模型，溫度分布模型包括第三公式和第四公式，該第三公式為：

該第四公式為：

其中，W為油井的日產(chǎn)液量，a為地溫梯度，T₀為油井的產(chǎn)出液在井口處的溫度，B為時間的函數(shù)，b為地表溫度，e為無理數(shù)，π為圓周率，λ₂為地層導(dǎo)熱系數(shù)，λ₃為油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，r₀為保溫隔熱油管本體的外半徑，r₁為油管本體的內(nèi)半徑，r₂為保溫隔熱油管本體的內(nèi)半徑。

步驟103、采用第五公式確定油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，該第五公式為：

其中，h_f為油井井筒內(nèi)流體與油管壁的對流換熱系數(shù)，λ₄為油管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，h_e為油管與套管的環(huán)空內(nèi)當(dāng)量對流換熱系數(shù)，h_r為油管與套管的環(huán)空內(nèi)的輻射當(dāng)量對流換熱系數(shù)，r₃為套管的外緣半徑，r₄為套管的內(nèi)緣半徑，r₅為水泥環(huán)的厚度，λ₅為套管的套管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，λ₆為水泥環(huán)的導(dǎo)熱系數(shù)。

步驟104、根據(jù)溫度場的控制方程、溫度分布模型和綜合傳熱系數(shù)確定第二公式中的深度L。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法，該方法通過依次確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程、油井井筒的溫度分布模型以及油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，再確定第二公式中的深度L，使得技術(shù)人員能夠控制保溫隔熱油管在油井中下入的深度，進(jìn)而達(dá)到了提高油井井口的溫度，以及節(jié)約保溫隔熱油管投資的效果。

需要說明的是，地層流體進(jìn)入油井井筒后，在流體被垂直舉升的過程中，產(chǎn)出液和地層之間要不斷地進(jìn)行熱量交換，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。油井井筒內(nèi)流體向周圍地層傳熱時，需要克服油管壁、油套環(huán)空、套管壁以及水泥環(huán)等的導(dǎo)熱熱阻。這些不同的導(dǎo)熱熱阻之間的相互串聯(lián)，形成了由井筒向地層傳熱的合傳熱系數(shù)。

具體的，保溫隔熱油管可以包括油管、5CrMo(鉻鉬鋼)內(nèi)管、隔熱層、35CrMo密封套、四氟膠套以及油管接箍。

上述第一至第五公式中：

λ₁可以通過差示掃描量熱法試驗確定，確定的具體過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳述。λ₁的單位為W/(m².℃)(瓦每(平方米·攝氏度))。

ρ₁的測量過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳述。ρ₁的單位為kg/m³(千克每立方米)。

c₁的測量過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳述。c₁的單位為J/mol.℃(焦耳每(摩爾·攝氏度)。

t與地質(zhì)方案產(chǎn)液量有關(guān)，地質(zhì)方案產(chǎn)液量不同，t就不同。t的單位為s(秒)。

v_y與地質(zhì)方案產(chǎn)液量有關(guān)，地質(zhì)方案產(chǎn)液量不同，v_y就不同。v_y的單位為m/s(米每秒)。

T會隨著油藏深度的變化而變化。T的單位為℃。

L由地質(zhì)開發(fā)方案來確定。L的單位為m。

a會隨著油藏環(huán)境變化而變化，大小可以根據(jù)鉆井資料來確定。a的單位為℃/100m(攝氏度每100米)。

T₀可以根據(jù)工程技術(shù)方案來確定。T₀的單位為℃。

λ₂可以根據(jù)鉆井資料確定。λ₂的單位為W/(m².℃)。

r₀、r₁和r₂為保溫隔熱油管出廠時的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。r₀、r₁和r₂的單位為m。

r₃和r₄為套管出廠時的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。r₃和r₄的單位為m。

r₅可以根據(jù)鉆井資料來確定。r₅的單位為m。

h_f、λ₄、h_e、h_r、λ₅和λ₆可通過試驗來確定，確定的具體過程可以參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳述。h_f的單位為W/(m².℃)。λ₄的單位為W/(m².℃)。h_e的單位為W/(m².℃)。h_r的單位為W/(m².℃)。λ₅的單位為W/(m².℃)。λ₆的單位為W/(m².℃)。

此外，W的單位為m³/d(立方米每天)。B的單位為m。b的單位為℃。e約等于2.718281828。π約等于3.1415926。λ₃的單位為W/(m².℃)。

需要補(bǔ)充說明的是，現(xiàn)有技術(shù)中的保溫隔熱油管雖然在現(xiàn)場中取得了較好的應(yīng)用效果，但均未涉及油井井筒的溫度分布的確定方法，這樣一來，制約著技術(shù)人員對保溫隔熱在應(yīng)用上的認(rèn)識。

保溫隔熱油管在油井中下入的深度對井筒的溫度分布的影響非常大，隨著保溫隔熱油管下入深度的不斷增加，井筒的溫度會不斷上升。本發(fā)明實施例提供的確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法，應(yīng)用于確定保溫隔熱油管在井筒內(nèi)溫度的分布規(guī)律，提高了技術(shù)人員對保溫隔熱油管節(jié)能重要性的認(rèn)識。該方法依次確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程、油井井筒的溫度分布模型以及油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，為不同油井應(yīng)用保溫隔熱油管提供了依據(jù)。該方法的效果是：厘清了保溫隔熱油管的導(dǎo)熱系數(shù)、保溫隔熱油管下入深度對井筒的溫度分布的影響，應(yīng)用于現(xiàn)場30余口油井時，井口溫度平均提高了16.4℃，達(dá)到了既提高油井井口的溫度，又節(jié)約保溫隔熱油管投資的目的。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法，該方法通過依次確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程、油井井筒的溫度分布模型以及油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，再確定第二公式中的深度L，使得技術(shù)人員能夠控制保溫隔熱油管在油井中下入的深度，進(jìn)而達(dá)到了提高油井井口的溫度，以及節(jié)約保溫隔熱油管投資的效果。

本發(fā)明實施例提供了一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的裝置200，如圖2所示，該裝置200包括：

確定模塊210，用于確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程，控制方程包括第一公式和第二公式，該第一公式為：

該第二公式為：

T＝T(L，t)，

其中，λ₁為油井井筒內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ₁為油井井筒內(nèi)流體的密度，x為油井井筒任意點徑向坐標(biāo)，y為油井井筒任意點軸向坐標(biāo)，c₁為油井井筒內(nèi)流體的熱容量，t為油井井筒內(nèi)的流體從抽油泵進(jìn)口被舉升至井口所需要的時間，v_y為油井井筒內(nèi)流體沿油井井筒向井口的流動的速度，T為油井井筒內(nèi)流體的溫度，L為保溫隔熱油管在油井中下入的深度；

確定模塊210，還用于確定油井井筒的溫度分布模型，溫度分布模型包括第三公式和第四公式，該第三公式為：

該第四公式為：

其中，W為油井的日產(chǎn)液量，a為地溫梯度，T₀為油井的產(chǎn)出液在井口處的溫度，B為時間的函數(shù)，b為地表溫度，e為無理數(shù)，π為圓周率，λ₂為地層導(dǎo)熱系數(shù)，λ₃為油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，r₀為保溫隔熱油管本體的外半徑，r₁為油管本體的內(nèi)半徑，r₂為保溫隔熱油管本體的內(nèi)半徑；

確定模塊210，還用于采用第五公式確定油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，該第五公式為：

其中，h_f為油井井筒內(nèi)流體與油管壁的對流換熱系數(shù)，λ₄為油管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，h_e為油管與套管的環(huán)空內(nèi)當(dāng)量對流換熱系數(shù)，h_r為油管與套管的環(huán)空內(nèi)的輻射當(dāng)量對流換熱系數(shù)，r₃為套管的外緣半徑，r₄為套管的內(nèi)緣半徑，r₅為水泥環(huán)的厚度，λ₅為套管的套管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，λ₆為水泥環(huán)的導(dǎo)熱系數(shù)；

確定模塊210，還用于根據(jù)溫度場的控制方程、溫度分布模型和綜合傳熱系數(shù)確定第二公式。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的裝置，該裝置通過確定模塊依次確定油井井筒內(nèi)井軸處溫度場的控制方程、油井井筒的溫度分布模型以及油井井筒的內(nèi)半徑與套管的外半徑之間的綜合傳熱系數(shù)，再確定第二公式中的深度L，使得技術(shù)人員能夠控制保溫隔熱油管在油井中下入的深度，進(jìn)而達(dá)到了提高油井井口的溫度，以及節(jié)約保溫隔熱油管投資的效果。

需要說明的是：上述實施例提供的一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的裝置在確定第二公式時，僅以上述各功能模塊的劃分進(jìn)行舉例說明，實際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要而將上述功能分配由不同的功能模塊完成，即將裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分成不同的功能模塊，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述實施例提供的一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的裝置與一種確定保溫隔熱油管井筒的溫度分布的方法實施例屬于同一構(gòu)思，其具體實現(xiàn)過程詳見方法實施例，這里不再贅述。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。